Ellipsentrainer – Wikipedia

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Ein elliptischer Flügel ist eine Flügelplanform, deren Vorder- und Hinterkante sich jeweils zwei Segmenten einer Ellipse annähern. Es ist nicht zu verwechseln mit ringförmigen Flügeln, die elliptisch geformt sein können.

Relativ wenige Flugzeuge haben den elliptischen Flügel übernommen, von denen eine noch geringere Anzahl die Massenproduktion erreichte. Die meisten Flugzeuge, die diese Funktion verwendeten, wurden in den 1930er und 1940er Jahren eingeführt. Das vielleicht berühmteste Flugzeug mit einem elliptischen Flügel ist die Supermarine Spitfire, ein britisches Kampfflugzeug aus der Zeit des Zweiten Weltkriegs. Eine weitere wichtige Anwendung war der Heinkel He 70 “Blitz”, ein deutsches Schnellpostflugzeug und Aufklärungsbomber; Frühere Versionen des He 111-Bombers verwendeten ebenfalls eine solche Flügelkonfiguration, bevor aus wirtschaftlichen Gründen ein einfacheres Design angenommen wurde.

Eigenschaften[edit]

Theoretisch besteht der effizienteste Weg zur Erzeugung eines Auftriebs darin, ihn in einer elliptischen Spannweitenverteilung über den Flügel zu erzeugen.[1] Es gibt keine inhärente Überlegenheit gegenüber reinen elliptischen Formen, und Flügel mit anderen Planformen können optimiert werden, um elliptische Auftriebsverteilungen in Spannweitenrichtung zu erzielen.

Die elliptische Grundflügelform hat auch Nachteile:

  • Die nahezu gleichmäßige Auftriebsverteilung eines elliptischen Flügels mit konstantem Tragflächenprofil kann dazu führen, dass die gesamte Spannweite des Flügels gleichzeitig blockiert, was möglicherweise zu einem Kontrollverlust ohne Vorwarnung führt. Um die Stalling-Eigenschaften zu verbessern und den Piloten zu warnen, verwenden Konstrukteure ein ungleichmäßiges Tragflächenprofil. Zum Beispiel wurde der Flügel des Supermarine Spitfire in Richtung der Spitzen verdünnt und zum Auswaschen verdreht, wodurch die Belastung der Spitzen verringert wurde, so dass der innere Flügel zuerst zum Stillstand kam.[2][3] Solche Kompromisse weichen von der theoretischen elliptischen Auftriebsverteilung ab und erhöhen den induzierten Widerstand. Eine elliptische Auftriebsverteilung in Spannweitenrichtung kann mit einem ungedrehten Flügel mit einer elliptischen Grundrissform nicht erreicht werden, da die Auftriebsverteilung einen logarithmischen Term enthält, der in der Nähe der Flügelspitzen wichtig wird. [4]
  • Elliptische Flügelplanformen sind schwieriger herzustellen.[5] Darin sind entweder die Vorderkante oder die Hinterkante oder beide gekrümmt, und die Rippen ändern sich entlang der Flügelspannweite ungleichmäßig. In der Praxis sind die meisten elliptischen Flügel Näherungswerte, beispielsweise sind mehrere Abschnitte der Spitfire-Vorder- und Hinterkante Kreisbögen.

Der halbelliptische Flügel[edit]

Damit ein Flügel eine elliptische Flächenverteilung aufweist, müssen nicht sowohl die Vorder- als auch die Hinterkante eine elliptische Form haben. Wenn eine davon gerade ist, wie in der halbelliptischen Planform, hat der Flügel immer noch eine elliptische Flächenverteilung. Es wurden mehrere Flugzeuge dieses Typs hergestellt, eines der erfolgreichsten ist die amerikanische Seversky P-35.

In der Nachkriegszeit wurde das halbelliptische Flügelprofil eingehend auf seine Bodeneffekteigenschaften untersucht. Es wurde postuliert, dass es für Hochgeschwindigkeits-Überwasserfahrzeuge geeignet sein würde. Theoretisch wäre der geringe induzierte Luftwiderstand, der von einem halbelliptischen Flügel erzeugt wird, für den Betrieb in einem solchen Kontext von großem Vorteil.[6]

Geschichte[edit]

Der britische Theoretiker Frederick Lanchester war vielleicht die erste Figur, die ausführlich über den elliptischen Flügel schrieb, nachdem er sich 1907 zu diesem Thema geäußert hatte.[7] Trotz dieses frühen Vorsprungs wurde der elliptische Flügel zunächst als eher theoretisches Konzept als praktische Anwendung angesehen, was teilweise auf die übergeordnete Notwendigkeit zurückzuführen war, Kompromisse zwischen den aerodynamischen Eigenschaften eines Flugzeugs und seinen anderen Designaspekten einzugehen. Daher würde es einige Zeit dauern, bis die Plattform praktisch genutzt wird.[7]

Das erste Flugzeug, das den elliptischen Flügel verwendete, war die Bäumer Sausewind, ein deutsches Leichtathletikflugzeug, das am 26. Mai 1925 seinen Jungfernflug durchführte. Die Designer, die Brüder Günther, schlossen sich anschließend dem deutschen Flugzeughersteller Heinkel an und wendeten ihre Entwürfe an, einschließlich der elliptischer Flügel für verschiedene Projekte der Firma.[8] In den frühen 1930er Jahren entwickelte Heinkel ein schnelles Postflugzeug und einen Aufklärungsbomber, den Heinkel He 70 “Blitz”, mit dem elliptischen Flügel. Es erwies sich für die damalige Zeit als ausgezeichnet und stellte acht individuelle Weltrekorde in Bezug auf Geschwindigkeit über Distanz auf, nachdem es Berichten zufolge eine Höchstgeschwindigkeit von 377 km / h erreicht hatte.

Kurz danach entwickelte Heinkel den He 111-Bomber, der am 24. Februar 1935 seinen ersten Flug absolvierte. Im Vergleich zum vorhergehenden He 70 war es ein größeres Flugzeug, das sich zunächst als Zivilflugzeug tarnte, obwohl es von Anfang an entwickelt worden war, um das Entstehen zu ermöglichen Luftwaffe mit einem schnellen mittleren Bomber; Diese Täuschung war auf Beschränkungen zurückzuführen, die Deutschland nach dem Ersten Weltkrieg auferlegt wurden und die die Entwicklung oder den Einsatz von Bomberflugzeugen untersagten.[8] Obwohl der Typ vor und während des Zweiten Weltkriegs in großen Stückzahlen hergestellt wurde, waren nur die frühen Serienmodelle des He 111 mit einem elliptischen Flügel ausgestattet.[10] Der Hauptgrund, den elliptischen Flügel des He 111 zugunsten eines Flügels mit geraden Vorder- und Hinterkanten fallen zu lassen, war wirtschaftlicher Natur. Letzteres Design konnte mit größerer Effizienz hergestellt werden.[11]

Das vielleicht am häufigsten mit dem Ellipsentrainer verbundene Flugzeugunternehmen war der britische Hersteller Supermarine. In den frühen 1920er Jahren hatte der Chefdesigner des Unternehmens, Reginald Mitchell, die Supermarine S.4 entwickelt, ein britisches Wasserflugzeug mit elliptischen Flügelrennen. Es führte seinen ersten Flug im Jahr 1924 durch. Während die direkten Nachfolger der S.4 einen anderen Flügeldesigner vorstellten, blieb Mitchell ein Befürworter der Plattform.[12] Bis 1934 waren Mitchell und seine Konstruktionsmitarbeiter damit beschäftigt, ein neues Kampfflugzeug für die Royal Air Force zu entwerfen. Sie beschlossen, eine halbelliptische Flügelform zu verwenden, um zwei widersprüchliche Anforderungen zu lösen. Der Flügel musste dünn sein, um nicht zu viel Luftwiderstand zu erzeugen, aber er musste dick genug sein, um das einziehbare Fahrwerk, die Bewaffnung und die Munition aufzunehmen. Eine elliptische Planform ist die effizienteste aerodynamische Form für einen ungedrehten Flügel, was zu dem geringsten induzierten Widerstand führt. Die Ellipse wurde so geneigt, dass das Druckzentrum, das an der Viertelakkordposition auftritt, mit dem Hauptholm ausgerichtet ist, wodurch verhindert wird, dass sich die Flügel verdrehen. Die Spitfire führte ihren Jungfernflug am 5. März 1936 durch.[12]

Der elliptische Flügel wurde schon früh entschieden. Aerodynamisch war es das Beste für unseren Zweck, da der induzierte Widerstand, der bei der Erzeugung des Auftriebs verursacht wurde, bei Verwendung dieser Form am geringsten war: Die Ellipse war … theoretisch eine Perfektion … Um den Luftwiderstand zu verringern, wollten wir die geringstmögliche Dicke bis zur Sehne im Einklang mit der notwendigen Stärke. Aber in der Nähe der Wurzel musste der Flügel dick genug sein, um die eingefahrenen Unterwagen und die Kanonen aufzunehmen … Mitchell war ein äußerst praktischer Mann … Die Ellipse war einfach die Form, die uns den dünnsten Flügel mit Platz im Inneren ermöglichte, um den zu tragen notwendige Struktur und die Dinge, in die wir uns drängen wollten. Und es sah gut aus.

Beverly Shenstone[13]

Mitchell wurde manchmal beschuldigt, die Flügelform von Heinkels He 70 kopiert zu haben. Die Kommunikation zwischen Ernest Heinkel und Michell in den 1930er Jahren begründet Mitchells Bewusstsein für die He 70 und ihre Leistung.[7] Beverley Shenstone, der Aerodynamiker in Mitchells Team, bemerkte jedoch: “Unser Flügel war viel dünner und hatte einen ganz anderen Abschnitt als der Heinkel. Auf jeden Fall hätte es nur um Mühe gebeten, eine Flügelform kopiert zu haben von einem Flugzeug, das für einen ganz anderen Zweck entwickelt wurde. “[14]

Fast alle Republic P-47 Thunderbolts, ein amerikanisches Kampfflugzeug, waren mit elliptischen Flügeln ausgestattet. nur die letzten Serienmodelle unterscheiden sich, stattdessen mit eckigen Flügelspitzen, ähnlich den Spitfire-Varianten in geringer Höhe.[7] Die Aichi D3A, ein japanischer Tauchbomber der kaiserlichen japanischen Marine, verwendete ebenfalls einen elliptischen Flügel, der dem der He 70 sehr ähnlich war.[15] Der Mitsubishi A5M Jäger verwendete auch ein elliptisches Flügeldesign.[16] Einige andere Typen hatten Planformen, die sich relativ wenig von den elliptischen unterschieden. Das Kampfflugzeug Hawker Tempest II, das sich später zu Hawker Fury und Hawker Sea Fury entwickelte, verwendete ebenfalls eine nahezu eliptische Flügelplanform, obwohl es an den Spitzen quadratisch war.[17][18]

Seit 2009 entwickelt das britische Flugzeugunternehmen Swift Aircraft Berichten zufolge ein zweisitziges Very Light Aircraft, ein Light-Sport-Flugzeug und ein Flugzeug der Kategorie CS-23, das Swift Aircraft Swift, mit elliptischen Flügeln.[19]

Verweise[edit]

Zitate[edit]

  1. ^ Clancy 1975, Abschnitte 5.17, 5.25 und 8.14.
  2. ^ “Spitfire” “, Flugzeugsymbole Nr. 14, Kelsey, 2013, p. 33.
  3. ^ Smith, J. “Die Entwicklung von Spitfire und Seafire.” Zeitschrift der Royal Aeronautical Society1947, p. 343.
  4. ^ Jordan, PF “Über das Heben von Flügeln mit parabolischen Spitzen.” ZAMM, 54, 1974. S. 463-477.
  5. ^ Knauff, Thomas (24. Oktober 2012). Das Segelflughandbuch. BookBaby. ISBN 978-1-62488-139-8.
  6. ^ Mamada, Hiroshi; Ando, ​​Shigenori (Mai 1974). “Minimaler induzierter Widerstand des halbelliptischen Bodeneffektflügels”. Journal of Aircraft. 11 (5): 257–258. doi:10.2514 / 3.59236.
  7. ^ ein b c d Garrison, Peter (Februar 2019). “Der perfekte Flugzeugflügel”. Air & Space Magazine.
  8. ^ ein b Mackay 2003, p. 7.
  9. ^ Mackay 2003, p. 9.
  10. ^ Regnat 2004 p. 31.
  11. ^ ein b Ethel 1997, p. 12.
  12. ^ Price 2002, S. 17–18.
  13. ^ Price 1977, S. 33–34.
  14. ^ Francillon 1979, S. 272–273.
  15. ^ Green und Swanborough 1982, p. 28.
  16. ^ Thomas und Shores 1988, p. 105.
  17. ^ Mason 1967, p. 3.
  18. ^ Jackson, Paul (2011). Jane’s All the World Aircraft 2011-12. Coulsdon, Surrey: IHS Jane. p. 596. ISBN 978-0-7106-2955-5.

Literaturverzeichnis[edit]

  • Clancy, LJ Aerodynamik. Pitman Publishing Limited, London. 1975. ISBN 0-273-01120-0.
  • Donald, David, ed. (1999). Die Enzyklopädie der Zivilflugzeuge (illustriert, überarbeitete Ausgabe). London: Aurum. ISBN 1-85410-642-2.
  • Ethell, Jeffrey L. und Steve Pace. Spitfire. St. Paul, Minnesota: Motorbooks International, 1997. ISBN 0-7603-0300-2.
  • Francillon, René J. Japanische Flugzeuge des Pazifikkrieges. London: Putnam & Company Ltd., 1970 (2. Auflage 1979). ISBN 0-370-30251-6.
  • Blick, Jonathan. Spitfire: Die illustrierte Biographie. London: Atlantic Books, 2006. ISBN 978-1-84354-528-6.
  • Grün, William; Swanborough, Gordon (August – November 1982). “Der Null-Vorläufer … Mitsubishis A5M”. Luft-Enthusiast. Nr. 19. S. 26–43.
  • Mason, Francis K. Der Hawker-Sturm I – IV (Flugzeuge in Profilnummer 197). Leatherhead, Surrey, Großbritannien: Profile Publications Ltd., 1967.
  • McCormick, Barnes W. Aerodynamik, Luftfahrt und Flugmechanik. John Wiley & Sons, New York, 1979. ISBN 0-471-03032-5. S. 135–139.
  • Milne-Thomson, LM Theoretische Aerodynamik4. Auflage, Dover Publications Inc, New York, 1966/1973. ISBN 0-486-61980-X. S. 208–209.
  • Preis, Alfred. The Spitfire Story: Überarbeitete zweite Ausgabe. Enderby, Leicester, Großbritannien: Siverdale Books, 2002. ISBN 978-1-84425-819-2.
  • Regnat, Karl-Heinz (2004), Schwarzes Kreuz Band 4: Heinkel He 111, Hersham, Surrey, Großbritannien: Midland Publishers, ISBN 978-1-85780-184-2
  • Thomas, Chris und Christopher Shores. Die Taifun- und Sturmgeschichte. London: Waffen- und Rüstungspresse, 1988. ISBN 978-0-85368-878-5.

Externe Links[edit]

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