どのような機体のデザインが暴風雨に最適ですか?

天気予報のために飛行機を選ぶことを検討してください。この飛行機は科学的データを収集するために気象システム(例えば、ハリケーンの目の内側)に飛行する。機内には気象レーダーやその他の大気センサーが搭載されています。

このタイプの飛行にはどの機体設計が最も適していますか?

  • 信頼性のためには4つのエンジンが必要です。
  • ピストン?ターボプロップ?ターボファン?
  • 低翼ですか?ハイウイング?
  • アスペクト比の低い/高い?
  • デルタウィングですか?スイープウィング?
  • 従来のテールですか? Tテール?

あなたはアイデアを得る...

EDIT: I would also like to know why the current planes are chosen. For example, if delta wing is not used, then it suggests a certain criteria which cannot be met by the delta wing design (e.g. requires high AoA at low speeds).

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NOAAは WP-3D Orion を使用して、犯行の中でデータを収集します。
追加された 著者 DOS4004,
NASAには、" Experimenter's Guide "をpdf形式で作成し、P-3 Orionのすべての仕様と考慮事項を示します。
追加された 著者 TomMcW,

3 答え

天気調査のために使用されている現在の航空機の構成を観察するにあたっては、当初はそのような特別な目的のための変更を可能にする様々なミッションのために作成されたものであることにも注意することが重要です。

P-3は、海上哨戒機として建設されたもので、天候観測とはまったく異なるわけではありません。それは、飛行機が海に飛び出し、その任務を達成するのに十分長い間そこにとどまることを可能にするために、良い範囲と持久力を必要とします。主な任務は、搭載されているか、航空機から配備されたセンサーを使用することです。また、飛行機は、典型的な航空機よりも低い高度でより多くの乱気流に費やされる時間に耐えることができる必要があります。

C-130は輸送機として建設されました。これには、重量と容積の両方において、良好な範囲とペイロード能力が必要です。これらの属性は、攻撃特別な運送電子戦を参照してください。両方の航空機はもともと軍用に作られていたため、通常の民間航空機よりも高い負荷に耐えられるように作られています。


4 engines are less efficient but provide redundancy - Both aircraft have 4 engines, as this is a good compromise between size of engine and propeller for this size of aircraft, at the time at which they were designed (around 1960). This primarily provides redundancy. The plane is required to be able to fly with one engine failed, and controllable with two on the same wing failed.

Turboprops are efficient at moderate speed - Both aircraft are also powered by turboprops. The primary roles for the aircraft do not require high speeds or altitudes, which is where turbofans have an advantage. Turboprops provide good power and efficiency at moderate speeds and altitudes, which is acceptable for shorter cargo missions and maritime patrols as well as weather observation. It's worth noting that the US Navy is replacing the P-3 with the P-8, which is a twin engine jet aircraft. A large part of this is likely due to the availability of an existing aircraft design, not being worth the cost of designing an entirely new plane. Although two engines provide less redundancy, they can still provide a similar level of reliability. Japan designed an entirely new maritime patrol plane, and opted for 4 turbofans. Although turbofans may require more fuel, they do allow higher speeds which allows the aircraft to reach its station faster.

Low wing may be a more versatile configuration - The high wing of the C-130 is mainly to allow easy loading and unloading of cargo by keeping the fuselage closer to the ground. This is less important for a weather observation role, though it does allow better downward visibility from the cabin. The P-3 sits higher above the ground, which allowed for a radar to be mounted underneath. Mounting sensors on top is certainly an option but may require modifications to retain stability. One might conclude that a low wing offers more versatility in this regard.

Moderate aspect ratio with sweep to match speed - The wing design will depend on the speeds for which the aircraft is designed. Low aspect ratios and high sweep or delta wings are good for reducing drag at higher speeds. There is no need for very high speeds in a weather observation aircraft, so these would seem to be poor choices. High aspect ratio and low sweep are good for reducing drag at lower speeds, which can maximize endurance. Though endurance is important for weather observation, these designs also have higher wing bending and generally lower top speeds. Both the C-130 and P-8 have moderate aspect ratios and low sweep, which offers a good compromise for strength and efficiency. Jet aircraft fly faster and generally use moderate sweep and aspect ratio.

Conventional tails can be more robust - T-tails have some issues with control and stability, and this prevents them from being used in most cases. The T-tail is mainly useful when the normal position of the horizontal stabilizer is taken up by engines or cargo doors, or would place it too close to wash the engines, or if efficiency is a high priority. Control and stability are particularly important when flying in adverse weather conditions, so if there is no other reason for having a T-tail, a conventional tail works better. All of the aircraft mentioned above have conventional tails.

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追加された
4つのエンジンは、 NOAAのハリケーンヒューゴを研究している研究者のための優れた機能でした 1989年に。 3プロペラが破局的に失敗し、その一部が部分的に破損した。 4小道具、いいえ。 4は依然として動作し続けることができた。 P-3は、実際には、一方または両方の船外機をシャットダウンして、より遅い時間を最大にするように設計されています。
追加された 著者 TomMcW,

これに答えるために、今日このタスクで主に使用されているプレーンを見てみましょう:

the Lockheed WP-3D Orion
Orion

and the Lockheed WC-130
C130

これらの飛行機には、信頼性と、計器とセンサのスペースを最大限に活用するために、安定性の面で大きなプレーンであるという両方の理由から、4つのエンジンが提案されています。

彼らは両方とも速度、レンジ、効率、信頼性の間に提供される妥協の可能性が高いターボプロップによって動力を与えられています。

1つは低い翼を持ち、もう1つは高い翼を持ち、これは何十年にもわたって動作していたため、これが主要な関心事ではないことを示しています。

アスペクト比は比較的緩やかであり、やはり性能と安定性との間の妥協点を示している。翼は掃引がほとんどなく、安定性とスピードの範囲を重視しています。

最後に、両方とも従来のテールを特徴としており、より複雑で維持しやすい設計よりも簡単で信頼性の高い設計が好まれることを示唆しています。

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追加された
私はこの答えの論理に多少の欠陥があると思います。オリオンとヘラクレスの両方は、天気予報のために特別に設計されたものではない飛行機なので、その特徴の共通点はちょうど偶然かもしれません。たとえば、4気筒のターボプロップが少なくとも気象観測には「十分」であることがわかりますが、おそらく3機のターボファンが理想的かもしれませんし、当時はそのような飛行機はコンバージョンに利用できませんでした。新しい飛行機を最初から設計するには高価でした。
追加された 著者 bentford,

そのような目的のために常にハリケーンに飛ぶ飛行機は、C-130とP- 3はいずれも4重のターボプロップ飛行機です。 C-130はハイウェーでP-3はローワーウイングなので、その部分は本当に重要ではありません。両方の飛行機はまた、比較的まっすぐな翼を持ち、従来の尾翼と同様に掃除もしていません。 P-3はアスペクト比が7:5であり、C-130はアスペクト比が10.1である。

だから、基本的に、4つのターボプロップ飛行機で軍用飛行機を手に入れてください。

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追加された
それは、ハリケーンに飛行するための空力要件が軍用輸送機と非常に似ているからですか?私はボーイング747またはB52とは対照的に、選択された飛行機について何が特別かについてもっと知りたいと思います。
追加された 著者 blord-castillo,
@kevin私は、おそらく、コストを言うだろう。この作業を行っている団体は、軍事関係でも政府関係でもあるので、新しい航空機を購入するよりも、古い輸送手段を再利用する方が安いでしょう。さらに、これらのトランスポートは、主に耐久性と生存性を念頭に置いて設計されており、速度と効率を考慮して設計された747または757よりも悪化する可能性があります。
追加された 著者 sevenseacat,