Varför har flygbolagen inte roder på vinglarna?

Roderns syfte är att styra flygplanets rubrik. Det vänder flygplanet genom att skapa ett aerodynamiskt ögonblick om flygplanets vertikala axel. För tillfället är produkten av den aerodynamiska kraften och armen.

bild: NASA

Den aerodynamiska kraften är sidokraften på roret, armen är avståndet mellan roret och tyngdpunkten för flygplanet.

Om roret skulle ligga på vingarna, skulle rytternas sidokraft verka på ett kort avstånd bakom tyngdpunkten, vilket minskar effektiviteten väldigt mycket.

Det skulle vara möjligt att ha luftbockar på vingarna / vinge och använda differentialbromsning för att skapa rotationsmomentet. Detta görs till exempel på B2 som inte har en vertikal stabilisator. Den ökade komplexiteten och viktökningen gör det till ett oattraktivt alternativ för konventionella flygplan.

Det är möjligt, men bara inte så användbart.

Styrbarhet

För att maximera det ögonblick som roderet har (eller håll roret så liten som möjligt för att ge det här ögonblicket) vill du placera roderet så långt (i längdriktning) från tyngdpunkten. Detta ökar momentet som induceras, och därmed effektiviteten hos rodern. I en vanlig flyglinje har du ett rör med vingar i mitten, och därmed ligger den mest bakre delen för att placera roret i slutet av röret. På flygplanet i din bild är den mest bakre delen vinge spetsen, så det är vettigt att sätta roret där.

Strukturella skäl

Om du placerar roderet i slutet, kommer det att innebära att det kommer att finnas väsentliga krafter som induceras vid vingens spets om du använder rodern. Det betyder att du kommer att ha ett väsentligt böjmoment som läggs till vingen, vilket gör det mycket tyngre. Detta diskuteras vidare i Winglet vs span extension

Kort svar:

• Vertikala svansar skapar mer gäng-moment per dragdragningsenhet.
• Vertikala svansar skapar mindre negativt rullande ögonblick för ett visst ögonblick.

Roret fungerar genom att skapa en sidokraft, precis som en vinge skapar hiss. Detta medför en liten draghastighet (ungefär en tiondel av sidokraften).

Även på en svepad vinge är armen i längdriktningen liten jämfört med vingspetsen. Om vinglarna skulle användas som roder, skulle de vara mest effektiva som dragutrustning, för då kommer deras kraft att verka på en längre spak. Detta har gjorts på flygande vingar (observera att SB-13 taillessglider har maximal roderböjning på 70 ° för att skapa drag).

SB-13underflygning(bild källa )

Det här gör bruket av ett roder betydligt effektivare för att skapa ett ögonblick än att använda vinglar.

Avböjningen av vinglödder kommer också att förändra hissfördelningen på vingen, så att de inte bara skapar ett ögonblick, utan också ett rullande ögonblick. Vertikala svansar som är höga ovanför valsaxeln lägger också till ett rullande ögonblick, men detta är relativt liten för rullande ögonblick av en vingel med roder på en högformatvinkel. I båda fallen verkar rullande ögonblicket mot önskad rullriktning, så det är föredraget att skapa gängningsmomentet med den vertikala svansen.

De befintliga svaren saknar det som verkar vara ett ganska uppenbart svar: Vinglarna är en eftertanke som läggs till i befintliga, beprövade mönster (t ex 737) för att förbättra bränsleekonomin. Att sätta roder på dem skulle kräva löpande styrkablar, kanske förstärka vinge strukturen, & c, istället för att bara skruva på nya tips.

Du kan kanske designa en ny flyglinje från början för att göra det, men återigen, varför överge en beprövad grundläggande design om inte det finns stora vinster att få?