Hauptsächlich die Optionen 2 und 1 aus Ihrer Liste.

Was bisher niemand erwähnt hat, aber hier ziemlich wichtig ist, dass der Anstellwinkel von Geschwindigkeit ^{abhängt 1 sup> und weight . Während die "Geschwindigkeit" für die meisten Verkehrsflugzeuge nicht sehr unterschiedlich ist, ist der Unterschied zwischen leeren und voll beladenen Verkehrsflugzeugen ziemlich groß.}

Wenn der Rumpf nach unten gekippt würde, würde dies einen nach unten gerichteten Auftrieb und einen damit verbundenen Luftwiderstand erzeugen das Nettoergebnis von einfach viel zusätzlichem Widerstand. Das Flugzeug ist also so konstruiert, dass es auch bei leichtem Flug nicht (bei einer ebenen Kreuzfahrt) nach unten fliegt. Das bedeutet jedoch, dass es bei voller Beladung leicht angehoben fliegt, da es mehr Auftrieb und einen höheren Anstellwinkel benötigt, um es zu erhalten.

^{1 sup> _{Es kommt darauf an auf der "angezeigten Geschwindigkeit", die überhaupt keine Geschwindigkeit ist, sondern ein dynamischer Druck, ausgedrückt als Geschwindigkeit, mit der er auftreten würde, wenn er sich durch Luft mit normalem Meeresspiegeldruck (1013,25 hPa) bewegt. Der Druck in großen Höhen, in denen Flugzeuge normalerweise fliegen, ist erheblich niedriger, so dass die angegebene Geschwindigkeit normalerweise 250 Knoten nicht überschreitet, wenn die tatsächliche Geschwindigkeit weit über 400 Knoten liegt. Sub>}}

Letztendlich lautet die Antwort auf Ihre Frage Nummer (1) aus den obigen Optionen - So funktioniert die Aerodynamik .

Um einen bestimmten Auftrieb zu erzielen, muss der Flügel bei einer bestimmten Geschwindigkeit einen bestimmten Anstellwinkel haben. Da die Tragflächen mehr oder weniger fest mit der Rumpfeinstellung verbunden sind, müssen wir für den Anstellwinkel das gesamte Flugzeug aufstellen und den Deckwinkel ändern.

Es gibt eine sehr schöne Webseite, die dies in (stark übertriebenen) Details veranschaulicht, daher werde ich die vollständigen Erklärungen der &-Zeichnungen hier nicht wiedergeben.

Was warum die Aerodynamik so funktioniert - das hat wahrscheinlich etwas mit den Zahlen (3) und (4) zu tun - Passagierkomfort und einfache Durchführung von Manövern (wie Landungen).

Die meisten Flugzeuge, auf denen ich war, haben einen leichten Neigungswinkel (vielleicht 2 Grad) während der Kreuzfahrt, der für die meisten Menschen nur dann "auffällt", wenn Sie eine Wasserwaage tragen oder Sie starren sehr genau auf Ihr Getränk, aber der genaue Winkel für Aufstieg, Kreuzfahrt und Sinkflug hängt vom Flugzeug und der Beladung ab (Sie können so ziemlich mit jedem gewünschten Deckwinkel absteigen).
Die meisten Leute würden dies tun Wahrscheinlich lehnen Sie es ab, mit einem Deckwinkel von 10 oder 15 Grad (ob nach oben oder nach unten) herumzufliegen. Um den Komfort der Passagiere zu gewährleisten, werden die Tragflächen aerodynamisch günstig am Rumpf befestigt (ohne zu ziehen) die fette Unterseite des Flugzeugs durch den Himmel) und bequem für die Passagiere.

Umgekehrt scheinen die meisten GA-Flugzeuge, in denen ich war, mit einem flachen oder leicht nach unten gerichteten Deckwinkel zu kreuzen könnte genauso gut eine optische Täuschung sein, wenn man das große Fenster vor sich hat, wo man es sehen kann. (Ich schätze den Deckwinkel basierend auf der Neigung des Nasskompasses, da ich im Allgemeinen keine Getränke serviere.)

Zum Fliegen benötigen Sie eine leichte Neigung: Sie benötigen einen bestimmten Anstellwinkel, um den erforderlichen Auftrieb zu erzielen, damit Sie in der Luft bleiben können.

Wie Sie sich vorgestellt haben, sind die Flügel normalerweise mit geneigt in Bezug auf den Rumpf, so dass die Tragflächen im Reiseflug die erforderliche AoA haben, während der Rumpf horizontal ist, um den Luftwiderstand (und damit den Kraftstoffverbrauch) zu minimieren.

Der Komfort der Passagiere ist viel weniger wichtig als dieser (und die Passagiere können) Lehnen Sie sich immer zurück).

Meine Hypothese für Ihre Beobachtung lautet, dass das von Ihnen beobachtete "Pitch-up" entweder eine visuelle / sensorische Illusion ist, da kein externer Bezugspunkt vorhanden ist (nein, die Wolken sind keine gültige Referenz und der Boden ist zu weit entfernt) oder Sie sind in Flugzeugen geflogen, in denen der Boden nicht parallel zur xy-Ebene des Flugzeugs ist. Persönlich würde ich mich der ersten Hypothese zuwenden, dass ein nicht horizontaler Boden im Flug ist verursacht alle Arten von Belästigungen für den Kabinenservice (wieder etwas, das Sie vermeiden möchten).

Sie haben hier tatsächlich eine ziemlich gute Hypothese!

Zunächst einmal ist es wirklich "eine einfache technische Angelegenheit, die Flügel in einem Winkel am Körper zu befestigen, so dass der richtige Anstellwinkel für die Kreuzfahrt." Flug entsprach dem horizontalen Körper ", aber Sie haben die Designziele leicht verfehlt. Dieser Winkel wird als Einfallswinkel oder Takelwinkel des Flügels bezeichnet und ist die Differenz zwischen dem Rumpfwinkel und dem Flügelwinkel. Dies ist ein sehr spezifischer Winkel, der im Rahmen der Konstruktion des Flugzeugs berechnet wird.

Der Flügeleinfall muss die folgenden Konstruktionsanforderungen erfüllen:

1. Der Flügel muss während des Reisefluges den gewünschten Auftriebskoeffizienten erzeugen können.
2. Der Flügel muss während des Reisefluges einen minimalen Luftwiderstand erzeugen.
3. Der Flügeleinstellwinkel muss so sein, dass der Anstellwinkel des Flügels während des Startvorgangs sicher variiert (tatsächlich vergrößert) werden kann.
4. Der Flügeleinstellwinkel muss so sein, dass der Rumpf während des Reisefluges einen minimalen Luftwiderstand erzeugt (d. h. der Anstellwinkel des Rumpfes muss im Reiseflug Null sein).
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Diese Konstruktionsanforderungen stimmen natürlich mit dem Anstellwinkel des Tragflügels überein, der dem idealen Auftriebskoeffizienten des Tragflügels entspricht (siehe Abbildung 5.26).

Die typische Zahl für den Flügeleinfall für Die meisten Flugzeuge haben zwischen 0 und 4 Grad. Als allgemeine Richtlinie liegt der Flügeleinstellwinkel bei Überschallkämpfern zwischen 0 und 1 Grad; in GA-Flugzeugen zwischen 2 und 4 Grad; und in Jet-Transport-Flugzeugen liegt sie zwischen 3 und 5 Grad.

Beachten Sie, dass der Flügel während des Reisefluges bei einem geeigneten Einfallswinkel am effizientesten ist, während der Rumpf auch den minimalen Luftwiderstand erzeugt . Beide werden unabhängig voneinander berechnet und der Einfallswinkel so eingestellt, dass beide Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind.

Flugzeugentwurfsentscheidungen sind normalerweise ein Kompromiss zwischen verschiedenen, oft widersprüchlichen Zielen. Er fährt fort, dass es in einigen Fällen vom Optimum aus angepasst werden kann:

Der Flügeleinstellwinkel kann im Verlauf des Designprozesses geändert werden. Zum Beispiel kann ein Rumpf mit einem großen Aufschwung über dem hinteren Teil, um hintere Ladetüren aufzunehmen, seinen minimalen Luftwiderstand bei einem kleinen positiven Anstellwinkel haben. In solchen Fällen wird die Flügelinzidenz entsprechend reduziert. Eine weitere grundlegende Überlegung ist, dass die Leistung während des Landevorgangs gestoppt wird, um so viel Gewicht wie möglich auf die gebremsten Räder zu bringen. Somit besteht ein Vorteil darin, den Flügeleinfall geringfügig zu reduzieren, so dass die Änderung in der Kabine nicht wesentlich zu spüren ist. Das Reduzieren der Bugfahrwerkslänge bewirkt dasselbe. Diese Technik ist in Passagierflugzeugen begrenzt, da ein ebener Kabinenboden am Boden wünschenswert ist. Bei Kampfflugzeugen ist der ebene Boden jedoch keine konstruktive Überlegung.

Ein weiterer möglicher Grund, den Einfallswinkel auf eine nicht optimale Zahl einzustellen, besteht darin, sicherzustellen, dass bei der Landung des Flugzeugs die Die Nase ist nicht geneigt, um eine höhere Wahrscheinlichkeit zu vermeiden, dass das Bugrad bei der Landung zuerst getroffen wird.

Das meiste Material für diese Antwort stammt aus diesem Dokument von Mohammad Sadraey am Daniel Webster College

Ich glaube, die Antwort könnte Option 5 sein:

5. Das Flugzeug wechselt während des Fluges.

Zu Beginn eines Fluges wird ein Flugzeug mit Treibstoff beladen. Dies erhöht das Gewicht des Flugzeugs und erfordert daher eine Erhöhung der AoA, um einen ebenen Flug aufrechtzuerhalten. Wenn das Flugzeug Treibstoff verbrennt, nimmt die Masse des Flugzeugs ab und folglich muss auch die AoA abnehmen.

Abhängig vom Flugzeugtyp und der Fluglänge kann das Gewicht des Treibstoffs sehr bedeutend sein . Beispielsweise hat eine Boeing 777-200 eine maximale Kraftstoffkapazität von 117.340 Litern. Diese Kraftstoffmenge wiegt ungefähr. 95.000 kg. Das maximale Startgewicht für diesen Flugzeugtyp beträgt etwas mehr als 247.000 kg. Dies bedeutet, dass eine 777, die voll mit Kraftstoff beladen ist und ein maximales Startgewicht aufweist, während des Fluges etwas weniger als 40% ihrer Masse verliert.

Der Komfort der Passagiere spielt eine große Rolle! Es ist für Passagiere einfach bequemer, sich um ein oder zwei Grad zurückzulehnen, als genau waagerecht zu sitzen.

Ich bin von einer 777 auf eine kleine Klimaanlage (wenn ich mich richtig erinnere, eine Art Baron) zum Inselhüpfen gesprungen, und der Rumpf war ziemlich eben. Es fühlte sich auf jeden Fall weniger angenehm und irgendwie an, als würde es darum kämpfen, nicht abzusteigen. Ich würde es vorziehen, ein wenig geneigt zu sein.

Ich glaube, dass einige Flugzeuge leicht mit der Nase nach unten fliegen.

[BEARBEITEN]

CAVEAT. Ich bin kein Experte für Physiologie oder Flugzeugdesign.

Komfort ist ein wichtiger Faktor, und die Frage lautet nicht "Fliegen Flugzeuge in die Höhe", sondern "Warum tun sie das?" Dass sie es tun, ist eine Tatsache. Ich vermute, dass es viele Faktoren gibt, z. Wenn der Rumpf selbst angehoben wird, wird ein gewisser Auftrieb erzeugt. Fragen Sie jedoch jeden erfahrenen Flyer, ob er auf einem nach hinten gerichteten Sitz sitzt oder in einem Abstieg nach vorne geht, was zu einer ebenen Neigung oder Neigung führt. Es fühlt sich weniger angenehm an als mit der Nase nach oben.

Wenn das Flugzeug eben ist und Sie gerade sind, treten + 1 g vertikal und 0 g horizontal auf. Wenn Sie den Sitz zurücklehnen, treten immer noch +1 und 0 auf. Wenn das Flugzeug geneigt ist, tritt in der Horizontalen eine kleine Komponente auf. Welchen Effekt dies psychologisch hat, weiß ich nicht, aber es macht einen Unterschied. Ich habe anekdotisch gehört, dass nach hinten gerichtet, z. Aus genau diesem Grund ist ein Sitz in der Business-Klasse von British Airways weniger bequem als in einem nach vorne gerichteten.