Es hängt genau davon ab, wie Sie "Auftrieb" und "Gewicht" definieren. Man könnte intuitiv sagen, dass der Auftrieb alle Kräfte sind, die auf das Flugzeug in Aufwärtsrichtung wirken, wie folgt:

In diesem Fall Der Auftrieb muss gleich schwer sein, sonst würde das Flugzeug beschleunigen. Das heißt, die Steiggeschwindigkeit würde sich ändern.

Es ist jedoch üblicher, den Auftrieb folgendermaßen zu definieren:

Hier sind Auftrieb und Gewicht gleich groß, jedoch in unterschiedliche Richtungen. Natürlich muss der Auftrieb nicht gleich groß sein: Er kann durch den Anstellwinkel eingestellt werden. Nehmen wir jedoch an, dass der Auftrieb gleich dem Gewicht ist und sehen, was passiert.

Lassen Sie uns alle unsere Berechnungen mit der Erde als Referenzrahmen ^{1 sup> durchführen. Es ist nützlich, den Auftrieb in eine Summe vertikaler und horizontaler Komponenten zu zerlegen, damit wir die horizontalen und vertikalen Kräfte getrennt analysieren können:}

Wenn wir die vertikale Komponente des Auftriebs mit dem Gewicht vergleichen, können wir sehen, dass sie nicht gleich sind:

Betrachtet man nur die hier und dort gezogenen vertikalen Kräfte ist eine Nettokraft nach unten auf das Flugzeug. Warum nimmt dann die Steiggeschwindigkeit nicht ab?

Eine ähnliche Transformation findet beim Schub statt. Bei einem Aufstieg bietet der Schub eine zusätzliche Aufwärtskomponente. Und natürlich müssen wir auch den Luftwiderstand berücksichtigen. Bei einem stetigen Anstieg entspricht der Auftrieb (gemäß der herkömmlichen Definition) nicht dem Gewicht, aber die Summe aller vertikalen Komponenten von Auftrieb, Schub und Luftwiderstand entspricht dem Gewicht.

Fügen wir einen beliebigen Luftwiderstand und genügend Schub hinzu, um die vertikalen Kräfte auszugleichen.

Jetzt sind die vertikalen Kräfte ausgeglichen , aber die horizontalen Kräfte müssen auch ausgeglichen sein, wenn wir einen stabilen Flug wollen. Wenn ich alle horizontalen Kräfte in meiner Zeichnung addiere, gibt es links eine Nettokraft. Dieses Flugzeug kann also in diesem Moment eine konstante Steiggeschwindigkeit beibehalten, verliert jedoch an Geschwindigkeit und steuert wahrscheinlich auf einen Stall zu.

Denken Sie daran, dass wir den Auftrieb zunächst gleich dem Gewicht einstellen, und genau das passiert. Ohne Änderung der Richtung oder Größe des Auftriebs gibt es keine Lösung, die zu einem stabilen Flug führt.

Daher benötigt ein Kletterflugzeug weniger Auftrieb. Um diese Richtung und Geschwindigkeit beizubehalten, muss dieser Pilot den Auftrieb durch Verringern des Anstellwinkels verringern und den Schub so erhöhen, dass sich die Vektoren zu Null addieren und keine Nettokraft auf das Flugzeug ausgeübt wird. Durch Verringern des Auftriebs wird auch der Luftwiderstand verringert.

^{1 sup> Jeder andere Referenzrahmen könnte funktionieren. Zum Beispiel könnten wir das Flugzeug als Referenzrahmen verwenden, was bedeuten würde, dass der Auftrieb immer hoch ist, aber das Gewicht die Richtung ändern würde.}

In einem Flugzeug, das mit einer konstanten Vertikalgeschwindigkeit steigt, entspricht die Summe der nach oben gerichteten Vertikalkräfte der Summe der nach unten gerichteten Vertikalkräfte.

Wäre dies nicht der Fall? Die vertikale Geschwindigkeit wäre nicht konstant, da ein Gleichgewicht der vertikalen Kräfte ungleich Null zu einer Beschleunigung führen würde ...

Kurze Antwort: Nein.

Lange Antwort: Wenn die Flugbahn nicht horizontal ist, erfolgt der Auftrieb nicht vertikal, sondern senkrecht zur Bewegungsrichtung (in ruhender Luft). Der Schub hat auch eine vertikale Komponente und unterscheidet sich in seiner Größe vom Luftwiderstand, da ein übermäßiger Schub erforderlich ist, um die potentielle Energie des Flugzeugs zu erhöhen. Es ist zu beachten, dass die vertikale Komponente des Auftriebs proportional zum Kosinus des Flugbahnwinkels ist, während die vertikale Komponente des Schubes proportional zum Sinus des Flugbahnwinkels ist, so dass der Schubteil bei kleinen Flugbahnwinkeln schneller wächst. Daher wird beim Klettern durch den Schub eine vertikale Komponente hinzugefügt, sodass weniger Auftrieb erforderlich ist.

Auch bei einem Abstieg ist weniger Auftrieb erforderlich. Jetzt ist der Schub kleiner als der Luftwiderstand, und der Luftwiderstand, der leicht nach oben zeigt, trägt zu einer vertikalen Komponente bei, die dem Gewicht entgegenwirkt. In beiden Fällen ist der Auftrieb also kleiner als das Gewicht.

Bisher war dies ein nicht beschleunigter Flug. Normalerweise hat ein Aufstieg jedoch Beschleunigungskomponenten:

• , um die Geschwindigkeit an die Änderung der Dichte (beschleunigt, um bei der angegebenen Fluggeschwindigkeit zu bleiben) oder der Machzahl (abgebremst, um zu bleiben) anzupassen bei gleicher Machzahl) und

• , weil das Flugzeug die vertikale Geschwindigkeit verliert, wenn der Schub durch die Änderung der Dichte und im Fall von Propellerflugzeugen und Turbofans durch die Zunahme verringert wird

Dieser zweite, zugegebenermaßen winzige Effekt fügt eine vertikale Trägheitskraft hinzu, die zu den verbleibenden vertikalen Kräften, nämlich Auftrieb und Schub, beiträgt. Wenn diese Trägheitskraft berücksichtigt wird, sind die verbleibenden vertikalen Kräfte ein kleines bisschen niedriger als das Gewicht.

Wenn wir den Auftrieb als die Komponente der gesamten aerodynamischen Kräfte auf das Flugzeug definieren, die senkrecht zu seiner Bewegungsrichtung ist, ist der Auftrieb in einem Stall etwas kleiner Steigen.

Es ist wahrscheinlich am einfachsten, die Situation in einem Koordinatensystem zu analysieren, das so geneigt ist, dass eine der Achsen parallel zur Bewegungsrichtung verläuft. Dann wirken alle Kräfte - Heben, Ziehen, Schieben - wie in einem normalen Koordinatensystem im Horizontalflug. Der einzige Unterschied besteht darin, dass die Gewichtskraft jetzt eine andere Richtung hat - aber immer noch dieselbe Größe .

Dies bedeutet, dass die -Komponente des Gewichts, das senkrecht zur Bewegung steht, ist jetzt etwas kleiner, und der Auftrieb muss ebenfalls entsprechend kleiner sein. Der Anstellwinkel des Flugzeugs ist bei gleicher (kalibrierter) Fluggeschwindigkeit geringfügig kleiner als im Horizontalflug.

Andererseits erhält der Gewichtsvektor jetzt eine signifikante Komponente parallel zur Bewegungsrichtung , und dem muss durch mehr Schub entgegengewirkt werden, damit das Flugzeug nicht langsamer wird. (Dies wird viel dominieren gegenüber der geringen Abnahme des induzierten Widerstands, die sich aus dem etwas geringeren Auftrieb ergibt.)

Dies hängt von der relativen Achsenausrichtung ab.

• Die Schwerkraft ist immer auf die Erdachsen ausgerichtet.
• Bei Starrflügelflugzeugen sind Auftrieb und Luftwiderstand auf die Luftstromachsen ausgerichtet (ausgerichtet auf den Luftstrom in einer stabilen Startposition). Beachten Sie, dass der Schub nur mit dem Luftwiderstand bei AoA Null ausgerichtet ist.

Bei Starrflügelflugzeugen ist ein stationärer Aufstieg meistens und automatisch mit einer Erhöhung verbunden AoA, die die Flugzeugachsen nach oben kippt, was zu einer Aufwärtsneigung der Luftstromachsen führt. Starrflügelflugzeuge können aber auch durch Erhöhen der Geschwindigkeit steigen, was zu einem stationären Aufstieg mit einer reduzierten AoA führt.

Nachfolgend finden Sie eine Analyse der beiden Fälle für den Starrflügelaufstieg. und für Hubschrauber, bei denen sich die Luftströmungsachsen mit den Schaufeln drehen - für Auftrieb und nicht für Schub.

TL; DNR

• Steigflügelanstieg durch Erhöhung des AoA: Modul des Auftriebs Vektor < Schwerkraftvektor
• Starrflügelaufstieg durch Erhöhung der Geschwindigkeit: mod lift> mod g
• Hubschrauber im stetigen Aufstieg: mod lift >> mod g

Kraftgleichgewicht im nicht beschleunigten Flug:

$$ T \ cdot cos (\ phi) = L \ cdot sin (\ alpha) + D \ cdot cos (\ alpha) \ tag {H} $$ span> $$ L \ cdot cos (\ alpha) + T \ cdot sin (\ phi) = D \ cdot sin (\ alpha) + W \ tag {V} $$ span>

Gleichung (V) gibt an, dass die gesamte vertikale Kraft nach oben gleich dem Gewicht plus einer Komponente des Luftwiderstands ist - des gesamten Flugzeugs, des Flügels + des Rumpfes + des Hecks usw. Die gesamte Kraft nach oben ist also immer größer als das Gewicht, es sei denn, $ \ alpha $ span> = 0

Schauen wir uns einige Fälle an.

1. Steigen aufgrund von Geschwindigkeitssteigerung, fester Flügel

Ein Fall, auf den Chris vor einiger Zeit hingewiesen hat, der durch Anlegen eines Flügels völlig entkoppelte Schub- und Auftriebskräfte definierte eine Stange an einem Waggon montiert. Wenn der Schub zunimmt, nimmt die Geschwindigkeit zu und der Flügel steigt mit einer konstanten Geschwindigkeit nach oben. $ V_z $ span>. Dies ändert den Anstellwinkel und kippt den Auftriebsvektor nach hinten. Der Flügel steigt mit konstanter Geschwindigkeit an, sobald die gesamte vertikale Kraft nach oben mit dem Gewicht plus der vertikalen Komponente des Luftwiderstands identisch ist, die nach unten zeigt.

Beachten Sie, dass auf diesem Bild kein Schub zu sehen ist, sondern nur aerodynamische Kräfte. Der Schub wird auf den Winkel $ \ phi $ span> = 0 eingestellt und ist gleich L * sin ( $ \ alpha $ span>) + D * cos ( $ \ alpha $ span>). Der Lift L ist um den Winkel $ \ alpha $ span> nach hinten geneigt und um den Faktor $ 1 / cos (größer als die vertikale Aufwärtskraft). \ alpha) $ span>.

In diesem Fall (Steigen durch Erhöhung der Geschwindigkeit):

• Die gesamte Aufwärtskraft ist um einen Betrag von D größer als das Gewicht * sin $ \ alpha $ span>.
• Der Auftrieb trägt nur zur Aufwärtskraft bei, ist nach hinten geneigt und größer als die gesamte vertikale Aufwärtskraft.

Schauen wir uns nun den Fall eines Starrflügelflugzeugs genauer an, das aufgrund eines vergrößerten Neigungswinkels klettert. Alle obigen Kräfte und beide Gleichungen (H) und (V) sind zu berücksichtigen. Der Anstellwinkel $ \ alpha $ span> wird durch den Nickwinkel $ \ phi $ span>, die Fluggeschwindigkeit V und den Steigflug definiert Geschwindigkeit $ \ dot {z} $ span>.

Also in diesem Fall:

• Die gesamte Aufwärtskraft ist erneut um einen Betrag von D * sin größer als das Gewicht ( $ \ alpha $ span>)
• Sowohl Schub T als auch Auftrieb L tragen zur gesamten Aufwärtskraft bei. Wie viel jeder beiträgt, hängt vom Nickwinkel $ \ phi $ span> und der Steiggeschwindigkeit $ \ dot {z} $ span> ab .

3. Hubschrauber im vertikalen Aufstieg

Nun zum Hubschrauber im Aufstieg. Auf den ersten Blick ist dies der Fall, wenn nur der Schub für die Steigaktion verantwortlich ist, da die Rotorscheibe einen vertikalen Schub nach unten liefert. Aber hier ist die Sache: Das ist aus einer Rumpfperspektive, aber jetzt ist der Auftrieb relativ zur Fluggeschwindigkeit des rotierenden Blatts definiert.

Unser Referenzrahmen sind wieder Erdachsen. Der vertikal kletternde Hubschrauber hat die gleiche aerodynamische Kraft nach unten wie der schwebende Hubschrauber, mit Ausnahme geringfügiger Erhöhungen aufgrund des vertikalen Widerstands des Rumpfes. Der Pilot stellte den Hubschrauber vom Schwebeflug zum Steigen um, indem er am Kollektiv zog, die Blattneigung erhöhte und den Auftriebsvektor nach hinten kippte (Erdachsen).

Die vertikale Komponente des Auftriebs entspricht dem Gewicht plus der vertikalen Komponente nach unten (Blattwiderstand + vertikaler Rumpfwiderstand). Der Auftrieb ist um den Faktor 1 / cos $ \ phi $ span> größer als seine vertikale Komponente.

In diesem Fall also (Anstieg durch Erhöhung der Steigung) ):

• Die vertikale Gesamtkraft nach oben ist um einen Betrag von (D * sin ( $ \ alpha $ span>) + vertikal größer als das Gewicht Rumpfwiderstand).
• Der Auftrieb trägt nur zur vertikalen Kraft nach oben bei und ist nach hinten geneigt, sodass der Auftrieb um den Faktor 1 / cos größer ist als die gesamte vertikale Kraft ( $ \ alpha $ span>).

Schlussfolgerung

Fall 2. wird auf dieser Site mehrfach berücksichtigt. Der aerodynamische Auftrieb kann abhängig von den relevanten Winkeln und Geschwindigkeiten geringer sein als das Gewicht. Der Schub muss immer um einen Betrag von L * sin höher sein als im stetigen Horizontalflug ( $ \ alpha $ span>).

Alle Fälle haben einen höheren vertikale Kraft nach oben als Gewicht: Eine vertikale Luftwiderstandskomponente muss kompensiert werden.

@ xxaviers Antwort wird akzeptiert. Viele andere Antworten sind auch für einen stationären Starrflügelanstieg aufgrund der Neigung der Flugzeugachsen relativ zur Schwerkraft richtig.

Nein, der Auftrieb entspricht nicht dem Gewicht eines Flugzeugs, das (mit konstanter Geschwindigkeit) klettert.

Ich kann nicht zeichnen, wo ich mich befinde, also nimm es mit.

Für eine Wenn Flugzeuge mit konstanter Geschwindigkeit fliegen und weder vertikal noch horizontal beschleunigt werden, ist der vom Flügel erzeugte Auftrieb geringer als das Flugzeuggewicht. Sie können sehen, dass die Auftriebskomponente kleiner als der Gewichtsvektor ist, wenn Sie den Steigwinkel erhöhen. Beispielsweise entspricht die Auftriebskomponente bei einem Steigwinkel von 45 Grad der Quadratwurzel (2) / 2 des Gewichts (oder ungefähr 71% des Gewichts).

Wie kann das Flugzeug also weiterfliegen? ein gerader Weg nach oben? Die Motoren liefern einen Schub, der eine Kraft ausübt, die dem Unterschied zwischen Auftrieb und Gewicht entspricht. Sie können dies sehen, wenn Sie ein Kraftausgleichsdiagramm zeichnen (was ich später versuchen werde).

Der Titel der Frage ist irreführend.

Im Hauptteil der Frage lesen wir:

"Meine Frage bezieht sich lediglich auf die Summe aller vertikalen Kräfte: Bei einem stetigen Anstieg handelt es sich um die gesamte vertikale Kraft nach oben aus allen Quellen (Flügel, Heck, Triebwerke, Rumpf) größer oder gleich dem Gewicht des Flugzeugs. "

Damit die Beschleunigung Null ist, muss die Nettokraft Null sein, also muss die vertikale Nettokraft gleich sein Gewicht. Dies ist keine sehr interessante Frage.

Der Titel stellt eine völlig andere Frage: "Hebt das Heben bei einem Aufstieg das gleiche Gewicht?" Dies ist eine viel interessantere Frage.

Im Zusammenhang mit einem Flug mit festem Flügel ist der Auftrieb so definiert, dass er senkrecht zur Flugbahn durch die Luftmasse wirkt, und der Widerstand ist so definiert, dass er parallel zur Flugbahn durch die Luftmasse wirkt. Für die Zwecke der Antwort nehmen wir an, dass der Schub parallel zur Flugbahn durch die Luftmasse wirkt, obwohl dies eindeutig nicht immer genau der Fall ist. Diese vereinfachende Annahme führt zu folgendem Vektordiagramm:

Angetriebener Aufstieg bei Steigwinkeln von 45 und 90 Grad:

In den obigen Vektordiagrammen ist "Winkel c" der Steigwinkel - in der linken Abbildung beträgt er 45 Grad und in der rechten Abbildung 90 Grad.

Wir können sehen, dass bei einem motorisierten Aufstieg Lift = Weight * cosine (Steigwinkel), bei dem der Steigwinkel relativ zur Luftmasse gemessen wird (eine wichtige Unterscheidung im Fall eines Gleitfluges - ein nicht angetriebener Flug) Das Klettern in einem thermischen Aufwind ist immer noch ein Abstieg in Bezug auf die Luftmasse!)

Bei einem motorisierten Aufstieg ist der Auftrieb eindeutig geringer als das Gewicht. Für Wenn der Steigwinkel beispielsweise 45 Grad beträgt, ist Lift = 0,707 * Gewicht. Wenn der Steigwinkel 90 Grad beträgt, muss der Auftrieb Null sein.

Dasselbe gilt auch für einen Abstieg - Auftrieb = Gewicht * Kosinus (Abstiegswinkel), sodass der Auftrieb geringer als das Gewicht ist. Dies wird in einigen der am Ende dieser Antwort angegebenen Links ausführlicher erläutert.

Beachten Sie, dass wir den Ansatz gewählt haben, die Vektoren Thrust und Drag zu einem einzigen Vektor (Thrust-Drag) zu kombinieren, und diesen Vektor dann mit Lift and Weight in einem geschlossenen Vektordreieck angeordnet haben. Wann immer Vektoren von Nase zu Schwanz in ein geschlossenes Polygon - in diesem Fall ein Dreieck - angeordnet werden können, zeigt dies, dass die Nettokraft Null sein muss, was bedeutet, dass die Beschleunigung Null und die Geschwindigkeit i konstant ist. Zur Verdeutlichung haben wir auch die einzelnen Schub- und Widerstandsvektoren außerhalb des Vektordreiecks gezeichnet. Diese sind mit dem Vektor (Thrust-Drag) redundant.

Variieren des Steigwinkels und / oder des L / D-Verhältnisses:

Beachten Sie dies für ein bestimmtes Flugzeug In einer gegebenen Konfiguration ist jeder gegebene Anstellwinkel bestimmten Werten für den Auftriebskoeffizienten, den Luftwiderstandsbeiwert und das Verhältnis von Auftriebskoeffizient / Luftwiderstandsbeiwert zugeordnet. Der Auftrieb ist proportional zum Auftriebskoeffizienten * Fluggeschwindigkeit im Quadrat und der Luftwiderstand proportional zum Luftwiderstandsbeiwert * Fluggeschwindigkeit im Quadrat. Das Verhältnis von Auftriebskoeffizient / Luftwiderstandsbeiwert ist also auch das Verhältnis von Auftrieb / Luftwiderstand. Für ein bestimmtes Flugzeug in einer bestimmten Konfiguration ist jeder gegebene Anstellwinkel mit einem bestimmten Verhältnis von Auftrieb zu Widerstand verbunden.

Wenn das linke Diagramm oben und das mittlere Diagramm oben beide dasselbe Flugzeug in derselben Konfiguration darstellen, muss das Flugzeug im mittleren Diagramm etwas langsamer fliegen. Nur so können die L- und D-Werte bei gleichem L / D-Verhältnis geringfügig kleiner sein. Durch Hinzufügen von Kraft zur Vergrößerung des Steigwinkels bei konstantem Anstellwinkel nimmt die Fluggeschwindigkeit leicht ab. In dem hier dargestellten Fall wäre die Änderung der Fluggeschwindigkeit jedoch zu gering, um sie jemals in der Praxis zu bemerken - sie wäre gleich der Quadratwurzel der Änderung des Werts der Größe des Auftriebsvektors oder des Widerstandsvektors. P. >

Wenn alle Diagramme dasselbe Flugzeug in derselben Konfiguration von Klappen usw. darstellen, würde das rechte Diagramm (5: 1 L / D-Verhältnis) einen niedrigeren Anstellwinkel darstellen als das linke oder mittlere Diagramme (10: 1 L / D-Verhältnis). (Wir werden die andere Möglichkeit ignorieren, dass der 5: 1-Fall einen Mushing-Flug sehr nahe am Stall darstellt, wo der Luftwiderstand sehr hoch ist.) Ein niedrigerer Anstellwinkel bedeutet einen niedrigeren Auftriebskoeffizienten, aber die Größe des Auftriebsvektors ist der Daher muss die Fluggeschwindigkeit in dem im rechten Diagramm dargestellten Fall höher sein. Daher ist auch die Steiggeschwindigkeit höher. Kurz gesagt, wenn wir den Schub erhöhen, um unsere Steiggeschwindigkeit zu erhöhen, müssen wir auch den Anstellwinkel verringern, wenn wir aus irgendeinem Grund unseren Steigwinkel konstant halten möchten, anstatt ihn erhöhen zu lassen.

Powered Steigen Sie mit einem Steigwinkel von 45 Grad bei 8 verschiedenen Verhältnissen von Auftrieb zu Widerstand:

Beachten Sie, dass wir unser L / D-Verhältnis verringern Es wird immer mehr Schub benötigt, um den gleichen 45-Grad-Steigwinkel beizubehalten. In dem Fall, in dem das L / D-Verhältnis 2/1 beträgt, muss der Schub tatsächlich größer als das Gewicht sein! Dies ist etwas eingängig, da wir offensichtlich mit einer kleinen Fluggeschwindigkeit ungleich Null direkt nach oben klettern könnten, wenn der Schub nur geringfügig größer als das Gewicht wäre. Dieser vertikale Aufstieg würde jedoch mit einer sehr geringen Fluggeschwindigkeit durchgeführt. Wenn im obigen Diagramm alle Fälle dasselbe Flugzeug in derselben Konfiguration darstellen, indem wir den Steigwinkel auf konstant beschränken, so dass auch L konstant bleiben muss, beschränken wir die Fluggeschwindigkeit so, dass sie mit zunehmender Reduzierung immer höher wird Anstellwinkel, Auftriebskoeffizient und L / D-Verhältnis. Daher die enorme Zunahme des Luftwiderstands und des erforderlichen Schubes, wenn wir den Anstellwinkel, den Auftriebskoeffizienten und das L / D-Verhältnis verringern.

Wenn wir Steigwinkel näher und näher an 90 Grad untersuchen, hat das L / D-Verhältnis immer weniger Einfluss auf den erforderlichen Schub. Eine ähnliche Figur wie oben, jedoch für einen Steigwinkel von 60 oder 70 Grad, würde eine geringere Zunahme des erforderlichen Schubes zeigen, wenn wir den Anstellwinkel, den Auftriebskoeffizienten und das L / D-Verhältnis verringern, als wir es bei a sehen Steigwinkel von 45 Grad. Dies bedeutet auch, dass wir eine geringere Erhöhung der Fluggeschwindigkeit erzwingen, wenn wir in einem solchen Fall den Anstellwinkel, den Auftriebskoeffizienten und das L / D-Verhältnis verringern. Das ist sinnvoll - da der Schub immer mehr vom Flugzeuggewicht trägt, hat die Dynamik des Flügels immer weniger Einfluss auf die Fluggeschwindigkeit. Bei einem wirklich vertikalen Aufstieg muss sich der Flügel im Anstellwinkel von null Hub befinden und das L / D-Verhältnis muss Null sein. In einem solchen Fall variiert die Widerstandskraft natürlich immer noch mit der Fluggeschwindigkeit. Je schneller wir gerade nach oben fliegen möchten, desto mehr Schub benötigen wir.

Aus Gründen der Klarheit hat sich diese Antwort auf einige ziemlich steile Steigwinkel konzentriert. Es ist auch wichtig zu beachten, dass bei flachen Steigwinkeln (oder Sinkwinkeln), die für Leichtflugzeuge der allgemeinen Luftfahrt typisch sind, der Kosinus des Steigwinkels nicht viel kleiner als 1 ist und der Auftrieb daher nahezu gleich dem Gewicht ist (insbesondere Der Auftrieb ist nur geringfügig geringer als das Gewicht.) Da das Gewicht nicht mit dem Steig- oder Tauchwinkel variiert, können wir daraus schließen, dass bei flachen Steig- oder Tauchwinkeln keine weiteren Beschleunigungen stattfinden (insbesondere krümmt sich die Flugbahn nicht oder nach unten, und die Flügel sind nicht geneigt, so dass sich die Flugbahn nicht krümmt, um eine Kurve zu beschreiben.) - Der Auftrieb ist ebenfalls nahezu konstant, unabhängig davon, ob das Flugzeug steigt, sinkt oder keines. Dies bedeutet, wenn der Steig- oder Sinkwinkel flach ist und die Netto-G-Last eins ist, kann die Fluggeschwindigkeitsanzeige auch als Anstellwinkelanzeige interpretiert werden. Warum sollte das so sein? Um den Auftrieb nahezu konstant zu halten, muss es ungefähr zutreffen, dass der Auftriebskoeffizient umgekehrt proportional zum Quadrat der Fluggeschwindigkeit variiert. Dies stellt eine nahezu feste Beziehung zwischen Fluggeschwindigkeit und Anstellwinkel für flache Steig- oder Sinkwinkel und Netto-G-Belastungen nahe eins her. Wenn die Fluggeschwindigkeit niedrig ist, müssen der Auftriebskoeffizient und der Anstellwinkel hoch sein, und wenn die Fluggeschwindigkeit hoch ist, müssen der Auftriebskoeffizient und der Anstellwinkel niedrig sein, unabhängig davon, ob das Flugzeug in einem flachen Winkel steigt , in einem flachen Winkel absteigend oder horizontal fliegen. Die Fluggeschwindigkeitsanzeige ist also im Wesentlichen eine Anstellwinkelanzeige bei flachen Steig- oder Sinkwinkeln. Bei sehr steilen Steigwinkeln, bei denen der Auftrieb etwas geringer als das Gewicht ist, werden die Dinge komplizierter - ein bestimmter Anstellwinkel ist mit einer niedrigeren Fluggeschwindigkeit verbunden als im Horizontalflug, und eine bestimmte Fluggeschwindigkeit ist mit einer niedrigeren verbunden Anstellwinkel als im Horizontalflug. Im extremsten Fall, wenn das Flugzeug gerade nach oben steigt, muss der Auftrieb Null sein, daher muss der Auftriebskoeffizient Null sein und der Anstellwinkel muss nahezu Null sein (tatsächlich muss er leicht negativ sein, es sei denn, das Tragflächenprofil ist vollständig symmetrisch), unabhängig davon, was die Fluggeschwindigkeitsanzeige anzeigt. Es ist klar, dass die Fluggeschwindigkeitsanzeige in einer solchen Situation nicht als Leitfaden für den Anstellwinkel dienen kann.

Wir haben in dieser Antwort auch angenommen, dass der Schubvektor parallel zur Flugbahn durch die Luftmasse wirkt. Wenn dies nicht zutrifft, gilt natürlich auch die Gleichung lift = weight * cosine (Steigwinkel) nicht mehr. Um einen Extremfall zu nehmen, beachten Sie, dass der Flügel "entladen" wird, wenn die Auspuffdüsen eines Harrier "Sprungstrahls" gerade nach unten gerichtet sind - das Flugzeug kann mit einer Fluggeschwindigkeit von Null und einem Hub von Null schweben, der vollständig durch Schub unterstützt wird. Umgekehrt zieht die Schleppleine während eines Segelflugwindenstarts am Segelflugzeug steil nach unten. Auch dies kann als eine Form des "vektorisierten Schubes" angesehen werden - aber jetzt wird die Belastung des Flügels eher erhöht als verringert, sodass die Flügel eine Auftriebskraft erzeugen müssen, die viel größer als das Gewicht des Flugzeugs ist. In jedem Fall ist es am besten, den einfachen Fall, in dem der Schubvektor parallel zur Flugbahn wirkt, gründlich zu verstehen, bevor exotischere Fälle betrachtet werden.

Um ein Vektordiagramm der Kräfte im Steigflug von einer externen Referenzquelle zu sehen, sehen Sie sich das folgende Diagramm an. Dieses Diagramm zeigt die gleichen Beziehungen wie die anderen in dieser Antwort enthaltenen Diagramme, aber die Kräfte wurden nicht in einem geschlossenen Vektorpolygon angeordnet, sodass es weniger offensichtlich ist, dass die Nettokraft Null ist.

Oben ist ein Vektordiagramm dargestellt, das die Kräfte bei einem stabilisierten, linearen Anstieg mit konstanter Fluggeschwindigkeit zeigt - von https://systemdesign.ch/wiki/L% C3% B6sung_zu_Steigflug

FS = Schub

FW = Luftwiderstand

FGp ist die Gewichtskomponente, die parallel zur Flugbahn wirkt und ist AUCH genau gleich groß und entgegengesetzt in Richtung (Schub - Widerstand)

FGs ist die Gewichtskomponente, die senkrecht zur Flugbahn wirkt und AUCH genau gleich groß und entgegengesetzt in Richtung zum Anheben ist.

FA = Auftrieb

FG = Gewicht

Der Beta-Winkel ist der Steigwinkel - der Winkel zwischen Flugbahn und Horizont.

Siehe diese verwandten Antworten auf verwandte Fragen:

"Was erzeugt Schub entlang der Fluglinie in einem Segelflugzeug?"

"Gravitationskraft vs. Motorleistung"

"Abstieg auf einer bestimmten Gleitneigung (z. B. ILS) bei einer bestimmten Fluggeschwindigkeit - unterscheidet sich die Größe des Auftriebsvektors im Gegenwind gegenüber dem Rückenwind?"

"Ändern wir uns? den Anstellwinkel durch Ändern der Steigung eines Flugzeugs? "

" Wird für einen Aufstieg übermäßiger Auftrieb oder übermäßige Kraft benötigt? "