Mach tuck - Mach tuck
Mach Tuck ist eine aerodynamische Wirkung , wobei die Nase eines Flugzeugs zu neigt Tonhöhe nach unten , wie die Luftströmung um den Flügel erreicht Überschallgeschwindigkeiten. Diese Tauchtendenz wird auch als Tuck Under bezeichnet . Das Flugzeug wird diesen Effekt erstmals deutlich unter Mach 1 erfahren .
Ursachen
Mach Tuck wird normalerweise durch zwei Dinge verursacht, eine Rückwärtsbewegung des Druckzentrums des Flügels und eine Abnahme der Flügelabwindgeschwindigkeit am Höhenleitwerk, die beide ein Nickmoment nach unten verursachen. Für ein bestimmtes Flugzeugdesign kann nur eine davon signifikant sein, um eine Neigung zum Tauchen zu verursachen, Flugzeuge mit Delta-Flügeln ohne Vor- oder Höhenleitwerk im ersten Fall und zum Beispiel die Lockheed P-38 im zweiten Fall. Alternativ kann ein bestimmtes Design keine signifikante Tendenz haben, zum Beispiel das Fokker F28 Fellowship .
Wenn sich ein Tragflügel erzeugender Auftrieb durch die Luft bewegt, beschleunigt die über die obere Oberfläche strömende Luft auf eine höhere lokale Geschwindigkeit als die über die untere Oberfläche strömende Luft. Wenn die Flugzeuggeschwindigkeit ihre kritische Mach-Zahl erreicht, erreicht der beschleunigte Luftstrom lokal Schallgeschwindigkeit und erzeugt eine kleine Stoßwelle, obwohl das Flugzeug immer noch unterhalb der Schallgeschwindigkeit fliegt. Der Bereich vor der Stoßwelle erzeugt einen hohen Auftrieb. Wenn das Flugzeug selbst schneller fliegt, wird die Stoßwelle über dem Flügel stärker und bewegt sich nach hinten, wodurch ein hoher Auftrieb weiter hinten entlang des Flügels erzeugt wird. Diese Auftriebsbewegung nach hinten bewirkt, dass das Flugzeug die Nase nach unten senkt oder neigt.
Die Stärke des Mach-Tucks bei einem gegebenen Design wird durch die Dicke des Flügels, den Pfeilungswinkel des Flügels und die Position des Höhenleitwerks relativ zum Hauptflügel beeinflusst.
Ein weiter hinten positioniertes Höhenleitwerk kann ein größeres stabilisierendes Nickmoment bereitstellen.
Die Wölbung und Dicke des Flügels beeinflussen die kritische Machzahl, wobei eine stärker gekrümmte obere Oberfläche eine niedrigere kritische Machzahl verursacht.
Bei einem gepfeilten Flügel bildet sich die Stoßwelle typischerweise zuerst an der Flügelwurzel , insbesondere wenn diese stärker gewölbt ist als die Flügelspitze . Mit zunehmender Geschwindigkeit dehnen sich die Stoßwelle und der damit verbundene Auftrieb nach außen und, da der Flügel gepfeilt wird, nach hinten aus.
Der sich ändernde Luftstrom über dem Flügel kann den Abwind gegenüber einem herkömmlichen Höhenleitwerk reduzieren und ein stärkeres Nickmoment nach unten fördern.
Ein weiteres Problem bei einem separaten Höhenleitwerk besteht darin, dass es selbst mit seiner eigenen Stoßwelle eine lokale Überschallströmung erreichen kann. Dies kann den Betrieb einer herkömmlichen Aufzugssteuerfläche beeinträchtigen.
Flugzeuge ohne ausreichende Höhenruderberechtigung, um Trimm- und Flughöhe aufrechtzuerhalten, können in einen steilen, manchmal nicht wiederherstellbaren Sturzflug eintreten. Bis das Flugzeug Überschall ist, kann die schnellere obere Stoßwelle die Autorität des Höhenruders und der horizontalen Stabilisatoren reduzieren .
Alle Transson- und Überschallflugzeuge erleben Mach Tuck.
Erholung
Eine Bergung ist in Unterschallflugzeugen manchmal unmöglich; Wenn ein Flugzeug jedoch in tiefere, wärmere, dichtere Luft absinkt, kann die Kontrollbefugnis (d. h. die Fähigkeit, das Flugzeug zu kontrollieren) zurückkehren, da der Luftwiderstand dazu neigt, das Flugzeug zu verlangsamen, während sowohl die Schallgeschwindigkeit als auch die Kontrollbefugnis zunehmen.
Um ein Fortschreiten des Mach-Stalls zu verhindern, sollte der Pilot die Fluggeschwindigkeit unter der kritischen Mach-Zahl des Typs halten, indem er Gas reduziert , Geschwindigkeitsbremsen ausfährt und wenn möglich das Fahrwerk ausfährt .
Design-Merkmale
Eine Reihe von Designtechniken wird verwendet, um den Auswirkungen von Mach Tuck entgegenzuwirken.
Sowohl bei herkömmlichen Höhenleitwerks- als auch bei Canard- Vorderflächenkonfigurationen kann das Höhenleitwerk groß und stark genug gemacht werden, um die großen Trimmänderungen, die mit Mach Tuck verbunden sind, zu korrigieren. Anstelle der herkömmlichen Höhenrudersteuerfläche kann der gesamte Stabilisator beweglich oder " allfliegend " gemacht werden, manchmal auch Stabilisator genannt . Dies erhöht sowohl die Autorität des Stabilisators über einen breiteren Bereich der Flugzeugneigung, vermeidet aber auch die Steuerbarkeitsprobleme, die mit einem separaten Höhenruder verbunden sind.
Flugzeuge, die über längere Zeit mit Überschall fliegen, wie die Concorde , können Mach Tuck kompensieren, indem sie Kraftstoff zwischen Tanks im Rumpf bewegen, um die Position des Massenschwerpunkts an die sich ändernde Position des Druckzentrums anzupassen, wodurch die Menge an aerodynamische Verkleidung erforderlich.
Ein Mach-Trimmer ist ein Gerät, das die Pitch-Trimmung automatisch als Funktion der Mach-Zahl ändert, um dem Mach-Tuck entgegenzuwirken und einen waagerechten Flug aufrechtzuerhalten.
Geschichte
Die schnellsten Jäger des Zweiten Weltkriegs waren die ersten Flugzeuge, die Mach Tuck erlebten. Ihre Flügel waren nicht dafür ausgelegt, Mach Tuck entgegenzuwirken, da die Forschung an Überschallprofilen gerade erst begann; Auf dem Flügel waren Bereiche mit Überschallströmung sowie Stoßwellen und Strömungsablösung vorhanden. Dieser Zustand war damals als Kompressibilitätsburble bekannt und war bekannt, dass er an Propellerspitzen bei hohen Flugzeuggeschwindigkeiten existierte.
Die P-38 war der erste 400 mph-Jäger und litt mehr als die üblichen Kinderkrankheiten. Es hatte einen dicken Flügel mit hohem Auftrieb, markante Doppelausleger und eine einzige zentrale Gondel, die das Cockpit und die Bewaffnung enthielt. Es beschleunigte bei einem Tauchgang schnell auf Endgeschwindigkeit. Der kurze, stummelige Rumpf hatte eine nachteilige Wirkung bei der Reduzierung der kritischen Machzahl des 15 % dicken Flügelmittelteils mit hohen Geschwindigkeiten über der Kappe, die zu denen auf der Oberseite des Flügels hinzukamen. Mach-Tuck trat bei Geschwindigkeiten über Mach 0,65 auf; der Luftstrom über dem Flügelmittelteil wurde transsonisch , was zu einem Auftriebsverlust führte. Die resultierende Änderung des Abwinds am Heck verursachte ein Nickmoment nach unten und der Tauchgang wurde steiler (Mach Tuck). Das Flugzeug war in diesem Zustand sehr stabil, was die Erholung vom Tauchgang sehr schwierig machte.
An der Unterseite des Flügels (P-38J-LO) wurden Taucherrettungsklappen (Hilfsklappen) angebracht, um den Flügelauftrieb und die Abwärtsströmung am Heck zu erhöhen, um die Erholung von transsonischen Tauchgängen zu ermöglichen.
Verweise
Dieser Artikel enthält gemeinfreies Material aus dem Dokument der US-Regierung : " Airplane Flying Handbook ".
Dieser Artikel enthält gemeinfreies Material aus dem Dokument der US-Regierung : " Pilot's Handbook of Aeronautical Knowledge ".