Flugzeuge fliegen wegen ihrer Triebwerke nicht. Flugzeuge und Segelflugzeuge fliegen beide, weil ihre Flügel Schub in Auftrieb und Widerstand verwandeln.

Diese vereinfachte Antwort wirft natürlich nur die Frage auf: "Wie können Sie Schub ohne Motor erzeugen?"

Ein Segelflugzeug tauscht ständig Höhe (potentielle Energie) gegen Fluggeschwindigkeit (kinetische Energie). Energie über die Zeit ist gleich Kraft, die wir in diesem Fall Schub nennen. Flugzeuge machen beim Abflug dasselbe. Beide können auch Energie in die entgegengesetzte Richtung handeln, jedoch nur kurz, bis die Flügel zum Stillstand kommen.

Der große Unterschied besteht darin, dass ein Flugzeug auch Kraftstoff (chemische Energie) in Schub umwandeln kann. Dies ermöglicht einen anhaltenden Level- oder Steigflug . Segelflugzeuge haben diese Option nicht.

Die Kraft, die ein Segelflugzeug drückt, ist ein Bestandteil seines Gewichts. Genauer gesagt ist es die Projektion des Vektorgewichts W auf den Gleitweg. Es ist genau der gleiche Wert von Luftwiderstand D, wenn der Schirm mit einer konstanten Fluggeschwindigkeit ohne Beschleunigungen fliegt. In der Abbildung sind alle Vektoren Kräfte mit Ausnahme von U, V und w, bei denen es sich um horizontale, totale bzw. vertikale Fluggeschwindigkeit handelt ...

$ W $ span> besteht aus zwei Komponenten, einer Komponente $ W_n $ span> senkrecht zu $ V $ span> und eine Komponente $ W_t $ span> parallel zu $ V. $ span>. $ W_t $ span> ist die Kraft, die das Segelflugzeug drückt, entsprechend dem Schub, der ein angetriebenes Flugzeug antreibt.

Machen wir ein Gedankenexperiment.

Fliegen Sie mit einem Segelflugzeug auf einer horizontalen Flugbahn. Es wird langsamer und blockiert.

Fliegen Sie jetzt denselben Segelflugzeug in einem vertikalen Tauchgang. Es wird nach unten beschleunigen und durch die Schwerkraft nach unten gezogen.

Stellen Sie sich nun den Gleitflug als Überlagerung beider Zustände vor. Meistens horizontaler Flug mit etwas vertikalem Tauchgang. Sollte es nicht offensichtlich sein, dass die Schwerkraft den Schirm in Bewegung hält?

Aber die Schwerkraft liefert nur die vertikale Komponente der Beschleunigung. Das Segelflugzeug bei einem Tauchgang wird nur nach unten und nicht nach vorne beschleunigt. Nur wenn der Pilot am Steuerknüppel zieht und den Flügel etwas anhebt, erfährt der Segelflugzeug eine Vorwärtsbeschleunigung.

Da haben Sie es. Da sich der Schirm entlang einer geneigten Flugbahn bewegt, ist sein Auftriebsvektor nach vorne geneigt, was ein wenig Schub liefert. Natürlich wird der Auftriebsvektor nur benötigt, weil der Schirm im Gravitationsfeld der Erde fliegt, sodass mehr Schwerkraft oder mehr Masse eine Erhöhung des Auftriebs erfordern würde, was wiederum mehr Vorwärtsschub bedeutet. Die Schwerkraft wird jedoch nur indirekt durch die Einstellung des Auftriebsbedarfs beeinflusst. Was den Schirm wirklich nach vorne zieht, ist seine Vorwärtshubkomponente.

Aber der Schirm wird nicht nur vorwärts beschleunigt, sondern auch etwas nach unten. Schließlich ist das Ziehen auch geneigt und sorgt für ein wenig Aufwärtskraft. Dieses Bit muss ausgeglichen werden, was durch die Schwerkraft erfolgt. In einem gekippten Bezugssystem ist es tatsächlich die Schwerkraft, die gekippt wird und den Schirm entlang der geneigten Längsachse nach vorne zieht. Wenn wir jedoch im Standard-Erdsystem bleiben, werden nur das Heben und Ziehen gekippt, und das Heben zieht den Schirm nach vorne . Die Schwerkraft trägt nur zu einem nach unten gerichteten Anteil bei, dessen Größe vom Gleitverhältnis abhängt

Betrachten Sie nun den Schirm in einem sich nach oben bewegenden Luftpaket, in dem er entlang einer Flugbahn fliegt, die nach oben zeigt. Trotzdem ist die Nicklage des Segelflugzeugs etwas tiefer, um seinen Auftriebsvektor nach vorne zu neigen. In diesem Zustand haben wir jetzt eine nach oben abfallende Flugbahn und es ist immer noch nur der Auftrieb, der den Schirm nach vorne zieht.

Enbin Zheng ist korrekt, die Schwerkraft ist vertikal, immer vertikal und kann horizontale Bewegungen überhaupt nicht berücksichtigen. Was macht das?

Nehmen wir zuerst das Fahrrad. Auf ebenem Boden hat es eine Gravitationskraft von 1 G, bewegt sich aber nicht vertikal. Dafür hat es eine gleich hohe Kraft von 1 G von Terra Firma (dem Boden) nach oben, die es auf "Bodenniveau" hält. Taxiflugzeuge erleben dieses Phänomen ebenso wie Sattelzugmaschinen, weshalb das niedrige Semi etwa viermal sparsamer ist als das beste Frachtflugzeug (Züge übertreffen uns um weitere viermal). Hier muss nicht angehoben werden.

Stellen Sie das Fahrrad nun in eine schiefe Ebene, es "gleitet" ohne Hausierkraft den Hügel hinunter. Es ist die Abstoßungskraft des Bodens, nicht die Schwerkraft, die für die Vorwärtsbewegung verantwortlich ist! Zeichnen Sie einfach die Vektoren.

Weiter zu den Segelflugzeugen. Kein Terra Firma einmal in der Luft (und kein Hausieren). Die Abstoßungskraft gegen die Schwerkraft ist vertikaler Widerstand . Jedes nicht angetriebene Flugzeug hat die nach unten gerichtete Schwerkraft, die es durch die Atmosphäre nach unten zieht. Jedes Gleiten beginnt mit dem Fallen. Der Luftwiderstandsvektor ist wie der Schwerkraftabstoßungsvektor des Fahrrads der Schwerkraft entgegengesetzt.

Für vertikalen Widerstand ist jedoch eine Abwärtsgeschwindigkeit erforderlich stark>. Wir bezahlen unseren Luftwiderstand mit dem h (Höhe) in der potenziellen Energieformel Masse x Schwerkraft x Höhe.

Kippen Sie nun den Schirm nach vorne, indem Sie seinen Schwerpunkt und den Mittelpunkt des vertikalen Luftwiderstands . (Erreicht im Flugzeugdesign mit horizontalem Stabilisatorbereich). Wir haben jetzt horizontale Bewegung. Eine Gleitneigung . Erst dann kann der effizientere Flügel die Hebeaufgaben übernehmen und das Flugzeug "gleiten". Beachten Sie, dass der Auftriebsvektor vom Flügel jetzt eine horizontale Komponente "vorwärts" hat.

Beachten Sie auch, dass eine Ebene von unten gesehen viel mehr Profilfläche hat als von vorne. Dies bedeutet, dass beim Fallen über eine bestimmte Strecke viel mehr Luftwiderstand erzeugt wird als beim Vorwärtsbewegen. Ein bisschen wie ein nasser Mellonsamen zwischen zwei Fingern zu quetschen. Schauen Sie sich den Flug an!

Ein guter Flügel und ein gut designtes Segelflugzeug nutzen diesen "Vorwärtsschub" mit erstaunlicher Effizienz, ebenso wie die größten "Motorsegler", moderne Flugzeuge.

PS : Ich habe gelernt, die Vorwärtsbewegung mit dem Gewichtsvektor bei Verwendung der Ebenenreferenz zu berücksichtigen. Abgewinkelt kann der Gewichtsvektor in eine "Schub" -Linienkomponente zerlegt werden. Dies entspricht der Logik, potenzielle Energie durch Tauchen in kinetische Energie umzuwandeln (funktioniert auch für das Fahrrad).

Nun zu Wn . Es wurde gezeigt, dass Wn die Kraft gegen die Oberfläche eines Gleitblocks in einer schiefen Ebene ist und tatsächlich eine Bedeutung für die Bestimmung des Luftwiderstands (der Reibung) hat. Wenn die Ebene zunimmt, nimmt Wn ab und Wt nimmt zu. Wenn Wn abnimmt, nimmt die Reibung ab. Der Luftwiderstand ist vernachlässigbar. Für ein Flugzeug mit Fluggeschwindigkeit ist der Luftwiderstand nicht vernachlässigbar, und das Flugzeug wird von Lvertical und Dvertical gegenüber W. Lhorizontal in einem stationären Gleitflug gegen Dhorizontal in seiner "Ebene" (Gleitneigung) gehalten.

Damit ein Segelflugzeug fliegen kann, muss es Auftrieb erzeugen, um seinem Gewicht entgegenzuwirken. Um Auftrieb zu erzeugen, muss sich ein Segelflugzeug durch die Luft bewegen. Die Bewegung eines Segelflugzeugs durch die Luft erzeugt ebenfalls Luftwiderstand. In einem angetriebenen Flugzeug wirkt der Schub des Triebwerks dem Luftwiderstand entgegen, aber ein Segelflugzeug hat keinen Motor, um Schub zu erzeugen. Wenn der Luftwiderstand ungehindert ist, verlangsamt sich ein Segelflugzeug schnell, bis es nicht mehr genug Auftrieb erzeugen kann, um dem Gewicht entgegenzuwirken, und fällt dann auf die Erde.

Bei Papierflugzeugen und Balsa-Segelflugzeugen erhält das Flugzeug eine Initiale Geschwindigkeit durch Werfen des Flugzeugs. Einige größere Balsa-Segelflugzeuge verwenden ein Katapult aus Gummibändern und eine Schleppleine, um Geschwindigkeit und eine gewisse Anfangshöhe bereitzustellen. Drachenflieger rennen oft und springen von der Seite eines Hügels oder einer Klippe, um loszulegen. Einige Drachenflieger und die meisten Segelflugzeuge werden von einem angetriebenen Flugzeug in die Höhe gezogen und dann losgeschnitten, um den Gleitflug zu beginnen.

Das angetriebene Flugzeug, das den Segelflugzeug in die Höhe zieht, gibt dem Segelflugzeug eine bestimmte Menge an potentieller Energie. Der Schirm kann die potentielle Energiedifferenz von einer höheren Höhe zu einer niedrigeren Höhe tauschen, um kinetische Energie zu erzeugen, was Geschwindigkeit bedeutet. Segelflugzeuge steigen immer relativ zur Luft ab, in der sie fliegen.

Segelflugzeuge sind so konstruiert, dass sie sehr effizient und sehr langsam absteigen. Wenn der Pilot eine Luftblase finden kann, die schneller aufsteigt als der Schirm absteigt, kann der Schirm tatsächlich an Höhe gewinnen und seine potentielle Energie erhöhen. Aufsteigende Lufttaschen werden Aufwinde genannt. Aufwinde entstehen, wenn ein Wind auf einem Hügel oder Berg aufsteigen muss, um darüber zu klettern. Aufwinde können auch über dunklen Landmassen gefunden werden, die Wärme von der Sonne absorbieren. Die Wärme vom Boden erwärmt die Umgebungsluft, wodurch die Luft aufsteigt. Steigende Heißlufttaschen werden Thermik genannt. Große gleitende Vögel wie Eulen und Falken kreisen oft in einer Thermik, um an Höhe zu gewinnen, ohne mit den Flügeln zu schlagen. Segelflugzeuge machen genau das Gleiche.

NASA: Segelflugzeuge

"Welche Kraft treibt ein Segelflugzeug zum Fliegen?"

Es hängt davon ab, welchen Referenzrahmen wir verwenden.

Newtons erstes Bewegungsgesetz ist Kraft = Masse mal Beschleunigung. Im linearen Geradeausflug ist die Beschleunigung Null, sodass die Nettokraft Null ist. Im linearen (geradlinigen) Gleitflug gibt es keine Nettokraft.

Wir sollten dann die genaue Bedeutung der Worte "Welche Kraft treibt ein Segelflugzeug zum Fliegen?"

Diese Wörter fragen im Wesentlichen, welche Kräfte vorhanden sind, die eine Komponente parallel zur Flugbahn ausüben und eher in der Richtung vorwärts als in Richtung allgemein rückwärts wirken. (Beachten Sie, dass in der Frage nicht das Wort "Schub" verwendet wurde, das in der Luftfahrt eine andere, spezifische und genau definierte Bedeutung hat. "Schub" ist im Gleitflug Null.)

Die Antwort auf die Frage hängt genau davon ab, was wir unter "Flugbahn" verstehen.

Wenn wir die Flugbahn durch die Luftmasse betrachten gibt es keine solche aerodynamische Kraft, aber die Schwerkraft übt eine Kraftkomponente aus, die gegen die Richtung des Widerstandsvektors wirkt, dh parallel zur Flugbahn und in der allgemein vorwärts gerichteten Richtung, obwohl die Schwerkraft ist rein vertikal. Es gibt also eine Antwort.

Wenn wir die Flugbahn relativ zum Boden betrachten , wird die Antwort komplizierter und hängt davon ab, ob der Schirm absteigt, klettert oder konstant bleibt Höhe. Stellen Sie sich den Fall vor, in dem ein Segelflugzeug beim Hangaufzug eine genau konstante Höhe beibehält. Welche Kraft liefert nun eine Komponente, die parallel zur Flugbahn in der allgemeinen Vorwärtsrichtung wirkt? Nicht die Schwerkraft. Und während die aerodynamische Kraft vertikal gerade nach oben wirkt, ist die Komponente der aerodynamischen Nettokraft, die wir die nennen Der Auftriebsvektor enthält eine Komponente , die in allgemeiner Vorwärtsrichtung parallel zur Flugbahn wirkt und sich somit der Komponente strong widersetzt > des Widerstandsvektors, der in allgemein rückwärts gerichteter Richtung parallel zur Flugbahn wirkt. Aber achten Sie darauf, diese Aussage nicht mit der Behauptung zu verwechseln, dass der Aufzug tatsächlich dazu beiträgt, dem Widerstand entgegenzuwirken - das ist nicht der Fall. Heben und Ziehen sind orthogonal (d. H. Sie stehen senkrecht zueinander).

Das Argument unmittelbar darüber kann einige Leser als arkane Art des Spielens von "Spielen" mit Komponenten von Vektoren betrachten. Aber in Wahrheit könnte man das gleiche von der Behauptung sagen, dass die Schwerkraft dazu beiträgt, ein Segelflugzeug auf irgendeine Weise durch die Luft zu "schieben". Der entscheidende Punkt ist, dass beim geradlinigen Gleitflug Heben, Ziehen und Gewicht ein geschlossenes Vektordreieck mit einer Nettokraft von Null bilden. Welche Komponenten dieses Dreiecks können sein? Es wird davon ausgegangen, von welchem ​​Referenzrahmen aus wir die Trajektorie betrachten.

Die Analyse wird noch seltsamer, wenn wir die Flugbahn relativ zum Boden betrachten und der Schirm steigt. Es gibt sogar gültige Referenzrahmen, in denen sich der Schirm rückwärts bewegt. Wie ist nun die Richtung der Kraftkomponente, die wir als reine "Druckkraft" betrachten würden?

Stellen Sie sich zum Beispiel ein Segelflugzeug vor, das in einem starken Bergwellenlift langsam geradeaus relativ zum Boden aufsteigt . Das passiert oft. Da der Auftriebs- und Widerstandsvektor immer relativ zur Luftmasse und nicht relativ zum Boden definiert ist, behalten sie für eine bestimmte stationäre Fluggeschwindigkeit die gleiche räumliche Ausrichtung für einen bestimmten Anstellwinkel des Flügels bei, genau wie das Segelflugzeug behält im Weltraum die gleiche Neigung bei, unabhängig davon, in welche Richtung sich die Luftmasse relativ zum Boden bewegt. Wenn der Schirm langsam gerade nach oben steigt, ist es offensichtlich, dass der Auftriebsvektor und der Widerstandsvektor jetzt beide Komponenten enthalten die in Richtung der Flugbahn relativ zum Boden wirken, während der Gewichtsvektor dies nicht tut. Ebenso ist es nicht schwer, sich einen Fall vorzustellen, in dem der Schirm rückwärts driftet und entlang einer solchen Flugbahn klettert, dass nur der Widerstandsvektor eine Komponente enthält, die entlang des Verzeichnisses der Flugbahn relativ zum Boden.

Die Idee, dass eine Komponente des Auftriebsvektors dazu beiträgt, das Segelflugzeug vom Boden aus gesehen entlang der Flugbahn des Flugzeugs nach vorne zu ziehen, ist nur dann wahr, wenn das Flugzeug es hat Das erreichte Gleitverhältnis ist besser als das L / D-Verhältnis oder wenn das Flugzeug steigt (es sei denn, das Flugzeug driftet auf einem Steigweg, der flacher als die Richtung des Widerstandsvektors ist, rückwärts). Wenn es keinen Rückenwind gibt, bedeutet dies, dass die Luft aufsteigen muss.

Es ist normalerweise am nützlichsten, sich auf die Flugbahn des Segelflugzeugs durch die Luftmasse zu konzentrieren, anstatt auf die Flugbahn des Segelflugzeugs relativ zum Boden oder relativ zu anderen Referenzrahmen, aber allen Diese Gesichtspunkte sind technisch gültig.

Wenn wir die Flugbahn des Segelflugzeugs durch die Luftmasse als Referenzrahmen verwenden, lautet die Antwort auf die Frage "" Welche Kraft drückt ein Segelflugzeug? fliegen? "ist" die Komponente des Gewichts- oder Schwerkraftvektors, die parallel zur Flugbahn wirkt. "In diesem Referenzrahmen üben weder Auftrieb noch Widerstand eine" Druck "-Kraft aus, dh eine Kraft, die parallel zur Flugbahn und wirkt Zeigen Sie im Allgemeinen eher vorwärts als rückwärts.

Beachten Sie, dass möglicherweise eine verwandte Frage gestellt wird: "Was a Segelflugzeug im Flug "? Arbeit ist Kraft mal Distanz und Kraft ist Arbeit pro Zeit. Auch hier hängt die Antwort davon ab, ob wir die Arbeit in Richtung des Traj betrachten ectory relativ zur Luftmasse oder die Richtung der Flugbahn relativ zum Boden. Im ersteren Fall ist die Antwort einfach "die Komponente des Gewichtsvektors, die parallel zur Flugbahn wirkt", während im letzteren Fall die Antwort von der Richtung abhängt, in die sich die Luftmasse relativ zum Boden bewegt.

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