Frage:
Wenn ein Flugzeug langsamer wird, warum dreht man sich dann bei einem bestimmten Querneigungswinkel schneller?
Crafterguy
2017-05-24 07:05:39 UTC
view on stackexchange narkive permalink

In dem Video "Manövrieren während des langsamen Flugs" gibt der Erzähler an, dass das Flugzeug beim langsamen Fliegen weniger auf Querruder und andere Steuereingaben reagiert. Er sagt auch, dass sich das Flugzeug in einem bestimmten Querneigungswinkel schneller drehen wird als wenn das Flugzeug mit normaler Geschwindigkeit fliegen würde. Meine Frage ist: Warum dreht sich das Flugzeug schneller, wenn es mit einer niedrigeren Geschwindigkeit fliegt?

Ich frage mich also im Grunde, wenn ein Flugzeug langsamer wird, warum es sich schneller dreht als wenn es schnell ist Flug?

Sieben antworten:
#1
+25
Carlo Felicione
2017-05-24 07:28:15 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Die Drehrate hängt von den folgenden zwei Punkten ab:

  • Die horizontale Komponente des Auftriebs (Zentripetalkraft)
  • Die Tangentialgeschwindigkeit des Flugzeugs (wahre Fluggeschwindigkeit)

Die Geschwindigkeit oder Drehung ist direkt proportional zur horizontalen Komponente des Auftriebs und umgekehrt proportional zur Tangentialgeschwindigkeit des Flugzeugs.

Für einen bestimmten Neigungswinkel beträgt die Die vertikalen und horizontalen Komponenten des Auftriebs sind unabhängig von der Fluggeschwindigkeit im Horizontalflug gleich.

Folglich erfährt das Flugzeug unabhängig von der Fluggeschwindigkeit die gleiche zentripetale Beschleunigung.

Seit der Tangentialgeschwindigkeit langsamer ist, erzeugt jede Art von Zentripetalkraft eine größere Drehgeschwindigkeit für ein langsamer fliegendes Flugzeug im Gegensatz zu einem sich schneller bewegenden Flugzeug, und dies kann durch die Zentripetalbeschleunigungsgleichung

$$ a_c = \ frac gezeigt werden {v ^ 2} {r} $$

also sowohl langsam fliegende Flugzeuge mit einer wahren Fluggeschwindigkeit $ v_s = 100 $ Knoten als auch schnell fliegende Flugzeuge mit einer wahren Fluggeschwindigkeit $ v_f = 200 $ kno ts erfahren die gleiche zentripetale Beschleunigung.

$$ \ dfrac {v_s ^ 2} {r_s} = \ dfrac {v_f ^ 2} {r_f} = 4 \ \ dfrac {v_s ^ 2} {r_f} $$

oder $$ \ dfrac {1} {r_s} = \ dfrac {4} {r_f} $$

Folglich $ r_s < r_f $; in diesem Fall $ r_f = 4 \ r_s $

Da die Winkelgeschwindigkeit gleich der Tangentialgeschwindigkeit geteilt durch den Radius ist.

$$ \ omega = v / r $$

Die Winkelgeschwindigkeit des langsameren Flugzeugs ist größer als die des schnelleren Flugzeugs.

$$ \ omega_s = v_s / r_s $$

und

$$ \ omega_f = \ dfrac {v_f} {r_f} = \ dfrac {2 \ v_s} {4 \ r_s} = \ frac {1} {2} w_s $$

Also unsere Das doppelt so langsame Flugzeug dreht sich unter diesen Bedingungen doppelt so schnell wie das schnellere.

@Krumia Nur Variablen sollten kursiv gesetzt werden, daher müssen die Indizes in \ mathrm {...} enthalten sein
@bogl "sollte" nach? Denken Sie daran, dass dies keine wissenschaftliche Veröffentlichung mit redaktionellen Richtlinien ist.
Entsprechend verbesserter Lesbarkeit. Ich hätte "soll" verwendet, wenn es obligatorisch wäre. Beachten Sie, dass sich mein Kommentar an @Krumia, richtete, weil er sich bemüht hat, Ihre Antwort zu verschönern, und ich über seine Bearbeitung abgestimmt habe. Wie auch immer, zögern Sie nicht, zurück zu rollen.
Sie können das gleiche Phänomen in einem Auto sehen, nicht wahr? Versuchen Sie, eine Kurve mit Höchstgeschwindigkeit gegen eine langsame zu machen. Viel Glück beim 90º-Drehen bei 80 MPH! Aber wir machen es die ganze Zeit mit 5-10 MPH.
Es ist da, aber ein Auto hat keine horizontale Kraftkomponente, nur die Reifenreibungskontrolle dreht sich. Aber (unendliche Haftungsausschlüsse), wenn Sie auf die Bremse treten und das Rad drehen, um das Auto zu schleudern / zu drehen (ohne es umzudrehen), können Sie schneller abbiegen. Rutsch- und Überschlagsbegrenzung, nicht Flugzeuge.
Das Prinzip bleibt jedoch dasselbe.
#2
+20
callisto
2017-05-24 13:42:28 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Eine andere Möglichkeit, dies einfacher zu erklären, wäre:

Zwei Fahrzeuge, die mit 10 m / s bzw. 100 m / s fahren, führen beide 180-Grad-Kurven nach links aus.

Der Haken ist, dass jedes Auto die Kurve machen muss, damit der Fahrer nur eine Querbeschleunigung von 0,5 G erfährt.

Für das Auto, das 10 m / s fährt, bedeutet dies einen Kurvenradius von 20 m.
Dies Das Auto wird die Kurve in etwas mehr als 6 Sekunden bei einer Länge von 62,8 m absolvieren.

Bei einem Auto mit einer Geschwindigkeit von 100 m / s erzeugt ein Kurvenradius von 2000 m die gleiche Seitwärtskraft. Die Kehrtwende wird abgeschlossen 63 Sekunden auf einer Strecke von 6283 m.

Kurz gesagt, das langsamer fahrende Auto kann eine Kehrtwende viel schneller machen.

Das gleiche Denken kann auf das Fliegen angewendet werden.

Ich muss Sie alle auf etwas hinweisen, ein Auto in einer Kurve rutscht nicht. Diese Analogie ist zwar sehr beliebt, aber insofern ungenau, als sie nicht die Physik widerspiegelt, Luft auf zwei Arten zu drehen. Zunächst ist der Summenvektor der Vorwärtsbewegung und die horizontale Komponente des Auftriebsvektors die Flugrichtung. Zweitens schwenkt das Heck das Flugzeug durch die Kurve. Autos sind am Boden befestigt, ihre Wendegeschwindigkeit wird durch die Reibung der Reifen am Boden begrenzt. Das 100 m / s Auto würde schneller drehen, wenn es schwenken könnte.
#3
+11
Ben
2017-05-24 08:51:47 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Das Schlüsselwort ist "Drehgeschwindigkeit". Wenn Sie langsamer unterwegs sind, dauert es weniger lange, eine 360-Grad-Drehung durchzuführen, als wenn Sie schnell fahren. Es ist dasselbe wie beim Autofahren.

Wenn Sie die Kurve schnell mit hoher Geschwindigkeit fahren möchten, benötigen Sie einen steileren Querneigungswinkel im Vergleich zu dem Winkel, den Sie bei niedriger Geschwindigkeit benötigen.

Ich sehe nicht, wie dies die Frage beantwortet. Die Frage lautete: "Wenn Sie einen konstanten Querneigungswinkel haben, warum drehen Sie schneller, wenn Sie langsamer fliegen?" Sie haben klar erklärt, was "schneller drehen" bedeutet, aber Sie scheinen nichts über * warum * gesagt zu haben.
@TannerSwett Ich nahm an, dass das OP einfach falsch verstanden hatte, was im Video gemeint war, und keine detaillierte Erklärung der Physik benötigte. Ich hatte das Gefühl, dass die vorhandene Antwort, obwohl sie zutreffend war, ihn hätte verwirren können, wenn er kein starkes Verständnis der Physik gehabt hätte. Also gab ich eine einfache Antwort, die ihm hoffentlich hilft, das Konzept zu verstehen, auch wenn es das „Warum“ nicht vollständig erklärt.
Ja, das macht Sinn. Ich denke, das ist in diesem Fall eine gute Antwort.
Ein steilerer Querneigungswinkel und eine höhere g-Last ...
#4
+9
Peter Kämpf
2017-05-24 09:50:28 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Das Gewicht ändert sich nicht für unterschiedliche Geschwindigkeiten, daher ändert sich auch der Auftrieb nicht, wenn Sie den gleichen Querneigungswinkel beibehalten. Bei niedrigerer Geschwindigkeit ist jedoch die kinetische Energie, deren Richtung in einer Kurve geändert werden muss, geringer, sodass dieselbe Auftriebskraft weniger Arbeit zu erledigen hat.

Ein Bankflügel erzeugt eine Seitenkraft welches als Zentripetalkraft in einer Umdrehung verwendet wird. Diese Kraft zieht das Flugzeug tatsächlich seitwärts in die neue Bewegungsrichtung. Beim Einfahren in die Kurve beschleunigt die Zentripetalkraft das Flugzeug seitwärts und verlangsamt seine ursprüngliche Geschwindigkeitskomponente, so dass sich die Richtung des Geschwindigkeitsvektors kontinuierlich ändert, während sein Skalarwert konstant bleibt. Wenn weniger Geschwindigkeit zum Konvertieren vorhanden ist, kann das Drehen schneller durchgeführt werden.

Die intuitiv verständlichste Antwort, obwohl sie immer noch richtig ist.
Ich hoffe du meinst "Arbeit" im übertragenen Sinne ...;) Idealerweise führt der Aufzug niemals eine Arbeit aus.
@Sanchises "hat weniger Arbeit zu erledigen" bedeutet auch "weniger gegnerische Kräfte zu überwinden", denke ich.
@KorvinStarmast In der Physik ist der Begriff "Arbeit" ausschließlich der Energieübertragung in Form von Kraft mal Distanz vorbehalten. Einfaches Englisch ist nicht so streng; Sie haben natürlich Recht - ich war nur halb im Scherz pedantisch.
@Sanchises Ja, das ist das Internet und Pedantry 'R Us. 8 ^ D.
Es geht mehr um Impuls als um kinetische Energie. Idealerweise bleibt die kinetische Energie während der Drehung konstant.
@VladimirF Die Antwort besteht darin, die kinetische Energie als Vektorgröße zu behandeln und sie in der ursprünglichen Flugrichtung zu zerlegen.
@Sanchises was falsch ist.
@VladimirF: Ich dachte darüber nach, den Impuls zu erwähnen, fand aber die Erklärung mit kinetischer Energie leichter zu verstehen. Mein Ziel ist nicht die Antwort mit dem höchsten Wortschatz, sondern eine, die leicht zu verstehen ist. Ich stimme zu, dass die Momentum-Erklärung physikalisch korrekt ist. Aber wenn ein Flügel "Arbeit zu erledigen hat", bietet es sich an, ihn mit Energie zu erklären.
@Peter Kampf darf ich vorschlagen: Die Zentripetalkraft beschleunigt das Flugzeug seitwärts und DRAG verlangsamt seine ursprüngliche Geschwindigkeitskomponente ... sein Skalarwert bleibt konstant (aufgrund des konstanten Schubes). Beachten Sie, dass die Schubkomponente in derselben Richtung bleibt und die Ebene einer Diagonale folgt, wenn sich die Ebene biegt, aber nicht schwenkt. Durch Schwenken des Schubes in eine neue Richtung kann durch Ziehen der ursprüngliche Geschwindigkeitsvektor verlangsamt werden.
@RobertDiGiovanni: Widerstand und Schub heben sich gegenseitig auf und die seitliche Komponente des Auftriebs ist in der Tat die Kraft, die die ursprüngliche Geschwindigkeitskomponente verringert. Warum sollte sich das Flugzeug sonst noch kurz vor dem Ende durchdrehen, wenn die neue Geschwindigkeit fast erreicht ist? Zu Beginn der Kurve baut der Lift meistens eine neue Geschwindigkeit auf, während er am Ende meistens die alte Geschwindigkeit verringert. Dies wird durch die Entwicklung der Sinus- und Cosinusfunktionen beschrieben: Sie geben an, welcher Teil der Kraft neue Geschwindigkeit (Sinus) hinzufügt oder alte Geschwindigkeit (Cosinus) verringert.
Ok, ich dachte daran, mich in die Bank zu rollen, aber das Gieren mit dem Ruder festzuhalten. Dies ist ein Seitenschlupf. Ohne Seitenwind und ohne Rudereingabe zieht die horizontale Auftriebskomponente das Flugzeug zur Seite und aktiviert die Gierbewegung vom Heck (gerader Flügel). Keine Kraft hinzugefügt, absteigende Kurve. Gegenüberliegendes Ruder, absteigender Schlupf, der sich in das Ufer bewegt, diagonaler Abstieg. Bei Seitenwind gerader Abstieg. Das Flugzeug behält seine Bank durch die Drehung vom Differentialhub der Flügel, das Heck dreht die Nase.
Aber jetzt verstehe ich! Ziehen Sie beim Gieren des Flugzeugs die horizontale Hubkomponente langsam und stoppen Sie die Bewegung in die ursprüngliche Richtung. Vielen Dank! Ich habe nicht sofort gesehen (kein Wortspiel beabsichtigt)
Und BTW Menge an Auftriebsdifferenz, die benötigt wird, um die Bank zu halten (und wie sie erstellt wird), ist ein weiteres großartiges Thema!
#5
+6
Koyovis
2017-05-24 18:26:11 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Bitte entschuldigen Sie meinen Einzeiler: Weil es sehr schwierig ist, eine Kugel zu drehen.

enter image description here

Gleicher Querneigungswinkel => gleiche Drehkraft. Viel weniger Trägheitsenergie, um sich umzudrehen, wenn das Flugzeug langsam fliegt.

#6
  0
mongo
2017-05-26 05:37:43 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Wenn Sie abbiegen, wird die Beschleunigung verwendet, um Ihre Fahrtrichtung umzuleiten. Wenn Ihre Anfangsgeschwindigkeit niedrig ist (langsamer Flug), ist weniger Beschleunigung (Querneigungswinkel * Zeit) erforderlich, um Ihre Reise umzuleiten.

Wenn Ihre Anfangsgeschwindigkeit hoch ist (SR-71 Mach 3.2 Flug), dann mehr Beschleunigung (Bankwinkel * Zeit) wird benötigt, um Ihre Fahrt umzuleiten.

Der Bankwinkel beschreibt hier die Beschleunigung, da er einen Teil des "Auftriebs" effektiv in eine horizontale Richtung zurückführt, was die Richtungsänderung verursacht.

Natürlich fliegt der Lift gerade und eben, um der Schwerkraft genau entgegenzuwirken. In einer ebenen Kurve wird ein Teil des Auftriebs des Flügels verwendet, um eine Änderung der Fahrtrichtung (horizontale Beschleunigung) zu bewirken, und ein hinterer Aufzug wird hinzugefügt, um den Anstellwinkel zu erhöhen und eine vorübergehende Erhöhung des Auftriebs während des Abbiegens zu bewirken. (Das könnte Sie übrigens in der Kurve etwas verlangsamen.)

Die einfache Antwort lautet also, dass weniger Energie (Beschleunigungszeit *) für das Drehen eines langsamen Objekts aufgewendet wird als für ein schnelles Objekt.

#7
-1
Robert DiGiovanni
2019-04-02 07:51:54 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ein langsameres Flugzeug mit einem konstanten Querneigungswinkel muss mit einem höheren AOA fliegen, um den gleichen Auftrieb aufrechtzuerhalten wie das schnellere. Bei einem konstanten Querneigungswinkel sind vertikale und horizontale Auftriebskomponenten schnell oder langsam im gleichen Verhältnis verteilt.

Warum dreht sich der langsamere schneller? Aufgrund des erhöhten Luftwiderstands bei höherer AOA besteht ein höherer Widerstand gegen Vorwärtsbewegung, während das Seitenprofil mit dem schnelleren identisch ist.

Das langsamere Profil hat die gleiche Querbeschleunigung wie das schnellere (horizontale Auftriebskomponente). aber weniger Vorwärtsbewegung. Der resultierende Vektor (Flugrichtung) ist eher in Drehrichtung. Beachten Sie, dass die seitlichen G-Kräfte gleich sind. Dazu muss das schnellere Flugzeug langsamer drehen!

Auch das Verdrehen des Ergebnisses zugunsten der langsameren, erhöhten Durchbiegung des Aufzugs, die seitlich in der Bank gedreht wird, hilft, das Flugzeug schneller zu drehen.

Schließlich erzeugt der Propellerstoß über die Heckflächen (danke John K) auch größere Drehkräfte.

Der Flügel zieht das Flugzeug zur Seite, das Heck dreht es. Fügen Sie in einer langsamen Kurve Strom hinzu.



Diese Fragen und Antworten wurden automatisch aus der englischen Sprache übersetzt.Der ursprüngliche Inhalt ist auf stackexchange verfügbar. Wir danken ihm für die cc by-sa 3.0-Lizenz, unter der er vertrieben wird.
Loading...