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Von der Erfindung des Flugzeugs durch die Gebrüder Wright bis heute ist neben der Luftfahrttechnik fast jeder große Durchbruch in der Luftfahrttechnik untrennbar mit der Arbeit am Flügel verbunden. Der erste und einfachste ist der gerade Flügel. Die Vorder- und Hinterkanten des Flügels stehen senkrecht zum Rumpf und der Flügel ist von innen nach außen gleich breit. Ein solcher Flügel hat eine einfache Struktur, ist leicht herzustellen und erzeugt effizienter Auftrieb, weist aber auch einen größeren Luftwiderstand auf. Der Auftriebsmomentarm führt dazu, dass die Kraft auf die Flügelwurzel sehr ungünstig ist.

Das Bild oben zeigt den einfachsten geraden Flügel am Flügel.

Um die Auftriebsverteilung auszugleichen, das Kraftdesign des Flügels zu verbessern und das Gewicht zu reduzieren, kann der gerade Flügel verjüngt werden und sich von innen nach außen allmählich verjüngen, um die Auftriebsverteilung zu verbessern, sodass in der Nähe des Flügels mehr Auftrieb erzeugt wird Flügelwurzel, verkürzen Sie den Hebelarm und reduzieren Sie die Flügelwurzelbelastung. Einfache, kleine Flugzeuge mit niedriger Geschwindigkeit können einfache gerade Flügel verwenden, um die Herstellungskosten zu senken, aber die meisten geraden Flügelflugzeuge mit etwas mehr Verfolgung haben einen gewissen Grad an Verjüngung.

Auch ein leicht verjüngter Flügel wie der amerikanische C-130 gilt als gerader Flügel.

Bei einem sich verjüngenden geraden Flügel kann die Vorderkante leicht nach hinten oder die Hinterkante leicht nach vorne geschwungen sein. Zwischen beiden besteht ein geringfügiger aerodynamischer Unterschied, der jedoch nichts am Wesen eines geraden Flügels ändert. Wenn die Geschwindigkeit stark erhöht wird, wird der Nachteil des hohen Luftwiderstands des geraden Flügels deutlicher, insbesondere wenn die Geschwindigkeit nahe der Schallgeschwindigkeit liegt.

Durch die Verjüngung kann die Vorderkante leicht nach hinten geschwungen werden, wie beim DC-3

Sie können die Hinterkante auch leicht nach vorne neigen, wie beim C-130

Denn wenn sich ein Flugzeug vorwärts bewegt, übt es Druck auf die Luft vor ihm aus, so wie der Bug eines Schiffes die Wellen vor sich wegdrückt. Die Druckwelle wird Schicht für Schicht mit Schallgeschwindigkeit nach außen übertragen, was die Trennlinie der Lufteigenschaften darstellt. Beim Fliegen mit Unterschallgeschwindigkeit wird die Luft vor dem Flugzeug durch Druckwellen dazu gedrückt, sich geordnet nach beiden Seiten vom Flugzeug wegzubewegen. Wenn das Flugzeug jedoch Schallgeschwindigkeit erreicht, ist es nicht mehr möglich, dass die Druckwelle vor dem Flugzeug vorbeirauscht und die Luft vor ihm geordnet nach beiden Seiten aufteilt. Stattdessen pressen sich die Druckwellen zusammen und werden dichter, wie eine feste Steinmauer. Ein Flugzeug, das mit transsonischer Geschwindigkeit fliegt, fliegt gegen eine große unsichtbare Steinmauer. Dies ist der Ursprung der Schallmauer.

Diese unsichtbare Steinmauer wird auch Stoßwelle genannt

Mit zunehmender Geschwindigkeit wird die Vorderseite der Stoßwelle kegelförmig, der Neigungswinkel des Kegels nach hinten nimmt mit zunehmender Geschwindigkeit zu und die Luft hinter der Vorderseite erreicht wieder Unterschallgeschwindigkeit. Wenn der gerade Flügel wie ein Schwalbenflügel nach hinten geschwungen ist und sich hinter der durch die Nase verursachten Stoßfront „versteckt“, kann der durch den Flügel selbst verursachte Stoßwellenwiderstand vermieden werden.

Unebene Oberflächen verursachen zusätzliche schräge Stoßwellen

Der Deutsche Adolf Busmann schlug in den 1930er-Jahren den Pfeilflügel vor, der jedoch damals keine Aufmerksamkeit erregte.

Natürlich gibt es auch die schwarze Technik des legendären Staatsoberhauptes.

Tatsächlich zeigt sich der Effekt geschwungener Flügel zur Vermeidung des durch den Flügel selbst verursachten Stoßwellenwiderstands jedoch bereits, bevor die Flugzeuggeschwindigkeit Überschallgeschwindigkeit erreicht. Der Flügel erzeugt Auftrieb, indem er den Luftstrom auf der Oberseite beschleunigt, um einen Geschwindigkeitsunterschied zwischen dem Luftstrom auf der Ober- und Unterseite zu erzeugen, was wiederum zu einem Druckunterschied führt. Bei hohen Unterschallgeschwindigkeiten kann die Luftströmungsgeschwindigkeit an der Flügeloberseite die Schallgeschwindigkeit überschreiten. Bei Verwendung eines Pfeilflügels wird der anströmende Luftstrom entsprechend dem Pfeilungswinkel in eine Komponente senkrecht zur Flügelvorderkante (Normalkomponente) und eine Komponente parallel zur Flügelvorderkante (Spannungsrichtungskomponente) zerlegt. Die Normalkomponente erzeugt Auftrieb und die Spannweitenrichtungskomponente. Die Komponenten erzeugen keinen Auftrieb. Wenn der Schwenkwinkel gleich Null ist, ist die Normalkomponente gleich dem entgegenkommenden Luftstrom; je größer der Schwenkwinkel, desto kleiner ist die Normalkomponente. Das heißt, durch die Verwendung eines geeigneten Schwenkwinkels kann der Luftstrom auf der Oberseite des Flügels eines Flugzeugs mit hohem Unterschallpegel auf unter die Schallgeschwindigkeit in Normalrichtung reduziert werden, um den Luftwiderstand durch Stoßwellen zu vermeiden.

Der Winkel der schrägen Stoßwelle ist größer als der ebene Rotationswinkel. Dies ist die Beziehung zwischen beiden.

Durch die Flügelbewegung wird die Geschwindigkeitskomponente in Flügelspannweite und Normalrichtung zerlegt. Die Normalkomponente ist kleiner als die ursprüngliche Geschwindigkeit, was die Entstehung von Stoßwellen verzögert.

Pfeilflügel werden häufig bei transsonischen (0,8-1,2-fachen Schallgeschwindigkeitsbereich) und Flugzeugen mit hohem Unterschallpegel eingesetzt, beispielsweise beim J-6-Kampfflugzeug und bei verschiedenen Boeing- und Airbus-Passagierflugzeugen

Die MiG-15 und die F-86 sind die erste Generation von Kampfflugzeugen mit Pfeilflügeln. Beide sind Kampfflugzeuge mit hoher Unterschallgeschwindigkeit.

Die britische „Lightning“, die amerikanische F-100 und die sowjetische MiG-19 sind die erste Generation von Überschalljägern mit Pfeilflügeln.

Bei gleicher Flügelspannweite hat der Deltaflügel eine größere Flügelfläche und einen größeren Auftrieb; die Flügelwurzel ist länger, desto weniger Strukturverstärkung ist erforderlich und das Gewicht ist bei gleicher Flügelfläche geringer. Die Widerstandseigenschaften eines Flügels hingegen werden durch die relative Dicke bestimmt, die das Verhältnis der tatsächlichen Dicke des Flügels zu seiner Sehnenlänge (dem Abstand zwischen der Vorder- und Hinterkante des Flügels) darstellt. Die tatsächliche Dicke und Sehnenlänge des Flügels variiert je nach Flügelspannweite, daher wird im Allgemeinen das Verhältnis von Dicke zu Sehnenlänge bei 1/4 Flügelspannweite verwendet. Der Delta-Flügel hat eine längere Flügelsehne, und während die relative Dicke unverändert bleibt, ist die tatsächliche Dicke dicker, was nicht nur die Strukturkonstruktion und Herstellung vereinfacht und sich positiv auf die Gewichtsreduzierung auswirkt, sondern auch das Innenvolumen des Flügels erhöht Erhöhung der Treibstoffkapazität im Flugzeug.

Amerikanische F-106

Nach den 1950er Jahren verwendeten immer weniger Überschallflugzeuge große Pfeilflügel und am häufigsten Deltaflügel. Die J-8II und J-10 sind beide Delta-Flügel, und auch die europäischen „Typhoon“, „Rafale“ und „Grippen“ sind Delta-Flügel.

J-8IIM

J-10A

Taifun

Böe

Und ... die Herrlichkeit des dritten Bruders Hindustan ...

Als nächstes kommt der Trapezflügel, aber der Deltaflügel dominiert nicht die Welt. Beim Fliegen mit Überschallgeschwindigkeit können die Flügel den Stoßwellenwiderstand vermeiden, indem sie sich hinter der Vorderseite des Stoßkegels „verstecken“. Mit anderen Worten: Auch ein Flügel mit einer kürzeren Spannweite kann eine Reduzierung des Luftwiderstands bewirken. Um die Flügelfläche zu maximieren und ausreichend Auftrieb zu gewährleisten, kann die Flügelsehnenlänge erhöht werden, oder die gerade Hinterkante kann sogar nach vorne gebogen werden, um einen kurzen, trapezförmigen Flügel zu bilden. Gepfeilte Flügel sind auf den Schwenkwinkel angewiesen, um den Luftwiderstand zu reduzieren, aber ein großer Schwenkwinkel bringt eine große Spannweitenkomponente mit sich, was zu einem Auftriebsverlust führt. Insbesondere bei niedrigen Geschwindigkeiten führt ein großer Schwenkwinkel dazu, dass ein großer Teil des entgegenkommenden Luftstroms „wegrutscht“. Wenn es abfällt, entsteht bei niedrigen Geschwindigkeiten das Problem eines unzureichenden Auftriebs. Daher sind die Start- und Landegeschwindigkeiten großer Pfeilflügelflugzeuge im Allgemeinen relativ hoch und die Manövrierfähigkeit ist nicht gut genug.

Der Deltaflügel hat das gleiche Problem. Im Gegensatz dazu sind trapezförmige Flügel nicht auf den Schwenkwinkel angewiesen, um den Luftwiderstand zu reduzieren. Daher kann der Schwenkwinkel der Vorderkante des Flügels kleiner sein, was naturgemäß näher an einem geraden Flügel mit derselben Flügelspannweite liegt und einen besseren Auftrieb bietet. Allerdings ist die Spannweite des Trapezflügels begrenzt, sodass das Endergebnis nicht unbedingt besser ist als bei einem großen Pfeilflügel oder einem Deltaflügel.

Die pakistanische Luftwaffe ist außerdem mit der Pfeilflügel-J-6, der Trapezflügel-F-104 und der Deltaflügel-Mirage III ausgestattet. Dieses Bild zeigt die Eigenschaften der drei gleichzeitig.

Im Vergleich zum Delta-Flügel wird der Trapezflügel seltener verwendet, aber es gibt immer noch einige treue Anhänger, insbesondere Northrop. Die F-5 und die F-18 sind beide Trapezflügel. Auch die F-104 von Lockheed hat einen trapezförmigen Flügel, aber die F-22 geht über den traditionellen trapezförmigen Flügel hinaus und liegt irgendwo zwischen einem trapezförmigen Flügel und einem Delta-Flügel.

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