Hur skiljer sig det att flyga en biplan från att flyga en enplan? Förutom det ökade drag och lyft, hur hanterar det annorlunda och vilken effekt har det på manövrering?
Jag är särskilt intresserad av skillnader mellan en biplan och en hypotetisk ekvivalent monoplan, inte skillnader mellan vintageflygplan och moderna, eller skillnader mellan flygflygplan och nyttoflygplan.
Kommentarer
- Det finns mycket opinionsbaserade svar och svar kopierade från andra källor, men väldigt lite faktiskt bevis. På vissa sätt är denna fråga meningslös, såvida inte någon kan komma med två faktiska flygplan som har samma motor och flygplan, men med olika vingar.
- Jag trodde att designvalet mellan en biplan och en vinge var en fråga om vingområdet, och tidiga plandesigners använde låddesigner på grund av viktfördelen jämfört med en lång, tung stark sparv.
- @rbp Svaren tenderar att fokusera på designbeslut, men jag tänkte mer från en pilot ’ s synvinkel. När jag flyger min biplan, vad gör jag annorlunda än bara en långsam, gammal monoplan?
- efter att ha flugit båda är det verkliga svaret inte mycket. du ’ hittar en större skillnad mellan växelformat, bakhjul och trehjuling än mellan en enda vinge och en biplan.
- Bättre synlighet med en monoplan.
Svar
Kort svar:
För att klargöra: Likvärdighet mellan biplan och monoplan betyder än båda har samma vingyta och samma motor. De viktigaste skillnaderna i manövrering är:
- Biplan har bättre rullacceleration än en ekvivalent monoplan.
- Biplanet har en högre rullhastighet än en ekvivalent monoplan vid samma hastigheter.
- Alla biplanflygningar sker vid lägre hastigheter, vilket resulterar i ett lägre utrymmebehov för alla manövrer. Detta innebär också att tröghetseffekter är mindre uttalade: När man drar upp finns det mindre kinetisk energi tillgänglig för att klättra, så (till exempel) svängar i hammerhuvudet kommer att sluta med mindre höjdförstärkning.
Skillnader i hantering : Biplanet har
- lägre krängningskrafter för samma rullhastighet vid samma hastighet
- lättare styrkrafter totalt sett på grund av lägre flyghastighet
Skillnader i prestanda :
- kortare start- och landningssträckor
- en lägre stallhastighet
- en mycket lägre maximal hastighet
- en lägre optimal hastighet och räckvidd
- ett lägre effektbehov på grund av de lägre flyghastigheterna, eller om båda använder samma motor, ett bättre förhållande mellan vikt och vikt
jämfört med en ekvivalent monoplan. Dessa skillnader är mest uttalade om flygplanet bara bär piloten och inte mycket nyttolast.
Flygtekniker är desamma som för monoplanes. Indirekt beror skillnader troligen på designskillnader. Exempel: Få biplanar drar nytta av att ha ett infällbart landningsställ medan redskapet är lämpligt för monoplaner med högre effektbelastning (installerad effekt relativt vingytan).
Förklaring
Biplaner har två stora skillnader:
- Mindre vingomfång vid samma vingområde och
- Trådavstängning resulterar i mycket lätta biplanvingar.
mindre spännvidd minskar rulldämpning och rulltröghet, så en biplan accelererar till en rulle snabbare än en motsvarande monoplan och når en högre rullhastighet. Detta är den huvudsakliga skillnaden i manövrering.
Det mindre vingspännet resulterar i mer inducerat drag om båda har samma massa och samma hastighet. Med trådavstängning är detta tillstånd orealistiskt och en motsvarande biplan blir mycket lättare. Om strukturen är en väsentlig del av flygplanets massa (detta är typiskt för flygflygplan) kan resultatet lätt bli mindre inducerad dragning, trots det lägre spännvidden, och även lägre vingbelastning. Detta i sin tur innebär att båda flyger vid olika hastigheter: Biplan kommer att kunna flyga mycket långsammare, men den aerodynamiska dragningen på avstängningen begränsar den till låga hastigheter. Detta betyder också att tröghetseffekter är mindre uttalade: Den lägre massan och biplanens lägre hastighet kombinerar en markerad skillnad mot motsvarande monoplan.
För aerobatiska skärmar är detta perfekt: Alla åtgärder sker nära publiken, och biplanet behöver ett mycket mindre område för alla manövrer än en motsvarande men tyngre monoplan. Nackdelen är låg maximal hastighet och låg räckvidd.
En annan skillnad i prestanda är mycket kortare start- och landningsavstånd på grund av den nedre vingbelastningen, vilket resulterar i en lägre stallhastighet. De optimala uthållighets- och optimala räckviddshastigheterna är också lägre än motsvarande monoplan, så all biplanflygning sker vid lägre hastigheter, vilket är fördelaktigt för träningsflygplan.
Eftersom styrkrafterna är proportionella mot dynamiskt tryck, en biplan kommer att ha lägre styrkrafter än en motsvarande monoplan. Här betyder ekvivalens också att det relativa ackordet för alla kontrollytor är detsamma. I själva verket kommer en bra designer att välja ett högre relativt ackord för biplanens kontrollytor för att säkerställa att kontrollkrafterna är över det erforderliga minimumet.
De tidiga årens tunga, opålitliga motorer gjorde biplanes till ideal sätt att ta sig ut i luften. När motorerna blev mer kraftfulla och möjliggjorde högre nyttolast blev monoplan bättre lämpad för att transportera passagerare och gods vid högre hastigheter och över längre sträckor.
Kommentarer
- hur mycket av dessa fördelar kan tillskrivas den lägre vikten av biplanes kontra envingade flygplan, för samma vingområde? bortsett från låddrakekonstruktionen har de flesta biplanes tygvingar, kontra metallskinn och trä- eller metallspar i envingade plan, vilket gör dem mycket lättare.
- @rbp: Ekvivalens betyder att båda ska använda samma material och processer. Med det lägre dynamiska trycket på biplaner har de mindre problem med fladdring och vindkast, så det är möjligt att bui ld dem av trä och tyg. Nu är båda inte likvärdiga längre, som med den växellåda som jag använde som ett exempel. Att optimera var och en innebär att förlora grunden för en rättvis jämförelse. När optimerade konstruktioner jämförs kommer biplan att utnyttja den lätta vingkonstruktionen för att också spara vikt i alla andra delar. I slutändan är allt detta verkligen en följd av låda drakekonstruktionen.
- ” det lägre dynamiska trycket hos biplaner, de har mindre problem med fladdring och vindkast laddar ” kan du förbättra svaret för att citera en referens? eller kanske förklara bättre varför?
- @rbp: Både hastighet och dynamiskt tryck är faktorer som fladdrar. Hastigheten bestämmer frekvensen av aerodynamiska svängningar och det dynamiska trycket avgör hur mycket energi som är involverat. Oscillationer får inte ha liknande frekvenser än strukturella egenmoder för att undvika fladdring, och en lägre hastighet innebär att mindre strukturell styvhet behövs för att säkerställa detta. Gustbelastningar är återigen proportionella mot båda, och högre flyghastighet ger brantare gradienter av kraftförändringar, och själva kraftförändringen är proportionell mot dynamiskt tryck.
- @BrianDrummond: Detta hjälper mycket och gör den ena vingen strukturellt väldigt lik en biplanvinge.
Svar
I ett nötskal är fördelar och nackdelar är:
Fördelar
- Biplanes (eller triplan ) kan vanligtvis lyfta upp till 20% mer än en samma storlek monoplan med liknande vingbredd. En biplan kommer därför typiskt att ha en kortare vingbredd än motsvarande monoplan, vilket tenderar att ge större manövrerbarhet.
- Stag och trådavstängning av en typisk biplan bildar en boxbjälk . Speciellt när det är indelat i vikar tillåter detta en mycket lätt men stark och stel vingkonstruktion. Detta gör att en biplan kan flyga med mycket lite kraft …
Nackdelar
- Varje vinge stör negativt aerodynamiken hos den andra, vilket kräver större total yta för att producera samma lyft som motsvarande monoplan.
- En biplan ger vanligtvis också mer drag än en monoplan, särskilt när hastigheten ökar.
Tekniska framsteg
I början (1900-1930-talet) var den största fördelen med biplaner två gånger ytan och en styv struktur för att stödja vingarna. Men för närvarande gjorde höghållfast kolfiberförstärkt plast det möjligt att bygga vingar med mycket högt bildförhållande utan något (eller lite) externt stöd. Med tillkomsten av stål, sedan aluminium luftramar, var de tidigare övervägandena tysta och monoplaner har blivit vanligare än biplaner.
NASA har en historisk diskussion om dessa.
Kommentarer
- Vad menar du med den andra fördelpunkten? Hur påverkar boxbjälkstrukturen kraft (utöver att öka den eftersom den har högre drag)?
- @ JanHudec Jag
klistrade inte in hela förklaringen från Wikipedia men har gjort det nu. Om du tror att det fortfarande inte ’ inte klargör punkten helt, snälla meddela mig och jag ’ kommer att uppdatera den.
Svar
Biplanes hanterar som tegelstenar . De tappar höjd snabbare vid låg hastighet, och de är mycket lättare att stoppa. De har mer drag och kommer lättare in i en snurrning. De är mycket mer mottagliga för korsvindar än monoplaner och kan därför bara starta och landa i relativt måttliga förhållanden, eftersom de kommer att vända lätt.
Fördelen de har är att de kan vända mycket snabbare än en monoplan, så de används numera främst för akrobatik, som Pitts Specials.
Under kriget var piloter som flög Fairey svärdfiskar och eldflugor i stor fara från de mycket snabbare Bf109s. De skulle fly genom att stupa till havet i ett virtuellt fritt fall och sedan dra ut i sista stund. Varje Messerschmidt-pilot som är dum nog att följa dem i denna manöver skulle flyga sitt sista uppdrag.
Svar
Det finns ingen principiell skillnad vid hantering. Båda har samma uppsättning kontrollytor och stabilitet uppnås med samma metoder, så pilotteknikerna är desamma. Det är vanligtvis skillnad i prestanda. Biplanes tappar hastighet snabbare, men är något mer manövrerbara.
Den huvudsakliga fördelen med biplan är att den kan byggas med mindre starka material, eftersom vingarna är kortare och lådbalken avstänger strukturen mycket bra . Detta innebar ofta lägre vikt som kompenserade det ökade motståndet.
Den största nackdelen med biplan är att kortare vingbredd innebär lägre bildförhållande och därmed högre inducerat drag, som dominerar vid låg hastighet, och det större frontområdet och ytan område (störningar mellan vingarna betyder att de är mindre effektiva än de skulle vara oberoende) betyder högre formdragning, vilket dominerar i hög hastighet. Så en biplan behöver en starkare motor för samma vikt och kommer inte att glida så långt om motorn skulle gå sönder.
Innan cantilever (utan avstängning) vingar utvecklades tillät inte avstängningen monoplaner att uppnå så mycket lägre drag och deras högre vikt avbröt den lilla aerodynamiska fördelen de hade, så biplaner dominerade. Med cantilever-vingar blev den aerodynamiska fördelen med monoplaner viktigare och biplaner försvann nästan.
Några aerobatiska biplaner (som de berömda Pitts SC1) förblev, troligtvis för att med kortare vingspänn har de lägre tröghetsmoment i rullning och rullar därför lättare.
Svar
Biplanes har vanligtvis högre vingområden för samma flygplan. Jag kommer ihåg att jag biplan som jag tog en tur i kraschade inte en timme senare för på kort final fick han en vindstöt och hamnade upp och ner på landningsbanan!
(Alla var okej, men du glömmer aldrig att burken hänger på ett cykelljud från en flygplanskrasch.)
Kommentarer
- Under första världskriget var Fokker Triplane verkligen manövrerbart. < acepilots.com/wwi/fokker_triplane.html > ” Utan tvekan den mest kända kämpen under första världskriget, Fokker Dr I var en uppenbarelse när den togs i bruk på västfronten 1917. Manfred von Richthofens JG 1 var den första Jasta som helt återutrusta med den nya kämpen, och i de skickliga händerna på dess många ess visade sig Dr I vara en formidabel motståndare. Dr I förblev i tjänst vid västfronten tills den ersattes av den överlägsna Fokker D VII i maj 1918. …
- Bara några veckor före det, men Tysklands ledande ess, den stora ”Red Baron” , hade dödats vid kontrollen av en doktor I. Den revolutionära triplandesignen som antogs av Fokker inspirerades av det lika framgångsrika Sopwiths Triplane, och även om den byggdes i anmärkningsvärt litet antal har Fokker Triplane-legenden gjort det till det mest kända flygplanet att komma ut ur Världskriget. ”
- Ooh, och britterna hade också ett triplan.Det verkar också mycket effektivt, även om det inte är lika känt som Fokker Triplane < thevintageaviator.co.nz/projects/sopwith-triplane / … > Bild < thevintageaviator.co.nz/sites/default/files/styles/… >
- Fokker Triplane-bild < plane-encyclopedia.com/wp-content/uploads/2016/06/… > Arrgh, länk vann ’ t fungerar … Men om det klistras in i ett webbläsare kommer det …
