Vilka problem börjar du springa in när ett flygplan är oproportionerligt långt?

Frågan påminner mig om DC-8 Super 61. Jag har alltid funnit att fartyget är absurt långt (bild nedan, source ).

Friktionsdrag

Förstochfrämstkommerdinvolymtillytkvotattlida.Ensmalareskroppharproportionelltmerytareaförsammavolymänenmerstumpig.Denförstaaerodynamiskaeffektenärsålundaetthögrefriktionsdragiförhållandetillfartkapacitet.Underettfinförhållandeförhållandepåfemökarflödesseparationenotillbörligtdra.AttflyttafrånenA340-stilskropptillnågotslankarekommeremellertidinteattpåverkaseparation.

Medanvolymenskullebehållaskonstantihändelseavluftfartyg,skullemåletförettflygplanvaraattupprätthållasittplatser,vilketkanantasvaraproportionelltmotgolvytan(inomgränserna-gångenhöjdenskaintesjunkaunder6ft).Därförbörförtjänstensvärdevaravolymen$^⅔$,ochtillväxtenihudfriktionsdrag(ochstrukturvikt)börvaramindreallvarligmedökadslankhetiskrovet.Ävenmedenlängresvanskansvansytornagörasproportionelltmindre,vilketocksåminskarfriktionsdragningen.

Diagrammetnedanärfrån S. Hoerners Fluid Dynamic Drag , figur 24 i kapitel 13, och faktiskt gäller för flygbåtskroppar. Det visar snyggt hur dragkoefficienten växer med ökat finförhållandeförhållande; Men eftersom dragkoefficienten är baserad på frontområdet är detta lite vilseledande.

Hoernerskommentarertilldennagrafinkluderarettoptimaltbaseratpåvolymen$^⅔$:

The optimum ratio with respect to drag on frontal area, seems to be in the vicinity of 5. Based on (volume)⅔, a minimum drag coefficient is obtained at l/"d" ≈ 9, corresponding to l/b ≈ 15 in the hull family tested

Maximalkrysshastighet

NärdenkörsmedhastigheternärmarsigMach1,kommerdenmerslankarörelsenattvisaetthögrevärdepå dragdivergens Mach-nummer , så den andra aerodynamiska effekten av ett mer slankt flygplan är en något högre kryssningshastighet, vilket tillåter vinge aerodynamik.

Återigen, ett diagram från Hoerners Fluid Dynamic Drag (figur 37 i kapitel 15) som bevis:

PitchDamping

Fördettredje,eftersomskrovlängdenbestämmerhävstångsarmenshävarm,kommerenmerslankskroppmedsammakapacitetattuppvisaenhögrestigdämpningiförhållandetilldessstatiskastabilitet. Pitch dämpning beror på torgets svansarms arm medan statisk stabilitet bara växer linjärt. Observera att svansstorleken som behövs för samma stabilitet och tonhöjdsautomatik kommer att förändras omvänt till kroklängden, vilket kompenserar en del av ökningen i nolllyftstryck på längre skrovet.

Start och landningshastighet

Om landningsutrustningen förblir oförändrad kan en fjärde effekt vara lägre rotationsvinkel vid start och stigning vid landning för att undvika en svansstrejk . Detta kan leda till högre start- och landningshastigheter.

Detta svar skulle vara mycket längre om aeroelastiska och strukturella överväganden skulle inkluderas. Jag begränsade det till aerodynamiska faktorer som begärts.

Aerodynamiskt skulle det inte vara mycket av ett problem. Kanske aeroelastiskt, på grund av att det tunna röret böjer när hiss och roderingångar genereras. Men det finns definitivt strukturella problem.

Vid flygning stöder vingarna flygplanet och flygkroppen hänger av dem. Ett långt, smalt rör vill böja ner i ändarna: Spänning på toppen av röret, komprimering längst ner. Ju längre avstånd mellan topp och botten, desto lägre spänningar och stammar är och desto lättare är konstruktionen - men vårt långa tunna rör har relativt liten avstånd och vi skapar en tung och flexibel konstruktion.

Det finns en studie om rörets motstånd (= skrovet i detta fall) för att böja krafter, som en funktion av diameter och väggtjocklek.

Från denna studie verkar det som att större diameter (med samma väggtjocklek) gör röret mer motståndskraftigt mot böjning. När ett sådant rör äntligen böjer sig, är det mer sannolikt att bara spänna i stället för att misslyckas katastrofalt vid enpunkten.

Detta förklarar förmodligen varför större flygplan görs bredare och högre (två nivåer) i stället för bara längre.