Frage:
Warum können Segelflugzeuge so lange fliegen?
Ethan
2015-09-22 02:54:28 UTC
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Wenn Sie ein Papierflugzeug werfen, fliegt es einige Sekunden lang, bevor es an Geschwindigkeit verliert und ins Stocken gerät. Mit einem Segelflugzeug hat es eine sehr lange Flügelspannweite, aber Sie starten mit einem anderen Flugzeug oder Windenschlepp, indem Sie daran ziehen, und dann wird es von selbst freigegeben. Sollte der Schirm nicht an Geschwindigkeit verlieren und ins Stocken geraten?

Glider in flight

Versuchen Sie, ein gut gemachtes und aerodynamisch optimiertes Papierflugzeug aus ein paar tausend Fuß Höhe zu werfen.
Sie erwähnen die lange Flügelspannweite des Segelflugzeugs, fragen aber nichts danach. Glaubst du, das hängt irgendwie zusammen?
Gute gleitende Papierflugzeuge können mehr als 15 Sekunden erhalten, wenn sie von Hand auf ebenem Boden gestartet werden. Nicht jedes Papierflugzeug ist ein Pfeil für Geschwindigkeit und Distanz, der nach ein oder drei Sekunden aus der Luft fällt.
Der Schirm muss nicht einmal annähernd so schön sein wie der abgebildete. Als ich das Fliegen von Segelflugzeugen lernte, hielt einer unserer Ausbilder einen alten Schweitzer-222 an einem unauffälligen Tag mehr als drei Stunden lang über Waukegan, IL, in der Luft und betrog damit einige seiner Schüler (die vor Ort), woran wir dachten als unsere rechtmäßige Flugzeit ;-). Wenn der Pilot gut ist, kann er Thermik finden, wo bloße Sterbliche nicht können.
Sie machen Ihr Papierflugzeug falsch, wenn es blockiert. Dies bedeutet, dass Ihr Papierflugzeug zu schwanzlastig ist. Meine Papierflugzeuge neigen dazu, die Geschwindigkeit aufrechtzuerhalten, bis sie den Boden erreichen. Der Schlüssel dazu ist die CG-Anpassung. Um Energie zu speichern, muss Ihr Segelflugzeug mit der Nase voran fallen. Wenn Sie mit der Nase voran fallen, können sich die Flügel vorwärts durch die Luft bewegen (anstatt nach unten). Wenn Sie sich vorwärts bewegen, können die Flügel Auftrieb erzeugen (anstatt nur zu ziehen). Auf den Boden fallende Hubverzögerungen. Wenn Ihr Papierflugzeug an Geschwindigkeit verliert und nach einigen Sekunden zum Stillstand kommt, fügen Sie eine (oder mehrere) Büroklammern zur Nase hinzu.
@slebetman ist wahrscheinlich, weil ich es nicht nach unten geworfen habe. Und auch mein Papierflugzeug hat ziemlich kleine Flügel. Obwohl die Flügel oben am Flügel eine Neigung haben, die ihm großen Auftrieb verleiht. Macht auch einige ziemlich coole Tricks. Kennen Sie gute Papierflugzeugdesigns, die ich bauen könnte?
@Ethan: Holen Sie sich eine Kopie von [The Great International Paper Airplane Book] (http://www.amazon.com/Great-International-Paper-Airplane-Book/dp/0671211293), wenn Sie können. Es ist alt, aber die Designs sind zeitlos. Ich habe viele, viele Stunden mit meiner Kopie davon verbracht und viel gelernt.
Elf antworten:
voretaq7
2015-09-22 03:19:54 UTC
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Ein Segelflugzeug und ein Papierflugzeug arbeiten nach dem gleichen Prinzip: Sie tauschen die potenzielle Energie (Höhe) gegen die kinetische Energie (Fluggeschwindigkeit) aus, die erforderlich ist, um die Luft über die Flügel zu bewegen, damit sie Auftrieb erzeugen und einen stabilen, kontrollierten Sinkflug erzielen (Gleiten).
In beiden Fällen wird das Tragflächenprofil nicht blockieren, es sei denn, es überschreitet seinen kritischen Anstellwinkel, der unabhängig von der Fluggeschwindigkeit ist. Sie können weiter fliegen (wobei der Flügel nicht blockiert ist und Auftrieb erzeugt), solange Sie noch Höhe haben, um diese Fluggeschwindigkeit einzutauschen. Wenn Sie es richtig machen, werden Ihnen schließlich sowohl die Höhe als auch die Fluggeschwindigkeit ziemlich nahe am Boden ausgehen. Hier können Sie sanft mit einer Geschwindigkeit landen, bei der das Flugzeug nicht beschädigt ist. Im Fall eines bemannten Segelflugzeugs geschieht dies hoffentlich auf einer Landebahn, auf der Sie von einem anderen Schleppflugzeug wieder aufgenommen werden können.


Beide Flugzeuge können ihre Gleitzeit verlängern, indem sie andere Quellen finden des Auftriebs - Thermik, Firstaufzug usw. - um das Fahrzeug in eine höhere Höhe zu befördern und mehr potenzielle Energie bereitzustellen. Segelflugzeuge können dies aus einem Hauptgrund besser: Sie haben einen Piloten , der das Flugzeug länger in einem Gebiet mit aufsteigender Luft halten kann, um die größtmögliche Höhe zu erreichen.

Ein Papierflugzeug kann in ähnlicher Weise dazu gebracht werden, über einen längeren Zeitraum zu fliegen, wenn eine ausreichende Auftriebsquelle vorhanden ist (die der minimalen Sinkrate entspricht oder diese überschreitet). Es gibt ein ziemlich berühmtes Video des "Infinity-Papierflugzeugs", bei dem es sich um ein Papierflugzeug handelt, das über einem elektrischen Herd kreist, aber ich werde es Ihnen verderben und Ihnen sagen, dass es sich um einen Scherz handelt (der allgemeine Konsens ist, dass sich das Flugzeug an einer Schnur befand) ).
Dieses kann jedoch ziemlich einfach repliziert werden: Das Ergebnis ähnelt eher einem Hubschrauber in Autorotation oder einem Autogyro in einem Gleitflug als einem herkömmlichen Starrflügelgleiter, aber es ist ein gute Demonstration der beteiligten Prinzipien.

Wenn Sie einen Beweis für den Papier-Flugzeug-Scherz haben, gibt es [eine Frage zu Skeptics.se] (http://skeptics.stackexchange.com/questions/17812/is-this-a-true-demonstration-of- Verwenden eines Ofens, um ein Papierflugzeug mit Strom zu versorgen), der eine Antwort gebrauchen könnte.
Nachdem ich ein Papierflugzeug durch einen steigenden Luftstrom verloren hatte, stieg es auf, bis es völlig außer Sicht war.
@Mark In den Kommentaren wird vereinbart, dass dies ein offensichtlicher Scherz ist. Zum einen schaltet er die Herde aus, nicht nicht, und sie sind für das gesamte Experiment ausgeschaltet.
@yo' Wenn die elektrischen Elemente ausgeschaltet sind, bedeutet dies nicht, dass sie immer noch keine große Wärmemenge abgeben. Es dauert eine Weile, bis ein elektrisches Element mit hoher Einstellung beim Ausschalten wieder vollständig auf Raumtemperatur abgekühlt ist.
@ToddWilcox Dann ist das beschriebene Video sicherlich kein unendlicher Flug.
@Mark Kein Beweis, aber es ist allgemein anerkannt, dass es "zu perfekt" ist und ich kenne niemanden, der die Ergebnisse wiederholt hat. Der, mit dem ich verlinkt habe, ist jedoch ziemlich einfach zu reproduzieren. (In keinem Fall handelt es sich wirklich um einen "unendlichen Flug", da irgendwann etwas Luftstrom kommt und das System stört, indem das Flugzeug aus der Wärmesäule geblasen wird. Mit dem zweiten können Sie es wahrscheinlich länger laufen lassen, da es ein kontrolliertes Gleichgewicht ist versuchen, fast senkrecht zu fallen.)
Die Reichweite im Video sieht für mich wie ein Induktionskochfeld aus ... in diesem Fall würde es ohne Pfannen überhaupt keine Hitze geben!
@2012rcampion: * Sieht aus *, ist es aber nicht. Tatsächlich ist das ein ziemlich normales Glaskeramik-Kochfeld: siehe die Heizspiralen unten.
slebetman
2015-09-22 21:35:45 UTC
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Der Hauptunterschied zwischen einem Segelflugzeug und einem Papierflugzeug besteht darin, dass die meisten gefalteten Papierflugzeuge eine sehr schlechte Aerodynamik aufweisen.

Die meisten gefalteten Papierflugzeuge haben kurze, stumpfe Flügel. Dies an sich macht es sehr schleppend. Der ideale Flügel mit absolut minimalem Luftwiderstand hat eine Flügelspannweite von unendlich. Offensichtlich ist es nicht möglich, diesen idealen Flügel zu bauen (wir haben nicht unendlich viele Atome im Universum). Aber im Allgemeinen ist der Luftwiderstand umso geringer, je länger die Flügelspannweite ist.

Zweitens haben Papierflugzeuge im Vergleich zu echten Segelflugzeugen sehr schlechte Tragflächen. Es sind nicht einmal flache Platten (was bei der Reynolds-Nummer, die sie fliegen, eigentlich ein ziemlich gutes Tragflächenprofil wäre). Die Falten verleihen dem Schaufelblatt typischerweise eine ungleichmäßige Dicke, wodurch es ein bisschen keilförmig wird. Dies erhöht den Luftwiderstand erheblich.

Schließlich erwähnen Sie, dass die Papierflugzeuge, an die Sie gewöhnt sind, dazu neigen, an Geschwindigkeit zu verlieren und zu blockieren. Das Abwürgen reduziert definitiv die Gleitzeit. Abwürgen verschwendet Energie. Ein sanftes Gleiten bleibt tendenziell länger in der Luft. Ein echtes Segelflugzeug ist so beschnitten, dass es reibungslos gleitet und nicht ins Stocken gerät.

Spielzeugsegelflugzeuge müssen nicht unter den Schwächen von Papierflugzeugen leiden. Ein guter Spielzeugsegelflugzeug sollte durchschnittlich mindestens 10 Sekunden pro Flug fliegen können (oder mindestens 3 Sekunden, wenn Sie ihn waagerecht anstatt nach oben werfen). Wirklich gut gestaltete Spielzeugsegelflugzeuge können länger als 20 Sekunden fliegen, und Wettkampfgleiter sollten etwa 1 Minute lang fliegen können.

Wenn Sie noch nie einen Balsasegelflugzeug fliegen gesehen haben, bevor Sie glauben, dass er fliegt für eine sehr lange Zeit. Hier ist ein Beispiel (es war das Video, das mich mit handgestarteten Segelflugzeugen bekannt machte):

Greg Hewgill
2015-09-22 03:16:20 UTC
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Um ein Flugzeug am Laufen zu halten, müssen Sie weiterhin Energie hinzufügen. In einem Flugzeug mit einem Triebwerk liegt die Energie hauptsächlich in Form von Treibstoff vor.

In einem Segelflugzeug stammt die zusätzliche Energie aus der Hubwirkung aufsteigender Luft. Segelflugzeugpiloten finden Bereiche mit aufsteigender Luft (sie haben empfindliche Instrumente, um dies zu unterstützen) und kreisen in diesem Bereich, um die Höhe zu erhöhen. Sobald sie genug Höhe haben, fliegen sie in einer mehr oder weniger geraden Linie in Richtung ihres Ziels und halten auf dem Weg an, um wieder zu kreisen und mehr Höhe zu gewinnen.

Steigende Luft kann aus "Thermik" (warme Luft) kommen Sprudeln durch die Atmosphäre), "Ridge Lift" (Luft steigt einen Hang hinauf), "Wave Lift" (von Bergen erzeugt) und andere. Weitere Informationen zum Lift finden Sie unter Lift (hochfliegend). Es sind verschiedene Flugtechniken erforderlich, um jede Art von Auftrieb optimal zu nutzen.

aeroalias
2015-09-22 04:34:49 UTC
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Das Segelflugzeug und ein Papierflugzeug sind auf unterschiedliche Weise konstruiert und betrieben, was sich auf ihre Stalling-Eigenschaften auswirkt.

  • Beide Flugzeuge handeln mit einer Energieform (potenzielle Energie oder Höhe), um eine andere zu gewinnen (kinetische Energie oder Vorwärtsgeschwindigkeit). Im Allgemeinen befinden sich die Segelflugzeuge in einem (kontrollierten) Abstieg, es sei denn, sie treffen auf Thermik oder aufsteigende Luft. Dies ist es, was ihr Gleiten verursacht. Das gleiche passiert mit jedem nicht angetriebenen Flugzeug; Die Segelflugzeuge müssen jedoch im Vergleich zum Papierflugzeug viel Höhe aufwenden.
  • Die Segelflugzeuge sind so konstruiert, dass sie sehr aerodynamisch effizient sind und ein extrem hohes Verhältnis von Auftrieb zu Luftwiderstand aufweisen, das im Bereich von 50: 1 üblich ist oder mehr. Das bedeutet, dass sie extrem lange Strecken gleiten können und sich selbst überlassen bleiben. Die Papierflugzeuge sind nicht so. Bei richtiger Konstruktion können sie jedoch länger fliegen.
  • Die Segelflugzeuge werden normalerweise von (erfahrenen) Piloten geflogen, die wissen, wie man die oben genannten Thermiken, Luftströmungen nach oben usw. findet und nutzt. Dies hilft, die Höhe zu erhöhen und das Flugzeug länger in der Luft zu halten.
  • Die meisten Segelflugzeuge sind im Vergleich zu Papierflugzeugen (die normalerweise nur einen Flügel und keinen Stabilisator haben) extrem stabil, wodurch verhindert wird, dass sie beim Abwürgen zum Stillstand kommen allein gelassen. Tatsächlich ist bei einigen Segelflugzeugen der beste Weg, die Kontrolle wiederherzustellen, das Loslassen der Kontrollen. Dies bedeutet im Grunde, dass der Schirm zum Horizontalflug zurückkehrt, wenn keine Steuereingaben gegeben sind.
Stelios Adamantidis
2015-09-22 03:16:56 UTC
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Sie vergleichen zwei verschiedene Dinge, das Papierflugzeug und das Segelflugzeug. Segelflugzeuge nutzen das Wetter, um ihre Höhe zu erhöhen und den Flug aufrechtzuerhalten. Papierflugzeuge erleben nicht die gleichen Wetterphänomene wie Segelflugzeuge. Und natürlich fehlen ihnen Pilot- und Steuerflächen.

Wikipedia erwähnt vier Möglichkeiten, um Energie zu gewinnen:

  • Thermik (wo Luft aufsteigt aufgrund von Hitze),
  • Ridge Lift, bei dem Luft durch einen Hang nach oben gedrückt wird,
  • Wave Lift, bei dem ein Berg eine stehende Welle erzeugt,
  • Konvergenz , wo sich zwei Luftmassen treffen
Simon
2015-09-22 03:17:45 UTC
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Sobald der Schlepptau oder die Winde losgelassen wird, beginnt ein Segelflugzeug abzusteigen. Wenn die Atmosphäre völlig ruhig wäre, abgesehen davon, dass Geschwindigkeit gegen Höhe getauscht wird, muss sie bald landen.

Segelflugzeuge sind mit sehr hohen Auftriebs- / Widerstandsverhältnissen ausgelegt. 40: 1, 50: 1 sogar 60: 1 oder höher. Aufgrund dessen und ihrer Fähigkeit, Thermik und Luftströmungen, die durch Turbulenzen auf Graten, Bergen usw. verursacht werden, zu nutzen, bleiben sie für lange Zeit in der Luft.

Papierflugzeuge haben eine vollständige Fähigkeit anderes Design (Sie konnten kein Segelflugzeug bauen, wie Sie es aus Papier zeigen) und kann viel länger fliegen als ein paar Sekunden.

Vladimir F
2015-09-23 13:33:32 UTC
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Viele Leute erwähnten den Unterschied in der Form der Flügel und Tragflächen. Aber selbst wenn Sie einen echten Segelflugzeug einfach auf eine Flügelspannweite von 5 cm verkleinern, fliegt er nicht so gut wie der große.

Die Reynolds-Nummer für das kleine Flugzeug ist sehr klein und der viskose Widerstand wird groß. Die Turbulenzen sind nicht stark genug, um eine Strömungstrennung bei Anstellwinkeln zu verhindern, die für die reale Ebene noch in Ordnung sind, da die laminare Grenzschicht anfälliger für eine Trennung ist. Die Trennung verringert den erzeugten Auftrieb stark und kann zum Abwürgen führen.

Dies bedeutet nicht, dass Ihr Papierflugzeug immer zum Stillstand kommt, aber Sie müssen mit dem Anstellwinkel vorsichtig sein und mit dem Schwerpunkt spielen.

Kleine Modelle müssen spezielle Tragflächen mit niedriger Reynolds-Zahl verwenden, sind jedoch niemals so effizient wie größere Segelflugzeuge, da der Reibungswiderstand der Haut so wichtig ist. Selbst typische funkgesteuerte Segelflugmodelle sind normalerweise viel größer als typische Papierflugzeuge.

Emerald Ocy EmOci
2015-09-22 03:52:18 UTC
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Grundsätzlich wirken die aerodynamische Form und die Flügelform zusammen mit der Auftriebskraft zusammen, um das Segelflugzeug über lange Zeiträume aufrecht zu erhalten.

Sie müssen weitere Details in Ihre Antwort aufnehmen, damit sie von dem Benutzer akzeptiert wird, der die Frage gestellt hat.
Richard
2015-09-22 15:08:15 UTC
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Auf die eine oder andere Weise muss ein Flugobjekt in die Luft drücken, um weiter fliegen zu können. Angesichts der Tatsache, dass Luft flüssig ist, müssen wir die Impulsänderung der Luft mindestens so groß wie das Gewicht des Flugzeugs machen. Jetzt:

  • Kraft = Differenz in (Masse * Geschwindigkeit)

Die dafür allein erforderliche Energieänderung lautet jedoch

  • Änderung der Energie = Änderung der (Masse * Geschwindigkeit quadratisch >)

Für einen effizienten Flug möchten wir also eine große Luftmasse nach unten drücken mit einer kleinen Änderung der Vertikalgeschwindigkeit anstelle einer kleinen Luftmasse mit einer großen Geschwindigkeit.

Segelflugzeuge mit ihren langen, dünnen Flügeln sind dafür optimiert: Sie fliegen relativ langsam und fangen eine relativ große Masse ab Luft und sanft darauf drücken.

Im anderen Extremfall müssen vertikale Startdüsen wie die Harrier den umgekehrten Ansatz wählen. Sie müssen schnell fliegen, also drücken sie im Schwebeflug sehr schnell eine relativ kleine Luftmasse nach unten. Dies ist schrecklich ineffizient, so dass ein Harrier nicht lange schweben kann, bevor sein Kraftstoff aufgebraucht ist.

Darüber hinaus ist ein Segelflugzeug relativ leicht, da es keinen Kraftstoff oder Motor tragen muss. Es wird auch so glatt und rutschig wie möglich gemacht, um den Luftwiderstand zu verringern

SeeBenClick
2015-09-22 21:29:37 UTC
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Andere Leute haben bereits die Verwendung von Wetter erwähnt, um das Segelflugzeug länger über Wasser zu halten.

Ich denke, Sie fragen: "Wie funktionieren Flügel?"

Flugzeugflügel sind dem nachempfunden, was wir in der Natur gesehen haben. Die Grundform ist, dass der Flügel unten flach und oben gebogen ist. Diese Kurve ähnelt einer Kurve auf einem Teil eines Eies, wobei sich der größte Teil der Breite vor dem Flügel befindet. (Sie können optimierte Formen googeln.)

Durch Vorwärtsbewegung wird die Luft über dem vorderen Teil des Flügels komprimiert, es entsteht jedoch auch ein gewisser Luftwiderstand. Der folgende Teil des Flügels wird langsam bis zur Hinterkante dünner. Dieser Teil des Flügels ist der Bereich mit dem negativen Luftraum (Auftrieb). Es ist dieser negative Raum, auf den sich alle Flugzeuge verlassen. Auch Hubschrauberblätter und Motorpropeller nutzen diese Grundform.

Der anfängliche Antrieb eines Segelflugzeugs ist ein Schlepptau, aber danach verlassen sie sich zusätzlich zu den Wetterhilfen auf die Schwerkraft für den Antrieb und den durch die Flügelform erzeugten Auftrieb.

Vergleichsweise [ohne Mit speziellen Messwerkzeugen oder einer höheren mathematischen Erklärung hat die Ebenheit eines Papierflugzeugs einen [nur vernachlässigbaren] Auftrieb [im Vergleich zu einem optimierten künstlichen Flügel oder Flügel, der in der Natur vorkommt] und verlässt sich bei einem einmaligen Antrieb ausschließlich auf Sie [es sei denn, Sie haben das Glück, einen Auspuffrost oder ähnliches zum Überfliegen zu finden].

"Ein Papierflugzeug hat keinen Aufzug" Das ist falsch.
Papierflugzeuge erzeugen zwar Auftrieb, verlieren aber nach einigen Sekunden den Schub und blockieren. Es mag so scheinen, aber es ist nicht so.
rbp
2016-01-20 02:26:44 UTC
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Der Grund, warum ein Segelflugzeug aufbleiben kann, ist der einfache Grund, dass der Pilot da ist, um das Wetter und das Gelände zu lesen und das Flugzeug entlang von Bereichen und Auftriebslinien zu locken.



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