Vid utformning av ett flygplan måste det fattas ett beslut om bildens förhållande mellan en vinge. Det har sagts att ha en högre aspektsvinge kommer att minska dra för samma vingeområde, men de flesta vingarna är kortare än de kan vara. Så min fråga är, vad exakt dikterar en vings aspektförhållande, och varför gör de inte dem så länge som möjligt?
Bildförhållande är förhållandet baserat på spänningen och ackordet på ett flygplanets vingar. span är vingenes längd mätt vingtip till wingtip; ackordet är vingen "djup" från framkanten till bakkant, mätt i en rak linje.
Eftersom väldigt få flygplan har konstanta ackordplaner kräver det en icke-väldigt fin formel att beräkna ( källa: NASA ), så att vi effektivt kan genomsyra ackordet:
$$ AR = \ frac {b ^ 2} {S} $$
Där:
$ AR = $ Bildförhållande
$ B = $ Wingspan
$ S = $ Wingens område
Matematisk åtgärd är bildförhållande utvalt baserat på flygplanets roll eller krav. Ett behov av smidighet dikterar ett lågt aspektförhållande, liksom ett behov av kompaktitet. I båda fallen har stridsflygplan och bushflygplan nytta av smidighet och liten storlek. Höga proportioner ger stor kryssningseffektivitet men kan ha dåliga landningsegenskaper (högt drag vid låga hastigheter eller höga angrepps angrepp på grund av frontytan) som ofta kompenseras av höglyftanordningar som flikar och lister.
Till andra halvan av din fråga: Även om ett högt bildförhållande är önskat, görs inte vingar så länge som möjligt av två skäl.
Den första är strukturell; böjningskrafterna som är förknippade med vingar av extrem längd är, väl, extrema och de material som krävs är ganska rymdålder. Se högpresterande glidflygplan, eller i den galna änden, sol- eller människa-drivna flygplan, för exempel på detta. Det är bara svårt att göra med storleken på en flyglinje.
Den andra anledningen är mer praktisk: rymden är dyr. En extremt högformat förhållande vinge tar upp ett stort utrymme i förhållande till resten av flygplanet. I ett försök att kompensera detta erbjöds tidiga 777-talet (som hade en större span än 767s och 747s) med vikningsvingningar, men ingen köpte det alternativet och det föll.
Nu ska jag begå en kätteri, men fortsätt läsa för att få en förklaring:
Förhöjning av bildskärmens bildförhållande ändrar inte dess inducerade drag. Öka spännviljan.
En vings inducerad dragkoefficient är $ c_ {Di} = \ frac {c_L ^ 2} {\ pi \ cdot AR \ cdot \ epsilon} $, och detta tycks indikera att ett större bildförhållande AR skulle sänka den inducerade dragkoefficienten $ c_ {Di} $. Men bara vid samma lyftkoefficient $ c_L $!
Låt oss nu titta på de reella siffrorna och jämföra två vingar av samma spänning, men olika bildförhållanden. För enkelhet har vinge 1 en AR av 5 och vinge 2 har en AR av 10. Låt oss vidare anta att båda vingarna har samma massa. Eftersom båda vingarna har samma spännvidd, har vingen 1 två gånger vingen på vingen 2. För att skapa samma lyft behöver vinge 1 endast hälften av hissen per område än vingen 2! Det betyder att dess $ c_L $ är bara hälften så stor som vingen 2, och nu kan vi titta på den inducerade dragen igen: $ D_i = q_ \ infty \ cdot S \ cdot c_ {Di} $
Wing 1: $ D_ {i_1} = q_ \ infty \ cdot S_1 \ cdot \ frac {c_ {L_1} ^ 2} {\ pi \ cdot AR_1 \ cdot \ epsilon} $
Wing 2: $ D_ {i_2} = q_ \ infty \ cdot S_2 \ cdot \ frac {c_ {L_2} ^ 2} {\ pi \ cdot AR_2 \ cdot \ epsilon} = q_ \ infty \ cdot 0.5 \ cdot S_1 \ cdot \ frac {4 \ cdot c_ {L_1} ^ 2} {\ pi \ cdot 2 \ cdot AR_1 \ cdot \ epsilon} = D_ {i_1} $
Om båda har samma spänningseffektivitet $ \ epsilon $, har båda samma inducerade drag vid samma lift. För att reducera inducerad dra kräver en ökning av spänningen, oavsett bildförhållande.
En högre aspektvinkel har dock fördelar:
men också nackdelar:
I slutet är vingeordet valt för att minimera vingemassan och för att ge den minsta tillåtna bränslevolymen, och bildförhållandet är bara en följd av den valda vingspänningen. Körvingsmassan ner reducerar också inducerad dragning och $ \ epsilon $ av moderna flyglinjevingar är bara 0,75 till 0,8, vilket visar hur liten vikt som induceras dra har för att hitta ett övergripande optimalt.
För att svara på din fråga är det kanske bra att komma ihåg varför ett högre bildförhållande genererar mindre drag. Ett högre bildförhållande orsakar mindre inducerad dragning vid samma hiss än en aerofoil med ett lägre bildförhållande. Okej, vi behöver en viss mängd lyft och vårt mål är att få denna hiss så effektiv som möjligt. Låt oss göra det: Högre bildförhållande - > mindre drag, mindre dra mindre bränsleförbränning, mindre bränsleförbränning - > högre effektivitet - perfekt, men det finns kanske andra sätt att minska drag och trygga till exempel utrymme eller vikt - en längre framkant skapar mer formdrag och var parkerar du detta jätteflygplan och det betyder mycket vikt för att få tillräcklig styrka för den här jättevingen - viktbehov lyft för att flyga och mer hiss orsakar mer drag.
Okej, jag tycker det är tydligt nu att det inte räcker att bara överväga ett sätt att ställa in effektiviteten hos ditt flygplan. Det finns också fina möjligheter som vinglänkar att reducera inducerad dragning för endast lite extra vikt och också bara lite extra störningsdrag eller ett bra utbud av möjliga CG som kräver vänster negativ lyft på svansen = mindre lyft som krävs vid vingen. Nya material och designtekniker möjliggör också att arbeta på alla i alla former av vingen vilket ökar effektiviteten snabbt. Att bygga ett bra flygplan är att hitta en bra balans och så kan du inte bara koncentrera dig på en möjlig lösning.
Jag hoppas att mitt trådbundna samtal kan hjälpa dig lite, ledsen att jag flyger dessa saker och jag antar att alla mina kollegor är glada att jag inte bygger det;)
Läs andra frågor om taggar aircraft-design wing Kärlek och kompatibilitet Skor Gear 12 Stjärntecken Grunderna