How gör en stridsflygning bra och snabba manövrer med sådana små vingar?

Fighters och flygplan har stora kontrollytor (ailerons, hissar, roder, elvons, stabilisatorer, etc.) eftersom det är kontrollytor och inte vingarna själva, vilket medför att inställningen ändras som manövrerar flygplanet.

Wingspan och manöverbarhet är definitivt inte relaterade. Förhållande till viktförhållande och vingebelastning spelar en viktig roll.

Traditional aircraft maneuvering is accomplished by altering the flow of air passing over the control surfaces of the aircraft—the ailerons, elevators, flaps, air brakes and rudder.

Här är en bild av supermaneuverability av en jetfighter:

Supermaneuverability is the ability of aircraft to have control and do maneuvers in situations and in the ways exceeding that which is possible by pure aerodynamic mechanisms. This ability was first introduced in the Russian Sukhoi Su-27 and Mikoyan MiG-29 fighter aircraft in the 1980s, which has since become a standard in their advanced 4th and 5th generation aircraft.

Hissen är proportionell mot vingeområdet, inte bara vingspetsen.

Fighter jets har vanligtvis smala vingar (som du noterade), men de kör det mesta av fartygets längd (låg bildförhållande). Större långsammare plan har vanligtvis långa mager vingar.

Low aspect ratio wings are usually used on fighter aircraft, not only for the higher roll rates, but especially for longer chord and thinner airfoils involved in supersonic flight.
-- wikipedia's Aspect Ratio article

Många jetfighters, esp. F15, som noteras i flera svar, genererar lyft från fuselaget, vilket väsentligt ökar effektiv vingeområde. Hela vingtip-till-vinge tippen är vinge, eftersom det inte finns någon vinkling i mitten.

Så trots att frågan är något felaktig, finns det skäl:

Jag är inte säker på om stridsflygplan har mer eller mindre vingeområde per massa än större båtar. Det är rimligt att anta att de har mindre yta per näsa till svans, eftersom massan ökar med storleken 3 , medan ytan ökar med storleken 2 .

Jämfört med ett stort plan, 1/2 längd - > 1/8: e massa som kräver endast 1/8: e vingytans yta, inte det 1/4 område som du skulle ha från en proportionell skala-modell.

För att vända måste du få hela planetens massa att röra sig i en annan riktning. För att dra i en slinga behöver du inte bara ändra inställningen snabbt (stora kontrollytor); du behöver också lyfta från den ökade angreppsvinkeln för att ändra planetens rörelsevektor. (Med stora kontrollytor men inte tillräckligt med hiss, stiger du upp men fortsätter att flytta horisontellt och stall).

"Tillräcklig hiss" beror på planetens massa, eftersom $ F = m a $. Att hålla proportioner lika, ett större plan skulle ha mindre hiss per massa, på grund av kuben vs kvadratproblemet.

En annan viktig faktor är hastighet. Ju snabbare ett plan rör sig, desto mer extra hiss kommer du att hämta från. Ju snabbare du går, desto mer luft kan du trycka på per vingeområde. Vid hög hastighet behöver du inte så mycket vingeområde för att producera maximal 9G acceleration som en pilot kan hantera.

När det gäller vridradien är detta mer än avbrutet av centripetalkraften som behövs för en konstant radie Vrid ökningen kvadratiskt med hastighet. (Tack @ Todd för att fånga detta). Grader per sekund (vinkelhastighet, ω) får inte heller hjälp med att flytta snabbare, när du går fort nog för att göra en max-G-force maneuver.

F = lyftfaktor * v = ma

$ m \ omega ^ 2 r = mv ^ 2 / r = F $
$ \ omega ^ 2 r = v ^ 2 / r = F / m = a = 9G $
$ \ omega ^ 2 = v ^ 2 / r ^ 2 $
$ \ omega = v / r $. Men för konstant $ a $, $ r $ är proportionell mot $ v ^ 2 $.
$ \ omega = v / (v ^ 2 / a) = a / v $ (där $ a $ är konstant)

Så vid hastigheter snabbt nog för att max acceleration ska vara den begränsande faktorn, vrid frekvensen ~ = 1 / v. Vid lägre hastigheter, där uppnåelig $ a $ ökar ~ linjärt med hastighet, är ω ungefär densamma med vilken hastighet upp till $ a = 9G $. Hög dragkraft behövs för att övervinna den höga dragningen av höglift / hög vinkel-av-attack vridning.

Små plan gör det också lättare att göra vingarna tillräckligt starka för att inte klämma fast dem vid en hög angreppsvinkel (skillnad mellan rubrik och vändning, oavsett om det ligger i vertikalplanet eller vrid horisontellt efter att ha rullat till nära 90 grader.) Låga bildförhållande vingar spridar lasten över en längre fästpunkt med skrovet, vilket hjälper till med detta.

Motorns höga vinklar bidrar med en del av den nödvändiga centripetalkraften för att böja planetens momentumvektor, eftersom de trycker planen i den nya riktningen, inte bara längs den nuvarande banan.

Så att kombinera alla dessa faktorer, får stridsflygplan mycket av sina vingar genom att flytta snabbt, ha stabila vingar som kan ta höga belastningar och genom att vara ljus så har vingarna inte så mycket massa att vända .

Det är självklart ett lämpligt medelstora kontrollytor att hålla en starkare stråle i en vinkel mot attacken.

Jag tror att vectored thrust bidrar mestadels i detta område. I en (icke-inverterad) slinga skulle en stråle ha sitt dragkraftvektor uppåt, tillsammans med hissarna, trycka svansen nedåt. Detta innebär att mindre dragkraft bidrar till centripetalkraften; i stället hjälper det att hålla planet i en högre angreppsvinkel så att vingarna kan dra planet i en strängare loop.

Jag är säker på att det finns vissa misstag här, eftersom jag faktiskt inte utformar flygplan, eller till och med flyger dem utanför videospel. Jag använder bara enkel fysik och gör saker upp. Det ser ut att mycket av det jag sa är ganska mycket vad vingeladdning är.

Acceleration = kraft / massa

Fighters har större accelration (oavsett om de är linjära eller roterande), eftersom deras kraft-till-mass-förhållande är större än för en flyglinje. Enkel fysik.

För en rotationsacceleration tar tröghetsmomentet platsen för massa i ovanstående ekvation. Kortare vingar reducerar tröghetsmomentet.

I glidersamhället har det varit känt sedan tidigt åldrar att en längre vingspets minskar manövrerbarhet: glidflygplan med en större vingspets är mer "lat" med aileronsna.

Det är självklart inte den enda faktorn, och eftersom vingeformen har utvecklats till mer sofistikerade flygplansar, är effekten mindre märkbar än vad den brukade vara tidigare.