Domanda:
Quali caratteristiche o tecniche di manovra speciali hanno i biplani?
Dan Hulme
2014-12-03 23:33:08 UTC
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In che modo volare un biplano differisce dal volare un monoplano? A parte l'aumento della resistenza e della portanza, come si comporta in modo diverso e che effetto ha sulla manovra?

In particolare, mi interessano le differenze tra un biplano e un ipotetico equivalente monoplano, non differenze tra aeroplani vintage e moderni, o differenze tra aeroplani acrobatici e utility.

Ci sono molte risposte basate sull'opinione e risposte copiate da altre fonti, ma pochissime prove reali. In un certo senso, questa domanda è priva di significato, a meno che qualcuno non possa inventare due aeroplani reali che hanno lo stesso motore e la stessa cellula, ma con ali diverse.
Pensavo che la scelta del design tra un biplano e un'ala singola fosse una questione di area alare, ei primi progettisti di aeroplani usavano progetti a scatola a causa del vantaggio in termini di peso su un longherone pesante e robusto.
@rbp Le risposte tendono a concentrarsi sulle decisioni di progettazione, ma stavo pensando di più dal punto di vista di un pilota. Quando volo il mio biplano, cosa sto facendo di diverso da un semplice, vecchio monoplano?
avendo volato entrambi, la vera risposta non è molto. troverai una differenza maggiore tra gli stili di marcia, ruota di coda e triciclo, che tra una singola ala e un biplano.
Migliore visibilità con un monoplano.
Qual è la velocità di stallo del Tiger Moth?
Cinque risposte:
Farhan
2014-12-04 00:16:59 UTC
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In poche parole, i vantaggi e svantaggi sono:

  • Biplani ( o triplani) di solito possono sollevare fino al 20% in più rispetto a un monoplano di dimensioni simili con apertura alare simile. Un biplano avrà quindi tipicamente un'apertura alare più corta rispetto al monoplano equivalente, che tende a consentire una maggiore manovrabilità.
  • I montanti e le controventi di un tipico biplano formano una trave a scatola. Particolarmente quando suddiviso in campate, questo permette una struttura alare molto leggera ma robusta e rigida. Ciò consente a un biplano di volare con pochissima potenza ...

Svantaggi”

  • Ogni ala interferisce negativamente con l'aerodinamica del l'altro, che richiede una superficie complessiva maggiore per produrre la stessa portanza del monoplano equivalente.
  • Un biplano tipicamente produce anche più resistenza di un monoplano, specialmente all'aumentare della velocità.

Comparison

Avanzamenti tecnologici

Agli albori (1900-1930), il più grande vantaggio dei biplani era avere il doppio superficie e una struttura rigida per sostenere le ali. Ma al momento, le plastiche rinforzate con fibra di carbonio ad alta resistenza hanno permesso di costruire ali con proporzioni molto elevate senza alcun (o poco) supporto esterno. Con l'avvento dell'acciaio, poi dei telai d'aria in alluminio, le considerazioni precedenti erano mute e i monoplani sono diventati più comuni dei biplani.

La NASA ha una discussione storica su questi .

Cosa intendi per secondo punto di vantaggio? In che modo la struttura della trave scatolare influisce sulla _power_ (oltre ad aumentarla perché ha una maggiore resistenza)?
@JanHudec Non ho incollato l'intera spiegazione da Wikipedia ma l'ho fatto ora. Se pensi che ancora non chiarisca completamente il punto, fammelo sapere e lo aggiornerò.
Non è così. Perché non ha senso neanche su Wikipedia. La trave scatolare consente di costruirla con materiale più debole. Ma ha una maggiore resistenza e quindi richiede più potenza del motore, a tutte le velocità.
@JanHudec: L'affermazione sulla potenza è corretta, ma solo perché il biplano può volare molto più lentamente. Alla stessa velocità ha bisogno di più potenza.
@PeterKämpf: in effetti, così lentamente che un Antonov 2 secondo quanto riferito non ha una velocità di stallo ufficiale. Se voli abbastanza lentamente, scenderai con esso come con un paracadute.
@vsz ... solo quando il c.g. è tutto a poppa. I biplani obbediscono ancora alle leggi della fisica e questo stallo è possibile solo vicino alla stabilità neutra.
@PeterKämpf: Il biplano può essere in grado di volare più lentamente, ma ciò non deriva dall'uso della struttura della trave a scatola. E con un L / D peggiore non è chiaro che avrà bisogno di meno potenza anche a velocità inferiori.
Questa è una buona discussione dei vantaggi e degli svantaggi di ciascuno, ma stavo chiedendo specificamente delle differenze nel volo dal punto di vista del pilota.
Nota che l'aggiunta di più aerei non sempre aumenterà i vantaggi menzionati: http://images.slideplayer.de/1/666186/slides/slide_19.jpg
@JanHudec, infatti, la curva L / D ci dice che serve PIÙ potenza per volare più lentamente, non meno.
@JanHudec: Principalmente sbagliato. Non utilizzare design leggermente privi di senso come Beech Staggerwing o DH89 Dragon Rapide per un confronto. Un biplano ben progettato avrà carichi alari bassi che nessun monoplano equivalente può eguagliare. Ricorda che il fabbisogno di potenza aumenta con il cubo della velocità. Un po 'meno di velocità fa molto per ridurre il fabbisogno energetico.
@PeterKämpf: Cubo di velocità? Potenza = spinta * velocità. E la spinta aumenta solo con il quadrato della velocità sopra Vy. Il biplano avrà un Vy inferiore (a causa del carico alare inferiore), ma avrà bisogno di una spinta maggiore al rispettivo Vy a causa del minore L / D. Le due differenze funzionano l'una contro l'altra.
@JanHudec: Sì, quindi trascina ~ speed². Rende potenza ~ velocità³ quando spinta = resistenza (come dovrebbe essere). Un'elica darà più spinta a velocità inferiori, l'aereo è più lento E più leggero - non vedo come avrebbe bisogno di PIÙ potenza. Questa discussione non dovrebbe nascondersi nei commenti, ma potrebbe generare una buona domanda in sé.
@PeterKämpf: E la resistenza indotta? Quello è _inversamente_ proporzionale alla velocità, non è vero? E la maggior parte degli aerei non naviga più velocemente di Vy, la velocità di resistenza minima.
@JanHudec: La resistenza indotta è anche proporzionale al sollevamento e un aereo più leggero ne richiede meno. Ancora una volta, una piccola differenza di velocità farà già una grande differenza di potenza.
Potresti menzionare la visibilità. Un'ala in più rende un po 'più difficile la scansione del traffico.
Amo questa conversazione - ho imparato molto. Ma mi sembra che dal punto di vista della manovrabilità, sarebbe difficile o impossibile per un pilota bendato (ok, uno che indossa un "dispositivo di limitazione della vista") capire la differenza tra i due. E c'è più differenza tra volare un EX300 e un SIAI-Marchetti che tra un EX300 e un Pitts?
Peter Kämpf
2014-12-04 02:01:07 UTC
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Risposta breve:

Per chiarimento: l'equivalenza tra biplano e monoplano significa che entrambi hanno la stessa area alare e lo stesso motore. Quindi le principali differenze di manovra sono:

  • Il biplano ha una migliore accelerazione di rollio rispetto a un monoplano equivalente.
  • Il biplano ha una velocità di rollio più alta rispetto a un monoplano equivalente alle stesse velocità.
  • Tutti i voli con biplano avvengono a velocità inferiori, il che si traduce in un minore spazio necessario per tutte le manovre. Ciò significa anche che gli effetti inerziali sono meno pronunciati: quando si tira su, c'è meno energia cinetica disponibile per l'arrampicata, quindi (ad esempio) le virate a testa di martello finiranno con un minore guadagno di altitudine.

Differenze di manovrabilità : il biplano ha

  • forze degli alettoni inferiori per la stessa velocità di rollio alla stessa velocità
  • forze di controllo più leggere in generale a causa della velocità di volo inferiore

Differenze nelle prestazioni :

  • distanze di decollo e atterraggio più brevi
  • una velocità di stallo inferiore
  • una velocità massima molto più bassa
  • una velocità di crociera e un raggio ottimali inferiori
  • un requisito di potenza inferiore a causa delle velocità di volo inferiori, o se entrambi usano la stessa motore, un miglior rapporto peso / potenza

rispetto a un monoplano equivalente. Queste differenze sono più evidenti se l'aereo trasporta solo il pilota e non molto carico utile.

Le tecniche di volo sono le stesse dei monoplani. Indirettamente, le differenze sono probabilmente dovute a differenze nel design. Esempio: pochi biplani traggono profitto dall'avere un carrello di atterraggio retrattile, mentre la retrazione del carrello ha senso per i monoplani con un carico di potenza maggiore (potenza installata rispetto all'area alare).

Spiegazione

I biplani hanno due principali differenze:

  • Apertura alare più piccola nella stessa area alare e
  • Il rinforzo del filo si traduce in ali di biplano molto leggere.

L'ampiezza minore riduce lo smorzamento e l'inerzia del rollio, quindi un biplano accelera in un rollio più rapidamente di un monoplano equivalente e raggiungerà una velocità di rollio più elevata. Questa è la principale differenza nelle manovre.

L'apertura alare più piccola si traduce in una maggiore resistenza indotta se entrambi hanno la stessa massa e la stessa velocità. Con il rinforzo del filo, questa condizione non è realistica e un biplano equivalente sarà molto più leggero. Se la struttura è una parte sostanziale della massa dell'aereo (questo è tipico degli aeroplani acrobatici), il risultato può essere facilmente una minore resistenza indotta, nonostante la campata inferiore, e anche un carico alare inferiore. Questo a sua volta significa che entrambi volano a velocità diverse: il biplano sarà in grado di volare molto più lentamente, ma la resistenza aerodinamica del rinforzo lo limiterà alle basse velocità. Ciò significa anche che gli effetti inerziali sono meno pronunciati: la massa inferiore e la velocità inferiore del biplano si combinano per una netta differenza rispetto al monoplano equivalente.

Per le esibizioni acrobatiche questo è l'ideale: tutto l'azione si svolge vicino al pubblico e il biplano avrà bisogno di un'area molto più piccola per tutte le manovre rispetto a un monoplano equivalente, ma più pesante. Lo svantaggio sono la bassa velocità massima e la bassa gamma.

Un'altra differenza nelle prestazioni sono distanze di decollo e atterraggio molto più brevi a causa del carico alare inferiore, che si traduce in una velocità di stallo inferiore. Anche la resistenza ottimale e le velocità di portata ottimale sono inferiori a quelle di un monoplano equivalente, quindi tutto il volo su biplano avviene a velocità inferiori, il che è vantaggioso per gli aerei da addestramento.

Poiché le forze di controllo sono proporzionali alla pressione dinamica, un biplano avrà forze di controllo inferiori rispetto a un monoplano equivalente. Qui equivalenza significa anche che l'accordo relativo di tutte le superfici di controllo è lo stesso. In realtà, un buon progettista selezionerà un accordo relativo più alto per le superfici di controllo del biplano per garantire che le forze di controllo siano al di sopra del minimo richiesto.

I motori pesanti e inaffidabili dei primi anni rendevano i biplani il mezzo ideale per prendere il volo. Una volta che i motori sono diventati più potenti e hanno consentito carichi utili più elevati, il monoplano è diventato più adatto al trasporto di passeggeri e merci a velocità più elevate e su distanze più lunghe.

quanto di questi vantaggi può essere attribuito al peso più leggero dei biplani rispetto agli aeroplani ad ala singola, a parità di area alare? a parte la costruzione dell'aquilone, la maggior parte dei biplani ha ali in tessuto, contro pelle di metallo e longheroni in legno o metallo di aerei ad ala singola, rendendoli molto più leggeri.
@rbp: Equivalence significa che entrambi dovrebbero utilizzare gli stessi materiali e processi. Con la pressione dinamica più bassa dei biplani, hanno meno problemi con i carichi di flutter e raffica, quindi è possibile costruirli in legno e tessuto. Ora entrambi non sono più equivalenti, come con la retrattile del cambio che ho usato come esempio. Ottimizzarli significa perdere le basi per un confronto equo. Quando i progetti ottimizzati vengono confrontati, il biplano sfrutterà il design dell'ala leggero per risparmiare peso anche in tutte le altre parti. Alla fine, tutto questo è davvero una conseguenza della costruzione del box kite.
"la pressione dinamica più bassa dei biplani, hanno meno problemi con flutter e carichi di raffica" puoi migliorare la risposta per citare un riferimento? o forse spiegare meglio il motivo?
@rbp: Sia la velocità che la pressione dinamica sono fattori in flutter. La velocità determina la frequenza delle oscillazioni aerodinamiche e la pressione dinamica determina la quantità di energia coinvolta. Le oscillazioni non devono avere frequenze simili a quelle degli eigenmode strutturali per evitare il flutter, e una velocità inferiore significa che è necessaria una minore rigidità strutturale per garantire ciò. I carichi di raffica sono di nuovo proporzionali a entrambi, e una maggiore velocità di volo produce gradienti più ripidi di variazioni di forza, e la stessa variazione di forza è proporzionale alla pressione dinamica.
Perché un biplano ha una velocità di stallo inferiore rispetto a un monoplano con uguale area alare?
@Koyovis: Interferenza tra entrambe le ali. L'alta pressione sotto l'ala superiore è ridotta dall'aspirazione sull'ala inferiore. Una singola ala pulita può produrre più portanza.
@PeterKämpf L'ala superiore però è ancora in stallo, vero?
@Koyovis: Dato un angolo di attacco sufficiente, entrambi andranno in stallo. Le ali sfalsate fanno sì che l'ala superiore si comporti un po 'come una stecca e ritarda lo stallo sull'ala inferiore, ma solo perché l'ala inferiore vede un angolo di attacco ridotto.
Se un monoplano utilizza un montante e un rinforzo in filo metallico per mitigare la sua debolezza strutturale, quanto lo aiuta a raggiungere il box kite? (supponendo una costruzione leggera, potenza del motore altrimenti simili). Ovviamente entrambi hanno una resistenza del filo in quel caso ...
@BrianDrummond: Questo aiuta molto e rende la singola ala strutturalmente molto simile a un'ala biplano.
Tyler Durden
2014-12-04 01:09:58 UTC
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I biplani si maneggiano come i mattoni. Perdono quota più rapidamente a bassa velocità e sono molto più facili da fermare. Hanno più resistenza e entreranno in rotazione più facilmente. Sono molto più suscettibili ai venti trasversali rispetto ai monoplani e quindi possono decollare e atterrare solo in condizioni relativamente moderate, poiché si ribaltano facilmente.

Il vantaggio che hanno è che possono virare molto più rapidamente di un monoplano, quindi oggigiorno vengono utilizzati principalmente per acrobazie, come i Pitts Specials.

Durante la guerra i piloti che volavano Fairey Swordfishes e Fireflies erano in grave pericolo a causa dei più veloci Bf109. Sarebbero fuggiti precipitando nell'oceano in una caduta libera virtuale e poi ritirandosi all'ultimo momento. Qualsiasi pilota di Messerschmidt abbastanza stupido da seguirli in questa manovra avrebbe volato la sua ultima missione.

Jan Hudec
2014-12-04 01:33:31 UTC
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Non vi è alcuna differenza principale nella gestione. Entrambi hanno la stessa serie di superfici di controllo e la stabilità si ottiene utilizzando gli stessi metodi, quindi le tecniche di pilotaggio sono le stesse. Di solito ci saranno differenze nelle prestazioni. I biplani perdono velocità più velocemente, ma sono leggermente più manovrabili.

Il vantaggio principale del biplano è che può essere costruito con materiali meno resistenti, perché le ali sono più corte e la struttura di controventatura a cassone distribuisce molto bene i carichi . Questo spesso significava un peso inferiore che compensava la maggiore resistenza.

Lo svantaggio principale del biplano è che un'apertura alare più corta significa un rapporto di aspetto inferiore e quindi una maggiore resistenza indotta, che domina a bassa velocità, e l'area frontale e la superficie più grandi area (l'interferenza tra le ali significa che sono meno efficienti di quanto sarebbero indipendentemente) significa maggiore resistenza di forma, che domina ad alta velocità. Quindi un biplano ha bisogno di un motore più forte a parità di peso e non scivolerà così lontano in caso di guasto del motore.

Prima che le ali a sbalzo (senza rinforzo) fossero sviluppate, il rinforzo non consentiva ai monoplani di ottenere così tanto la minore resistenza aerodinamica e il loro peso maggiore annullarono il piccolo vantaggio aerodinamico che avevano, quindi i biplani dominarono. Con le ali a sbalzo il vantaggio aerodinamico dei monoplani è diventato più importante ei biplani sono quasi scomparsi.

Sono rimasti alcuni biplani acrobatici (come il famoso Pitts SC1), molto probabilmente perché con un'apertura alare più corta hanno un momento di inerzia inferiore in rollio e quindi rotolare leggermente più facilmente.

Bassinator
2014-12-09 02:57:10 UTC
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I biplani hanno generalmente aree alari più alte per aeromobili delle stesse dimensioni. Ricordo un biplano su cui ho fatto un giro caduto non un'ora dopo perché nel breve finale ha preso una raffica di vento ed è finito a testa in giù sulla pista!

(Tutti stavano bene, ma non si dimentica mai il barattolo di latta appeso a una bicicletta con il suono di un incidente aereo.)

Durante la prima guerra mondiale, il Fokker Triplane era davvero manovrabile. "Indubbiamente il combattente più famoso della prima guerra mondiale, il Fokker Dr I fu una rivelazione quando entrò in servizio sul fronte occidentale nel 1917. Il JG 1 di Manfred von Richthofen fu il primo Jasta a riequipaggiarsi completamente con il nuovo combattente, e nelle abili mani dei suoi numerosi assi il Dr I si dimostrò un formidabile avversario. Il Dr I rimase in servizio sul fronte occidentale fino a quando non fu sostituito dal superiore Fokker D VII a maggio 1918. ...
Solo poche settimane prima, tuttavia, il grande asso della Germania, il grande 'Barone Rosso', era stato ucciso ai comandi di un Dr I. Il rivoluzionario design del triplano adottato da Fokker era ispirato all'altrettanto riuscito Triplano di Sopwith, e sebbene costruito nel numeri notevolmente ridotti, la leggenda del Fokker Triplane ne ha fatto il velivolo più noto emerso dalla prima guerra mondiale ".
Ooh, e anche gli inglesi avevano un triplano. Anche molto efficace sembra, anche se non così noto come il Fokker Triplane Picture
Fokker Triplane picture Arrgh, il collegamento non funzionerà ... Ma se incollato in un browser che ...


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