Unterschallflugzeug -Subsonic aircraft
_(6437228061).jpg)
Ein Unterschallflugzeug ist ein Flugzeug mit einer Höchstgeschwindigkeit kleiner als die Schallgeschwindigkeit ( Mach 1). Der Begriff beschreibt technisch gesehen ein Flugzeug, das unterhalb seiner kritischen Machzahl fliegt , typischerweise um Mach 0,8 herum. Alle aktuellen Zivilflugzeuge, einschließlich Verkehrsflugzeuge , Hubschrauber , zukünftige Passagierdrohnen , persönliche Luftfahrzeuge und Luftschiffe , sowie viele militärische Typen, sind Unterschallflugzeuge.
Eigenschaften
Obwohl in einem Flugzeug normalerweise hohe Geschwindigkeiten wünschenswert sind, erfordert der Überschallflug viel größere Triebwerke, einen höheren Treibstoffverbrauch und fortschrittlichere Materialien als der Unterschallflug. Ein Unterschalltyp kostet daher viel weniger als das entsprechende Überschalldesign, hat eine größere Reichweite und verursacht weniger Umweltschäden.
Die weniger raue Unterschallumgebung ermöglicht auch eine viel größere Auswahl an Flugzeugtypen, wie z. B. Ballons , Luftschiffe und Drehflügler , wodurch sie eine viel breitere Palette von Rollen erfüllen können.
Unterschall-Aerodynamik
Der Unterschallflug ist aerodynamisch durch eine inkompressible Strömung gekennzeichnet, bei der dynamische Druckänderungen aufgrund von Bewegungen durch die Luft dazu führen, dass die Luft von Bereichen mit hohem dynamischen Druck zu Bereichen mit niedrigerem dynamischen Druck strömt, wodurch der statische Druck und die Dichte der umgebenden Luft konstant bleiben. Bei hohen Unterschallgeschwindigkeiten treten Kompressibilitätseffekte auf.
Antrieb
Der Propeller ist eine der effizientesten verfügbaren Schubquellen und ist bei Unterschallflugzeugen und Luftschiffen üblich . Manchmal ist es in Form eines Impellers eingeschlossen . Bei höheren Unterschallgeschwindigkeiten und in großen Höhen , wie sie von den meisten Verkehrsflugzeugen erreicht werden , wird der Turbojet oder Turbofan notwendig. Reine Jets wie der Turbojet und der Staustrahl sind bei Unterschallgeschwindigkeiten ineffizient und werden nicht oft verwendet.
Flügeldesign
Die Spannweite und Fläche eines Flügels sind beide wichtig für die Auftriebseigenschaften . Sie stehen in Beziehung zum Seitenverhältnis , das das Verhältnis der Spannweite, gemessen von Spitze zu Spitze, zur durchschnittlichen Sehne , gemessen von der Vorderkante zur Hinterkante, ist.
Die aerodynamische Effizienz eines Flügels wird durch sein Auftriebs-/Widerstandsverhältnis beschrieben , wobei ein Flügel, der einen hohen Auftrieb bei geringem Luftwiderstand bietet , am effizientesten ist. Ein höheres Seitenverhältnis ergibt ein höheres Auftriebs-/Widerstandsverhältnis und ist somit effizienter.
Der Widerstand eines Flügels besteht aus zwei Komponenten: dem induzierten Widerstand , der mit der Erzeugung von Auftrieb zusammenhängt , und dem Profilwiderstand , der hauptsächlich auf die Oberflächenreibung zurückzuführen ist, zu der die gesamte Flügelfläche beiträgt. Es ist daher wünschenswert, dass ein Flügel die geringste Fläche hat, die mit den gewünschten Auftriebseigenschaften kompatibel ist. Dies wird am besten mit einer hohen Streckung erreicht, und Hochleistungstypen haben oft diese Art von Flügel.
Aber andere Überlegungen wie geringes Gewicht, strukturelle Steifigkeit, Manövrierfähigkeit, Bodenhandhabung usw. profitieren oft von einer kürzeren Spannweite und folglich einem weniger effizienten Flügel. Kleine Flugzeuge der allgemeinen Luftfahrt in geringer Höhe haben normalerweise Seitenverhältnisse von sechs oder sieben; Flugzeuge von 12 oder mehr; und Hochleistungssegelflugzeuge von 30 oder mehr.
Bei Geschwindigkeiten über der kritischen Machzahl beginnt der Luftstrom transsonisch zu werden , wobei lokale Luftströme an einigen Stellen die Bildung kleiner Schallstoßwellen verursachen. Dies führt bald zum Schockabriss , was zu einem schnellen Anstieg des Luftwiderstands führt. Die Flügel von schnellen Unterschallfahrzeugen wie Düsenflugzeugen neigen dazu, gekehrt zu werden, um das Einsetzen dieser Schockwellen zu verzögern.
Theoretisch ist der induzierte Luftwiderstand minimal, wenn die Auftriebsverteilung in Spannweitenrichtung elliptisch ist. Eine Reihe von Faktoren beeinflussen jedoch den induzierten Widerstand, und in der Praxis ist ein Flügel mit elliptischer Grundrißform, wie der des Supermarine Spitfire-Jägers des Zweiten Weltkriegs, nicht unbedingt der effizienteste. Die Flügel der hochgradig auf Effizienz optimierten Düsenflugzeuge sind alles andere als elliptisch geformt.
Das Verhältnis von Spitzensehne zu Grundsehne wird Taper Ratio genannt. Die Verjüngung hat den wünschenswerten Effekt, die Wurzelbiegespannung zu verringern, indem der Auftrieb nach innen verschoben wird, aber einige bekannte Designer, darunter John Thorp und Karl Bergey, haben argumentiert, dass eine nicht verjüngte rechteckige Grundrissform am besten für Flugzeuge mit einem Bruttogewicht von weniger als 6.000 Pfund geeignet ist .
Siehe auch
Verweise
Zitate
Literaturverzeichnis
- LJ Clancy (1975) Aerodynamik , Pitman.