Fråga:
Vilka är effekterna av Boeing 787: s mycket flexibla vingar?
shortstheory
2014-01-10 21:11:33 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jag kom nyligen över den här bilden av Boeing 787-seriens flygplan otroliga wingflex:

Jag antar att detta är en konsekvens av att använda mycket lätta CFRP-vingar, men hur förbättrar wingflex själv 787: s flygprestanda? Gäller fördelar / nackdelar även 747-8 (vilken IIRC använder också CFRP-vingar)?

Inte ett svar, bara en trevlig video om * riktigt * otrolig flex för DG-1000: http://www.dg-flugzeugbau.de/Data/Videos/bruchversuch-i.wmv. De gör det också för de stora ´uns som A380, som är riktigt skrämmande (men jag har ingen videolänk till hands).
Relaterat: http://www.airliners.net/aviation-forums/tech_ops/read.main/253605/1/
@yankeekilo tack för att du delade, det var en ganska cool video. Jag hörde att de betonar CFRP-vingarna mycket, men inte till brytpunkt eftersom granatsplitter från en CFRP-vinge kan vara ganska allvarliga.
Bara hittat: http://www.airliners.net/aviation-forums/tech_ops/read.main/267122/
Egentligen bryter * dem * dem: https://www.youtube.com/watch?v=sA9Kato1CxA eller https://www.youtube.com/watch?v=z19m9LZOOZY. Dessa tester är * enorma * och naturligtvis måste många säkerhetsåtgärder vidtas.
Det är en hemsk bild. Jag tvivlar verkligen på att vingarna ökar dramatiskt när de böjs. Vingspetsens rörelse skulle säkert beskriva något närmare en båge än en vertikal linje.
@RedGrittyBrick utmärkt poäng; Jag kände att något var fel, men jag kunde inte ta reda på det. Tack!
Tre svar:
#1
+25
Dan
2014-01-10 22:40:46 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Härifrån:

Mängden flex är verkligen en produkt av materialet. Vingen kräver en specificerad slutlig styrka; med metall, som översätts till en viss mängd flex. Detta kan varieras inom gränserna, men det är verkligen materialet, dess styvhet för att ge punktförhållande och dess utmattningsegenskaper som styr hur mycket flex du kommer att sluta med. CFRP är ett mycket annat material och har mycket mindre styvhet för samma sträckpunkt och har i princip inga utmattningsproblem. Detta är fördelaktigt genom att det ger en mjukare åktur i turbulens; vingen fungerar i huvudsak som en jättebladfjäder. Det är dock en viss hiss förlorad på grund av krökningens natur. Detta är dock relativt litet.

Hur korrelerar man avkastning och styvhet? CFRP har en högre specifik styvhet jämfört med aluminium och stål ...
Ökad styvhet, innebär att massan ökar, betyder minskad avkastning / lyft. Detta material ger hög hållfasthet med en relativt låg styvhet / massa, vilket betyder ett bra förhållande och i sin tur den följaktliga flex som du ser.
Men flexen ligger i designen, inte materialets styvhet. Du kan bygga mycket styvare vingar med CFRP. CFRP (gjort ordentligt) ger både utmärkt styvhet och hållfasthet, med relativt låg brytstam jämfört med aluminium. Jag håller dock med om utmattningspunkten.
Du _ kunde_ bygga mycket styvare vingar med CFRP. Ökningen i massa kommer dock att minska _resultatlyften_ mer än att ha "plana" vingar.
Min poäng är att CFRP i allmänhet inte visar en lägre styvhet för ett givet avkastning. Flexen är ett designbeslut som ger bästa kompromiss, men inte på grund av materialet.
#2
+23
Peter Kämpf
2015-02-23 03:37:07 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Boeing 787-vingarna är så flexibla eftersom dess kolfibermaterial kan sträckas mer och det höga bildförhållandet 11 kommer att förstora denna effekt. Under flygning är allt du känner mindre skakningar på grund av vindbyar, eftersom vingen dämpar belastningsförändringar mer effektivt. På marken kan vingen ha mindre spetsfrihet, eftersom det krävs mindre inbyggd dihedral - resten levereras av vingens elasticitet under flygning.

Påverkan på prestanda är något negativ, men detta är en mycket svag effekt. Det kan jämföras med rullmotståndet hos en styv cykel jämfört med en med fjäderbelastad ram.

Mängden böjning för ett givet böjmoment beror på tre faktorer:

  1. Vingspännvidd: En given krökning av vingen på grund av böjning vid vingroten kommer att orsaka en spetsförskjutning som är proportionell mot spetsens avstånd från roten. den inversa av kvadraten på sparhöjden. En lägre relativ tjocklek på vingen ger mer böjning.
  2. Spar-material: Youngs modul för materialet beskriver hur mycket det sträcker sig för en given spänning. Ännu viktigare är emellertid den elastiska töjningen vid sträckgräns. Kolfiber har en högre Young-modul än aluminium, men är elastisk tills den går sönder, så den kan sträckas mer och ger mer böjning vid sträckgräns.

Siffrorna: Youngs modul av aluminium är ganska konstant för ett stort antal legeringar och normalt 70 000 MPa eller N / mm². Modulen för grafitfibrer beror på deras tillverkningsprocess och varierar mellan 200 000 och 700 000 MPa eller N / mm². Detta värde kan dock inte jämföras direkt med aluminiumvärde. Den slutliga modulen för kompositen beror på fiberorientering och hartsinnehåll.

Det är säkert att anta att Boeing (eller mer exakt, Mitsubishi Heavy Industries) använder en modern, höghållfast fiber som IM7 (pdf) (IM står för intermediär modul), som har en modul på 276 000 MPa. Det är också säkert att anta att de flesta fibrerna är orienterade i spännriktningen, så att de kan bidra fullt ut till att ta böjningsbelastningarna. Om vi ​​antar en konservativ fiberhalt på 60%, bör den resulterande modulen för sparmaterialet vara 164 000 MPa. Sparen är emellertid inte en diskret komponent utan en del av vinglådan som också måste ta torsionsbelastningar. Medan aluminium är ett isotropiskt material (det har samma egenskaper i alla riktningar) är CFRP mycket anisotropiskt, och för att lägga till vridstyrka krävs ytterligare fibrer i andra riktningar. Konsekvens: Vingboxens effektiva modul i böjningsriktning kan vara så låg som 110 000 MPa.

I slutändan räknas det hur mycket material som finns för att bära böjningsbelastningarna. Här spelar materialets sträckgräns in: Ju mer stress ett material tål innan det visar plastisk deformation, desto mindre behövs det för att bära ett givet böjmoment. För att komma direkt till maximal deformation räcker det att titta på maximal elastisk töjning. Med IM7 är detta 1,9% och med höghållfast 7068 aluminium (pdf) är det mindre än 1% innan materialet får permanent förlängning. Detta innebär att även om CFRP är styvare än aluminium, kan det laddas mer och sträcka sig mer innan det når sina gränser.

Tack för svaret. Men min fråga handlade om prestanda under de extremt flexibla vingarna, inte om varför vingarna böjer sig i första hand.
@shortstheory: Teoretiskt sett är det en liten prestandasänkning på grund av vingflex, men detta är extremt litet. Min poäng är att det främst minskar belastningsfaktorn som känns av nyttolasten på grund av vindbyar.
Men Airbus A350 som är utvecklad med nästan samma material, har samma vingflex eller inte? och, om inte, helt enkelt "varför"?
#3
+8
ROIMaison
2015-08-20 16:34:42 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Inte bara 787 med CFRP har detta, alla vingar böjer sig mycket som visas i den nedre delen av bilden. B52 deformation Källa: Introduktion till Transonic Aerodynamics av R. Vos och S. Farokhi

Dessa dagar införlivar designers flexningen i designen och ser till att formen i kryssningen är precis som de vill ha den, men de två graferna ovan visar några intressanta fakta. Till vänster kan du se tryckfördelningen på olika platser på en flexibel vinge och till höger samma, men sedan för en styv vinge (alltså inte deformerad)

Du kan se att till höger bild (runt x / c = 0,3), det finns skarpa hopp i graferna, dessa indikerar chocker och leder till vågdragning. På den flexibla sidan är lutningarna mindre branta, vilket innebär att chockvågen är mindre stark. Som en konsekvens kommer vågläget att bli mindre.

Således kan vi, baserat på dessa diagram, dra slutsatsen att den flexibla vingen kommer att ha mindre vågläge än samma vinge som inte skulle deformeras.

Bra svar! Men skulle inte formgivarna vrida vingen så att den under belastning har den önskade attackvinkeln på alla vingstationer? Resultatet av att böja en bakåt-svept vinge är trots allt att minska attackvinkeln vid de yttre stationerna. Naturligtvis kommer den oflexibla vingvingen att ha för mycket belastning vid de yttre stationerna.
Det var också det jag siktade på. Formgivare vet att vingen kommer att deformeras och kommer att redogöra för detta i sin design så att formen under kryssning är optimal. Jag gjorde jämförelsen med det styva fallet, inte bara för att visa att böjningen är bra, utan också för att förklara varför.


Denna fråga och svar översattes automatiskt från det engelska språket.Det ursprungliga innehållet finns tillgängligt på stackexchange, vilket vi tackar för cc by-sa 3.0-licensen som det distribueras under.
Loading...