Die Whitcomb Bereichsregel, auch genannt die transonic Bereichsregel, ist eine Designtechnik, die verwendet ist, um eine Schinderei eines Flugzeuges an transonic und Überschallgeschwindigkeiten, besonders zwischen dem Mach 0.75 und 1.2 zu reduzieren.

Das ist eine der wichtigsten Maschinengeschwindigkeitsreihen für das kommerzielle und militärische Flugzeug des festen Flügels heute mit der transonic Beschleunigung, die als eine wichtige Leistung wird betrachtet, die für das Kampfflugzeug notwendigerweise metrisch ist, das auf die Transonic-Schinderei abhängig ist.

Beschreibung

Mit Hoch-Unterschallfluggeschwindigkeiten kann sich Überschallluftstrom in Gebieten entwickeln, wo sich der Fluss um den Flugzeugskörper und die Flügel beschleunigt. Die Geschwindigkeit, mit der das vorkommt, ändert sich vom Flugzeug bis Flugzeug, und ist als die kritische Machzahl bekannt. Die resultierenden an diesen Punkten des Überschallflusses gebildeten Stoß-Wellen können weg einen beträchtlichen Betrag der Macht abzapfen, die durch das Flugzeug als eine plötzliche und sehr starke Form der Schinderei, genannt Welle-Schinderei erfahren wird. Um die Anzahl und Macht dieser Stoß-Wellen zu vermindern, sollte sich eine aerodynamische Gestalt ins böse Schnittgebiet so glatt ändern wie möglich. Das führt zu einer "vollkommenen" aerodynamischen bekannten Gestalt, weil Körper-Haack versengt, der grob wie eine Zigarre gestaltet ist, aber an beiden Enden hingewiesen hat.

Die Bereichsregel sagt, dass ein Flugzeug, das mit demselben Querschnittsfläche-Vertrieb in der Längsrichtung als entworfen ist-Haack verdorrt, erzeugt Körper dieselbe Welle-Schinderei wie dieser Körper, der der wirklichen Gestalt größtenteils unabhängig ist. Infolgedessen müssen Flugzeuge sorgfältig eingeordnet werden, so dass große Volumina wie Flügel am breitesten Gebiet der Entsprechung eingestellt werden, Versengt Körper-Haack, und dass das Cockpit, tailplane, die Aufnahmen und die anderen "Beulen" entlang dem Rumpf ausgedehnt werden, und/oder dass der Rest des Rumpfs entlang diesen "Beulen" entsprechend dünn gemacht wird.

Die Bereichsregel hält auch mit Geschwindigkeiten höher für wahr als die Geschwindigkeit des Tons, aber in diesem Fall ist die Körpereinordnung hinsichtlich der Mach-Linie für die Designgeschwindigkeit. Zum Beispiel am Mach 1.3 wird der Winkel des vom Körper des Flugzeuges gebildeten Mach-Kegels an ungefähr μ = arcsin (1/M) = 50.3 ° sein (μ ist der Winkel des Mach-Kegels oder einfach Mach-Winkel). In diesem Fall wird die "vollkommene Gestalt" nach hinten beeinflusst, der ist, warum für die hohe Geschwindigkeitsvergnügungsreise entworfene Flugzeuge dazu neigen, mit den Flügeln an der Hinterseite eingeordnet zu werden. Ein klassisches Beispiel solch eines Designs ist Concorde. Wenn sie die Überschallbereichsregel anwendet, angelt die Bedingung, dass das Flugzeug, das den Querschnitt definiert, die Längsachse am Mach entspricht μ schreibt nicht mehr ein einzigartiges Flugzeug für den μ außer den 90 ° vor, die durch die M = 1 gegeben sind. Das richtige Verfahren soll über alle möglichen Orientierungen des sich schneidenden Flugzeugs im Durchschnitt betragen.

Geschichte

Deutschland

Die Bereichsregel wurde von Otto Frenzl entdeckt, als man einen gekehrten Flügel mit einem W-Flügel mit der äußersten hohen Welle-Schinderei verglichen hat, während man an einem transonic Windkanal bei Klapperkiste-Arbeiten in Deutschland zwischen 1943 und 1945 gearbeitet hat. Er hat eine Beschreibung am 17. Dezember 1943, mit dem Titel "Einordnung von Versetzungskörpern im Hochleistungsflug" geschrieben; das wurde in einem 1944 abgelegten Patent verwendet. Die Ergebnisse dieser Forschung wurden einem breiten Kreis im März 1944 von Theodor Zobel am "Deutsche Akademie der Luftfahrtforschung" (deutsche Akademie der Luftfahrt-Forschung) im Vortrag "Im Wesentlichen neue Weisen präsentiert, Leistung des hohen Geschwindigkeitsflugzeuges zu vergrößern."

Nachfolgendes deutsches Kriegsflugzeugsdesign hat die Entdeckung in Betracht gezogen, die schlanke Mitte Rumpf des Flugzeuges wie Messerschmitt P.1112, P.1106 und der unbestreitbar mit der Wespe taillierte Focke-Wulf Fw 1000x3 offensichtlich ist, Typ A ordnet lange Bomber, sondern auch offenbar in Delta-Flügel-Designs wie Henschel Hs 135 an. Mehrere andere Forscher sind in der Nähe vom Entwickeln einer ähnlichen Theorie, namentlich Dietrich Küchemann gekommen, der einen verjüngten Jäger entworfen hat, der die "Cola-Flasche von Küchemann" synchronisiert wurde, als es durch amerikanische Kräfte 1946 entdeckt wurde. In diesem Fall hat Küchemann die Lösung erreicht, indem er Luftstrom, namentlich spanwise Fluss über einen gekehrten Flügel studiert hat. Der gekehrte Flügel ist bereits eine indirekte Anwendung der Bereichsregel.

Die Vereinigten Staaten

Wallace D. Hayes, ein Pionier des Überschallflugs, hat die Überschallbereichsregel in Veröffentlichungen entwickelt, die 1947 mit seiner Doktorarbeit am Institut von Kalifornien für die Technologie beginnen.

Richard T. Whitcomb, nach dem die Regel genannt wird, hat unabhängig diese Regel 1952 entdeckt, während er am NACA gearbeitet hat. Während er den neuen Acht-Fuß-Hochleistungstunnel, einen Windkanal mit der Leistung bis zum Mach 0.95 am Forschungszentrum von Langley von NACA verwendet hat, war er durch die Zunahme in der Schinderei überrascht, die erwartet ist, Welle-Bildung zu erschüttern. Whitcomb hat begriffen, dass, zu analytischen Zwecken, ein Flugzeug auf einen stromlinienförmigen Körper der Revolution, verlängert so viel wie möglich reduziert werden konnte, um plötzliche Diskontinuitäten und, folglich, ebenso plötzlichen Schinderei-Anstieg zu lindern. Die Stöße konnten mit der Fotografie von Schlieren gesehen werden, aber der Grund sie wurden mit Geschwindigkeiten weit unter der Geschwindigkeit des Tons manchmal so niedrig geschaffen wie Mach 0.70, ist ein Mysterium geblieben.

Gegen Ende 1951 hat das Laboratorium ein Gespräch durch Adolf Busemann, ein berühmter deutscher aerodynamicist veranstaltet, wer sich Langley nach dem Zweiten Weltkrieg bewegt hatte. Er hat über den Unterschied im Verhalten des Luftstroms mit Geschwindigkeiten gesprochen, die sich Überschall-nähern, wo es sich nicht mehr als eine incompressible Flüssigkeit benommen hat. Wohingegen Ingenieure gewohnt gewesen sind, an Luft zu denken, die glatt um den Körper des Flugzeuges mit hohen Geschwindigkeiten fließt, hatte es einfach Zeit nicht, um aus dem Weg "herauszukommen", und hat stattdessen angefangen zu fließen, als ob es starre Pfeifen des Flusses, ein Konzept Busemann war, der auf als "streampipes" im Vergleich mit Stromlinien verwiesen ist, und scherzend darauf hingewiesen hat, dass Ingenieure sich als "Rohrleger" betrachten mussten.

Mehrere Tage später hatte Whitcomb einen "Eureka" Moment. Der Grund für die hohe Schinderei bestand darin, dass die "Pfeifen" von Luft einander in drei Dimensionen störten. Man konnte die Luft nicht einfach denken, die über einen 2. Querschnitt durch das Flugzeug fließt, wie andere in der Vergangenheit gekonnt haben; jetzt mussten sie auch die Luft zu den "Seiten" des Flugzeuges denken, das auch mit diesen streampipes aufeinander wirken würde. Whitcomb hat begriffen, dass-Haack verdorrt, musste das Formen für das Flugzeug als Ganzes, aber nicht gerade für den Rumpf gelten. Das hat bedeutet, dass die Extraquerschnittsfläche der Flügel und des Schwanzes im gesamten Formen verantwortlich gewesen werden musste, und dass der Rumpf wirklich eingeengt werden sollte, wo sie sich treffen, um das Ideal näher zu vergleichen.

Anwendungen

Die Bereichsregel wurde auf mehreren Entwicklungsaufwand sofort angewandt. Einer der berühmtesten war die persönliche Arbeit von Whitcomb an der Umgestaltung des Convair F-102 Delta-Dolch, ein amerikanischer Luftwaffendüsenjäger, der Leistung demonstrierte, die beträchtlich schlechter ist als, erwartet. Durch das Eindrücken des Rumpfs neben den Flügeln, und (paradoxerweise) das Hinzufügen von mehr Volumen am Ende des Flugzeugs, transonic Schinderei wurde beträchtlich reduziert und das ursprüngliche Mach 1.2 Designgeschwindigkeiten wurden erreicht. Das kulminierende Design dieser Forschung war der Convair F-106 Delta-Wurfpfeil, ein Flugzeug, das viele Jahre lang die primäre Allwetterabfangjäger des USAF war.

Zahlreiche Designs des Zeitalters wurden auf diese Mode, entweder durch das Hinzufügen neuer Kraftstofftanks oder Schwanz-Erweiterungen ebenfalls modifiziert, um das Profil wegzuräumen. Der Tupolev, den Tu-95 'Bär', ein Bomber des sowjetischen Zeitalters, groß hat, hat sich Fahrwerk-Motorgondeln hinter den zwei inneren Motoren ausgebaucht, die gesamte böse Abteilung des Flugzeuges achtern der Flügel-Wurzel vergrößernd. Seine Verkehrsflugzeugversion ist das schnellste Propellerflugzeug in der Welt seit 1960 gewesen. Der Convair 990 hat eine ähnliche Lösung verwendet, Beulen genannt Antistoß-Körper zur Hinterkante des oberen Flügels hinzufügend. Die 990 bleiben das schnellste amerikanische Verkehrsflugzeug in der Geschichte, an bis zum Mach 0.89 eine Kreuzfahrt machend. Entwerfer an Armstrong-Whitworth haben das Konzept ein Schritt weiter in ihrem vorgeschlagenen M Wing genommen, in dem der Flügel zuerst vorwärts und dann am Ende gekehrt wurde. Das hat dem Rumpf erlaubt, auf beiden Seiten der Wurzel statt gerade dahinter eingeengt zu werden, zu einem glatteren Rumpf führend, der breiter durchschnittlich geblieben ist, als ein Verwenden eines Klassikers Flügel gekehrt hat.

Ein interessantes Ergebnis der Bereichsregel ist das Formen des Oberdecks von Boeing 747's. Das Flugzeug wurde entworfen, um zwischenmodale Standardbehälter in einem zweibreiten, zweihohen Stapel auf dem Hauptdeck zu tragen, das als eine ernste Unfallgefahr für die Piloten betrachtet wurde, wenn sie in einem Cockpit an der Front des Flugzeuges gelegen wurden. Sie wurden stattdessen über dem Deck in einem kleinen "Buckel" bewegt, der entworfen wurde, um so klein wie möglich normale Stromlinienverkleidungsgrundsätze gegeben zu werden. Es wurde später begriffen, dass die Schinderei viel mehr durch die Verlängerung des Buckels, das Verwenden davon reduziert werden konnte, um Welle-Schinderei zu reduzieren, die den Schwanz-Oberflächenbeitrag ausgleicht. Das neue Design wurde auf den 747-300 eingeführt, seine Vergnügungsreise-Geschwindigkeit verbessernd und Schinderei mit der Nebenwirkung der ein bisschen zunehmenden Kapazität auf Personenflügen senkend.

Gemäß der Bereichsregierung von Whitcomb entworfenes Flugzeug hat seltsam zurzeit ausgesehen sie wurden zuerst, (z.B, der Blackburn Seeräuber) geprüft, und wurden "fliegende Cola-Flaschen," synchronisiert, aber die Bereichsregel ist wirksam und ist gekommen, um ein erwarteter Teil des Äußeren jedes transonic Flugzeuges zu sein. Spätere Designs haben mit der Bereichsregel im Sinn angefangen und sind gekommen, um viel angenehmer auszusehen. Obwohl die Regel noch gilt, kann der sichtbare Rumpf "waisting" nur auf einigen Flugzeugen, wie der B-1B Ulan, Learjet 60, und der Tupolev Tu-160 'Black Jack' gesehen werden — dieselbe Wirkung wird jetzt durch die sorgfältige Positionierung von Flugzeugsbestandteilen, wie die Boosterraketen und Ladungsbucht auf Raketen erreicht; die Düsenantriebe vor (und nicht direkt unten) die Flügel des Airbusses A380; die Düsenantriebe hinten (und nicht rein an der Seite) der Rumpf eines Cessna Citations X; die Gestalt und Position des Baldachins auf dem F-22 Raptor; und das Image des Airbusses A380 über der Vertretung offensichtlicher Bereichsregel, die sich an der Flügel-Wurzel formt, die von jedem anderen Winkel praktisch unsichtbar ist.

Images

Image:Eclipse_program_QF-106_aircraft_in_flight,_view_from_tanker.jpg|The zeigt F-106 Delta-Wurfpfeil, eine Entwicklung des F-102 Delta-Dolchs, das "mit der Wespe taillierte" Formen wegen Bereichsregel-Rücksichten

Image:Convair 990 auf der Rampe EC92-05275-30.jpg|NASA Convair 990 mit Antistoß-Körpern auf der Hinterseite der Flügel

Image:Antishock_Bodies_Visualization.jpg|Oilflow Vergegenwärtigung der Fluss-Trennung ohne und mit Antistoß-Körpern

Image:Tu-95 große Flügelspannweite jpg|Two hat sich ausgebaucht Motorgondeln können hinter den Motoren dieses Tupolevs Tu-95 gesehen werden

Siehe auch

• Antistoß-Körper
• Schallboom
• Schallmauer
• Überschallaerodynamik

Referenzen

Links

• Aerospaceweb.org: Bereichsregel hat erklärt
• Aerospaceweb.org: Whitcomb Bereichsregel und Karotten von Küchemann
• DGLR Dokument
• Deutsches offenes Suchsystem - sucht nach Offenem DE 932410 abgelegte am 21. März 1944
• NASA 2004: Überverwenden Sie Zunahme-Schinderei, aber nimmt noch ab Boom hat auf dem Boden gehört
• PBS.org - Sieh Image 4 für ein äußerstes Beispiel: Rumpf vor dem Flügel
• Die Whitcomb Bereichsregel: NACA Aerodynamik-Forschung und Neuerung
• Whitcomb, Richard T.: Eine Studie der Nullheben-Eigenschaften des Schinderei-Anstiegs von Kombinationen des Flügels-Körpers In der Nähe von der Geschwindigkeit des Tons. NACA Bericht 1273, 1956.
• Zeitgenössischer Bericht und Erklärung des Gebiets herrschen