質問:
ボーイング787の非常に柔軟な翼の効果は何ですか?
shortstheory
2014-01-10 21:11:33 UTC
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最近、ボーイング787シリーズの航空機の驚くべき翼の屈曲のこの写真に出くわしました:

これは非常に軽いCFRP翼を使用した結果だと思いますが、どのようにwingflex自体は787の飛行性能を向上させますか?メリット/デメリットは747-8(IIRCもCFRPウィングを使用)にも適用されますか?

答えではありません。DG-1000の*本当に*信じられないほどのフレックスに関する素晴らしいビデオです:http://www.dg-flugzeugbau.de/Data/Videos/bruchversuch-i.wmv。彼らはまた、本当に恐ろしいA380のような大物に対してもそれを行います(しかし、私は手元にビデオリンクを持っていません)。
関連:http://www.airliners.net/aviation-forums/tech_ops/read.main/253605/1/
@yankeekilo共有してくれてありがとう、それはかなりクールなビデオでした。彼らはCFRPの翼に大きなストレスを与えていると聞きましたが、CFRPの翼からの破片はかなり厳しい可能性があるため、限界点には達していません。
見つかったばかり:http://www.airliners.net/aviation-forums/tech_ops/read.main/267122/
実際には、それらを壊します:https://www.youtube.com/watch?v = sA9Kato1CxAまたはhttps://www.youtube.com/watch?v=z19m9LZOOZY。これらのテストは*巨大*であり、もちろん多くの安全対策を講じる必要があります。
それは恐ろしいイメージです。翼が曲がるにつれて翼の長さが劇的に長くなるのではないかと私は本当に疑っています。翼端の動きは確かに垂直線よりも弧に近いものを描写します。
@RedGrittyBrickの優れた点。何かがおかしいと感じましたが、理解できませんでした。ありがとう!
三 答え:
#1
+25
Dan
2014-01-10 22:40:46 UTC
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ここから:

フレックスの量は、実際には素材の産物です。翼には指定された極限強度が必要です。金属の場合、それは一定量の屈曲に変換されます。これは制限内で変更できますが、実際には、最終的にどの程度の屈曲が発生するかを制御するのは、材料、降伏点に対する剛性の比率、および疲労特性です。 CFRPは非常に異なる材料であり、同じ降伏点で剛性がはるかに低く、本質的に疲労の問題はありません。これは、乱気流の中でよりスムーズな乗り心地を提供するという点で有益です。翼は本質的に巨大な板ばねのように機能します。ただし、曲率の性質上、リフトがいくらか失われます。ただし、これは比較的小さいです。

歩留まりと剛性をどのように相関させますか? CFRPは、アルミニウムや鋼に比べて比剛性が高くなっています。
剛性の増加は、質量の増加を意味し、歩留まり/リフトの減少を意味します。この材料は、比較的低い剛性/質量で高強度を提供し、良好な比率を意味し、結果として生じる屈曲を意味します。
ただし、フレックスは設計にあり、材料の剛性ではありません。 CFRPを使用すると、はるかに剛性の高い翼を構築できます。 CFRP(適切に行われる)は、アルミニウムと比較して比較的低い破壊ひずみで、優れた剛性と強度の両方を提供します。しかし、私は疲労点に同意します。
CFRPを使用すると、はるかに剛性の高い翼を構築できます。ただし、質量が増加すると、「平らな」翼を持つよりも_結果として生じる揚力_が減少します。
私のポイントは、CFRPは一般的に与えられた歩留まりに対してより低い剛性を示さないということです。フレックスは、最良の妥協点を与える設計上の決定ですが、本質的に材料によるものではありません。
#2
+23
Peter Kämpf
2015-02-23 03:37:07 UTC
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ボーイング787の翼は、炭素繊維素材をより伸ばすことができるため非常に柔軟性があり、アスペクト比が11と高いため、この効果が大きくなります。飛行中は、翼が荷重変化をより効果的に減衰させるため、突風による揺れが少なくなります。地上では、必要な上反角が少ないため、翼の先端のクリアランスが少なくなる可能性があります。残りは飛行中の翼の弾性によって供給されます。

パフォーマンスへの影響はわずかにマイナスですが、これは非常に弱い効果。これは、剛性の高い自転車とバネ仕掛けのフレームを備えた自転車の転がり抵抗と比較できます。

特定の曲げモーメントに対する曲げの量は、次の3つの要因によって異なります。

  1. ウィングスパン:ウィングルートでの曲げによるウィングの特定の曲率により、ルートからのチップの距離に比例するチップ変位が発生します。
  2. スパーハイト:この曲率は次のように大きくなります。スパーの高さの2乗の逆数。翼の相対的な厚さが薄いほど、曲げが大きくなります。
  3. 桁の材料:材料のヤング率は、特定の応力に対してどれだけ伸びるかを表します。ただし、より重要なのは、降伏応力での弾性伸びです。炭素繊維はアルミニウムよりもヤング率が高いですが、破裂するまで弾性があるため、より伸ばすことができ、降伏応力でより多くの曲げを生成します。
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    数値:アルミニウムのヤング率は幅広い合金でほぼ一定で、通常は70,000MPaまたはN /mm²です。グラファイトファイバーの弾性率は、製造プロセスによって異なり、200,000〜700,000MPaまたはN /mm²の間で変化します。ただし、この値をアルミニウムの値と直接比較することはできません。複合材料の最終的な弾性率は、繊維の配向と樹脂の含有量によって異なります。

    ボーイング(より正確には三菱重工業)は、 IM7(pdf)(IMは中間弾性率の略)のような最新の高強度繊維を使用していると考えて間違いありません。 276,000MPaの弾性率。また、ほとんどの繊維がスパン方向に配向していると想定しても安全であるため、曲げ荷重の吸収に十分に貢献できます。控えめな繊維含有量を60%と仮定すると、スパー材料の結果として得られる弾性率は164,000MPaになります。ただし、スパーは個別のコンポーネントではなく、ねじり荷重を受ける必要がある翼ボックスの一部です。アルミニウムは等方性の材料ですが(すべての方向で同じ特性を持ちます)、CFRPは異方性が高く、ねじり強度を追加するには、他の方向に繊維を追加する必要があります。結果:曲げ方向のウィングボックスの有効弾性率は110,000MPaまで低くなる可能性があります。

    最終的に重要なのは、曲げ荷重を支えるために存在する材料の量です。ここで、材料の降伏応力が作用します。塑性変形を示す前に材料が許容できる応力が大きいほど、特定の曲げモーメントを伝達するために必要な応力は少なくなります。最大変形に直接到達するには、最大弾性ひずみを確認するだけで十分です。 IM7の場合、これは1.9%であり、高強度の 7068アルミニウム(pdf)の場合、材料が永久的に伸びる前に1%未満です。これは、CFRPがアルミニウムよりも硬い場合でも、より多くの荷重をかけることができ、限界に達する前にさらに伸びることを意味します。

答えてくれてありがとう。しかし、私の質問は、そもそもなぜ翼が曲がるのかではなく、非常に柔軟な翼の飛行中の性能についてでした。
@shortstheory:理論的には、翼の屈曲によるパフォーマンスの低下はわずかですが、これは非常に小さいものです。私のポイントは、突風によってペイロードが感じる負荷率を主に低減するということです。
しかし、ほぼ同じ材料を使用して開発されたエアバスA350は、同じ翼の屈曲を持っているかどうか?そうでない場合は、単に「なぜ」ですか?
#3
+8
ROIMaison
2015-08-20 16:34:42 UTC
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CFRPを搭載した787だけでなく、この画像の下部に示されているように、すべての翼が大きく曲がります。 B52 deformation出典: TransonicAerodynamicsの概要 R.VosとS.Farokhiによる

最近、デザイナーはフレックスをデザインに取り入れ、巡航中の形状が希望どおりであることを確認しています。しかし、上の2つのグラフは、いくつかの興味深い事実を示しています。左側では、柔軟な翼のさまざまな場所での圧力分布を確認できます。右側では同じですが、剛性のある翼の場合(したがって、変形していません)

右側で確認できます。画像(x / c = 0.3付近)では、グラフに急激なジャンプがあり、これらは衝撃を示し、波の抗力につながります。柔軟な面では、勾配が緩やかになり、衝撃波が弱くなります。結果として、波の抗力は少なくなります。

したがって、これらのグラフに基づいて、柔軟な翼は、変形しない同じ翼よりも波の抗力が少ないと結論付けることができます。

いい答えだ!しかし、設計者は、負荷がかかった状態ですべての翼ステーションで希望の迎え角を持つように翼をひねりませんか?結局のところ、後退翼を曲げた結果、外側のステーションでの迎え角が減少します。もちろん、屈曲していない翼の翼は、外側のステーションで過度の負荷がかかります。
それも私が目指していたものでした。設計者は、翼が変形することを知っており、巡航時に形状が最適になるように設計でこれを考慮します。リジッドケースと比較して、たわみが良いことを示すだけでなく、その理由を説明しました。


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