Почему треугольные крылья обычно не используются в коммерческих авиалайнерах?

На сайте Airlines.net есть тема на эту же тему.

Одним из наиболее заметных и полезных аспектов треугольного крыла является тот факт, что оно увеличивает критическое число Маха самолета (скорость, при которой воздух, проходящий над какой-либо частью самолета, обычно над крылом, достигает 1,0 Маха).

За счет увеличения критического числа Маха сверхзвуковой полет на треугольных крыльях становится гораздо более осуществимым, чем на обычных крыльях.

Треугольные крылья особенно радуют даже при большом АоА (угле атаки). Это происходит из-за реактивной подъемной силы, создаваемой крылом, и вихря, создаваемого на передней кромке крыла. Следовательно, самолеты с треугольным крылом имеют гораздо более высокую устойчивость к сваливанию. Это облегчает безопасное достижение более высокой вертикальной скорости, также известной как «скорость набора высоты».

Но с обратной стороны:

Одним из недостатков дельтапланов является то, что они создают большее сопротивление из-за большей площади поверхности, но они имеют больший внутренний объем (например, для топлива), что может привести к меньшему размеру фюзеляжа или большему пространству в фюзеляже для другие вещи. Еще одним недостатком является более высокая посадочная и взлетная скорости.

Последний пункт особенно важен. И без того небольшое количество пригодных для использования аэропортов Concorde было сокращено, поскольку взлетно-посадочные полосы должны были быть достаточно длинными, чтобы выдерживать посадочную скорость 160 узлов (для сравнения, типичные авиалайнеры с турбовентиляторными двигателями приземляются со скоростью 130-140 узлов).

В результате более высоких скоростей взлета/посадки стоимость обслуживания жизненно важных компонентов, таких как тормоза и шины, выше. Более того, высокие посадочные скорости могут даже привести к большей нагрузке на планер. Таким образом, треугольные крылья косвенно способствуют более высокой стоимости обслуживания.

Другие недостатки треугольных крыльев, о которых я могу думать, это отсутствие системы закрылков/предкрылков. Треугольным крыльям не требуются закрылки, так как они могут просто уменьшить свою воздушную скорость за счет увеличения угла атаки, но отсутствие закрылков снижает их дозвуковую эффективность и увеличивает взлетную дистанцию ​​​​и скорость взлета. Например, треугольные крылья «Конкорда» создавали очень небольшую подъемную силу во время взлета перед вращением, что требовало высокой взлетной скорости почти в 220 узлов !

Что касается ответа на ваш второй вопрос, я не смог найти ничего о правилах, касающихся использования треугольных крыльев на авиалайнерах.

В целом, треугольные крылья хорошо подходят для нишевых целей, таких как сверхзвуковые самолеты, но их недостатки и плохая экономичность делают их непрактичными для дозвуковых полетов.

Однако, как вы можете видеть здесь, списанный в настоящее время Boeing Sonic Cruiser попытался взять лучшее из обоих миров, объединив обычное крыло с треугольным крылом, чтобы сформировать широкое крыло с изогнутой треугольной конструкцией.

Как правило, иметь как можно меньшую стреловидность - лучший способ достичь большой подъемной силы при низком сопротивлении. Кроме того, независимо от скорости полета, дозвуковая передняя кромка обеспечивает наилучшее отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению. Если стреловидность передней кромки больше, чем угол конуса Маха в сверхзвуковом потоке, обтекание передней кромки все еще похоже на дозвуковой поток, и это создает всасывание, тем самым уменьшая сопротивление давлению. Если крейсерская скорость составляет 2 Маха, стреловидность должна быть больше 60 градусов, и при такой стреловидности будет страдать подъемная сила на малой скорости. Подъемная сила уходит вниз с косинусом угла стреловидности при том же угле атаки.
Кроме того, при большом угле атаки большой угол стреловидности создает вихрь на верхней поверхности, который снижает давление (= увеличивает подъемную силу) и предотвращает отрыв потока (= позволяет увеличить угол атаки). Наличие большей внутренней хорды помогает лучше использовать эту подъемную силу и дает вам больше места для лонжерона крыла и топлива, даже при небольшой относительной толщине, необходимой для сверхзвукового потока.

Крыло дозвукового авиалайнера нуждается только в умеренной стреловидности, чтобы уменьшить эффекты Маха даже при относительно толстых аэродинамических профилях (14 % t/c против 4–6 % для сверхзвуковых аэродинамических профилей), что дает вам большой внутренний объем для топлива, лонжерон крыла и высокую -подъемные устройства. Переход к треугольному крылу помог бы с чувствительностью к порывам ветра при полете на малых высотах (именно поэтому вы вообще видите треугольные крылья на дозвуковых самолетах), но это увеличило бы площадь поверхности и, следовательно, сопротивление трения.

Часть 25 FAR будет соответствующим регламентом, и он (к счастью) оставляет на усмотрение заявителя, каким образом достигается соответствие. Причина, по которой вы не видите треугольного крыла на дозвуковых авиалайнерах, чисто техническая.

Если брать все вместе, то умеренно стреловидное свободнонесущее крыло с механизированными устройствами лучше всего подходит для полета на скорости 0,8 Маха, а треугольное крыло — для полета на скорости 2 Маха.

Основным фактором, определяющим конструкцию крыла коммерческого авиалайнера, является эффективность , а на втором месте — скорость. Хотя треугольные крылья хороши на высоких скоростях, они не очень эффективны. Кроме того, хотя авиалайнер, безусловно, должен быть маневренным, ему не нужно «делать бочку» или делать повороты 9G, зажигая истребитель.

Было отмечено, что треугольные крылья имеют большую площадь поверхности. Это помогает лучше распределить вес самолета, что приводит к низкой нагрузке на крыло . Это один из факторов более высокой маневренности треугольного крыла. Сравните нагрузку на крыло F-15 в 73,1 фунта/фут ² с нагрузкой на крыло Боинга 737-800 в 98,7 фунта/фут ² . Треугольное крыло позволяет F-15 иметь меньшую нагрузку на крыло и, следовательно, большую маневренность. Конструкция также сохраняет эту большую площадь крыла на низком размахе крыла, что означает, что маневры с высокой перегрузкой вызывают меньшую нагрузку на крыло. Авиалайнеры имеют достаточную маневренность с их нынешней конфигурацией.

Эта большая площадь и высокая скорость работы за счет эффективности. Отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению (L/D) F-15 составляет около 10, в то время как у коммерческих самолетов оно превышает 16 ( некоторые примеры см. в этой таблице ). Это показывает огромное преимущество нетреугольного крыла на дозвуковых скоростях. Современная аэродинамика позволила коммерческим авиалайнерам развивать высокие дозвуковые скорости (0,8–0,9 Маха), оставаясь при этом очень эффективными. В то время как истребители используют дозаправку в воздухе, чтобы компенсировать сжигание большего количества топлива, это было бы немного нереально для коммерческого самолета.

Низкая скорость также является фактором. Оба крыла могут использовать закрылки и предкрылки, но посадочная скорость истребителей обычно выше, чем у коммерческих самолетов. Лучше приспособленные для высокоскоростного полета, треугольные крылья менее эффективны на малых скоростях.

Что касается обслуживания, то различий меньше. Поскольку размах крыла был бы меньше, это давало бы меньшую нагрузку на крылья. Снижение нагрузки можно было бы превратить в преимущество обслуживания, но есть много других факторов, определяющих стоимость обслуживания.