Frage:
Können Flugzeuge von einem Laufband abheben?
Sargun Dhillon
2015-09-30 15:49:13 UTC
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Beachten Sie, dass dies eher eine Physikfrage als eine Luftfahrtfrage ist.
Dieses Thema wurde auf der Physics Stack Exchange-Website ausführlich behandelt, und die Antworten dort werden empfohlen Für alle, die neugierig auf die Kräfte und die Physik sind.

Wenn Sie ein riesiges Laufband hätten, das eine unendliche Ebene wäre, eine unendlich einstellbare Geschwindigkeit hätte und entlang einer seiner Dimensionen treten könnte, könnte ein Flugzeug davon abheben?

http://blog.xkcd.com/2008/09/09/the-goddamn-airplane-on-the-goddamn-treadmill/
Oh nein, nicht das Laufband!
Ahhhhh! Nun, wir mussten es hier haben. ;)
Jemand * hat * ein riesiges Laufband gebaut, um dies zu testen. Siehe das [Mythbusters-Video unten] (http://aviation.stackexchange.com/a/21407/62)
Es sollte beachtet werden, dass die xkcd-Version die Fadenmühle aktiv an die Radgeschwindigkeit anpasst, was zu Konflikten führt, während bei dieser Frage nur davon ausgegangen wird, dass sich die Fadenmühle frei bewegen kann und eine klare Antwort hat.
Das Laufband ist irrelevant. Alles was es tun kann, ist die Räder zu drehen. Es kann das Flugzeug nicht bewegen. Mythos Busters sollten als Unterhaltung und nicht als ernsthafte wissenschaftliche Untersuchung betrachtet werden. Sie haben einen miesen Job mit diesem gemacht und gezeigt, dass ein Flugzeug fliegen kann.
@Simon - Ich glaube nicht, dass ich Ihren Standpunkt verstehe, dass alle Mythbusters bewiesen haben, dass das Flugzeug fliegen kann. Sie legten ein Flugzeug auf ein großes Blatt Leinwand, ließen Jamie die Leinwand in die eine Richtung ziehen, während ein Ultraleichtflugzeug in die andere beschleunigte. Ich glaube nicht, dass sie das Konzept besser hätten veranschaulichen können, wenn Sie nicht wollten, dass sie eine motorisierte Förderband-Landebahn mit einem Budget für eine TV-Show bauen. Sie schließen entweder die Möglichkeit aus, dass es nicht außer Kontrolle geraten wäre (wenn * viele * Leute diesen Standpunkt argumentierten), oder Sie verstehen nicht, was das Experiment gezeigt hat.
Sechs antworten:
Charlie
2015-09-30 16:19:58 UTC
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Alle sagten gemeinsam "Oh Gott, nicht dieser", weil dieselbe Frage in der Vergangenheit einige intensive Debatten ausgelöst hat. Flugzeuge sind auf den Luftstrom über dem Schaufelblatt (Flügel / Heck usw.) angewiesen, um Auftrieb zu erzeugen - unabhängig von der Bewegung der Reifen. Dies bedeutet, dass das Flugzeug mit genügend Luft über dem Flügel fliegt, auch wenn es sich relativ zum Boden überhaupt nicht vorwärts bewegt.

Aus diesem Grund befinden sich Flugzeuge auf Rampen an Flughäfen müssen am Boden angebunden werden. Dies soll nicht nur verhindern, dass sie herumrollen, sondern auch abheben, wenn der Luftstrom schnell genug über den Flügel strömt.

Wenn Sie an einem unterhaltsamen Segment interessiert sind, haben die MythBusters ein durchgeführt ziemlich wissenschaftliches Experiment dazu.

Es ist nicht so, dass es sich nicht in Bezug auf den Boden bewegt, es ist so, dass das Laufband * nicht verhindern kann, dass es sich in Bezug auf den Boden bewegt *.
Das Mythbusters-Video hat lediglich bewiesen, dass die Räder im Flugzeug sich mit der doppelten Drehzahl drehen können, die für den Start des Flugzeugs erforderlich ist.
@FreeMan: Die Räder sind freilaufend und im Wesentlichen nicht mit dem Flugzeug verbunden. Stellen Sie sich das so vor: Wenn Sie mit Rollerblades auf dem Rücken liegen, kann ich Ihr Bein durch Drehen der Räder anheben? Du sagst, ich kann.
@slebetman nicht sicher, ob ich dir folge. Das Flugzeug bewegte sich mit X Knoten vorwärts, während Jamie das "Förderband" mit X Knoten rückwärts zog. Die Flügel erzeugten genug Auftrieb zum Abheben, aber die Räder drehten sich mit 2X. Das Video hat daher nur bewiesen, dass die Räder mit 2-fachem Durchdrehen umgehen können, wo sie sich normalerweise mit X drehen würden. Ich verstehe voll und ganz, dass der Start nichts mit der Drehzahl der Räder zu tun hat, und deshalb habe ich angegeben, dass das Experiment nicht durchgeführt wurde beweise nichts anderes.
@FreeMan: Die Räder, die mit X-Geschwindigkeit durchdrehen können, haben nichts damit zu tun, dass sich das Flugzeug nicht vorwärts bewegt. Die Räder wirken grundsätzlich als Rollenlager. Die einzige Möglichkeit, das Flugzeug anzuhalten, besteht darin, die Räder explodieren zu lassen (was theoretisch mit einer Fadenmühle möglich sein könnte). Es gab auch eine Antwort in der Physik SE, die darauf hinwies, dass die Rotationsträgheit der Räder eine winzige Kraft auf das Flugzeug ausüben kann. Es würde jedoch erforderlich sein, dass sich die Räder mit oder über die Lichtgeschwindigkeit hinaus bewegen, um einen spürbaren Effekt zu erzielen.
@FreeMan - außer dass Sie gerade die Anforderungen für den Start des Flugzeugs von einem Laufband beschrieben haben. Die Räder müssen einfach in der Lage sein, sich mit der doppelten Startgeschwindigkeit frei zu drehen, ohne dass die Reibung der Achse bei der höheren Geschwindigkeit das Flugzeug unter die zum Abheben erforderliche Vorwärtsgeschwindigkeit verlangsamt. Damit haben sie bewiesen, dass ein Flugzeug von einem Förderband abheben kann.
@slebetman Ich denke, wir sagen genau dasselbe, nur aus entgegengesetzten Richtungen, also stimme ich zu, dem Wortlaut unserer Aussagen nicht zuzustimmen, während ich dem Grundsatz zustimme, dass das Förderband unter den Rädern (höchstens) vernachlässigbare Auswirkungen hat die Fähigkeit des Flugzeugs zu starten.
Das "Experiment", das beweisen würde, dass das Förderband nichts mit dem Start zu tun hat, wäre, den Piloten den Motor auf Leerlauf bringen zu lassen, während Jamie das Band in Startrichtung zieht. Die Räder würden überhaupt nicht rollen, aber irgendwann würde genug Windgeschwindigkeit erzeugt, das Flugzeug würde abheben und mit etwas Geschick würde der Pilot aussteigen, wenn auch langsam.
ratchet freak
2015-09-30 15:57:58 UTC
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Ja.

Flugzeuge erhalten ihren Schub durch die Verwendung der Luft. Die Räder werden nicht angetrieben. Der Luftwiderstand von den Rädern begrenzt, wie schnell das Laufband fahren kann, bevor das Flugzeug nicht mehr starten kann.

Es ist einfacher zu verstehen, wenn Sie einen anderen Referenzrahmen auswählen. Angenommen, das Laufband steht still, aber die Luft bewegt sich mit jeder Geschwindigkeit in jede Richtung.

Beachten Sie, dass ich gerade einen windigen Tag beschrieben habe.

Hat es jemals ein Flugzeug gegeben, das weggeflogen ist oder an einem windigen Tag weggehoben wurde?
@SargunDhillon [Ja.] (Https://www.youtube.com/watch?v=TlEKiSwttsc) –slebetmans YouTube-Link.
Das Argument des windigen Tages ist etwas fehlerhaft. Wenn der Wind entlang des Flugplatzes weht, nehmen die Flugzeuge den Wind auf.
@Taemyr nichts hindert das Flugzeug daran, den Förderer mit unendlicher Länge einzuschalten und sich in den Wind zu drehen.
@ratchetfreak Ich würde sagen, dass die Frage impliziert, dass in diesem Fall die Fadenmühle in die andere Richtung laufen würde. Im Wesentlichen den Wind drehen.
@Taemyr ist es nicht unmöglich, mit einem Schwanz und / oder Seitenwind nur lästiger abzuheben. (Denken Sie daran, das Laufband in der Frage ist auf allen Seiten unendlich)
@ratchetfreak Einverstanden ist die Frage gleichbedeutend mit der Entnahme von einem unendlich langen Flugplatz mit einem laminaren Rückenwind beliebiger Stärke. Ich stimme auch zu, dass dies möglich wäre. - Ich denke jedoch, dass diejenigen, die behaupten, das Flugzeug könne nicht vom Threadmil abheben, auch behaupten würden, das Flugzeug könne nicht von diesem unendlichen Flugplatz abheben. In der tatsächlichen Welt würden zwei Dinge Start, Landebahnlänge und Turbulenzen verhindern.
@Taemyr Das Laufband hat nichts damit zu tun, woher der Wind kommt. Dies hängt nur vom "Wind" (den das OP nicht erwähnt) und dem Schub / Kurs des Flugzeugs ab.
aeroalias
2015-09-30 16:27:36 UTC
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Diese Frage ist bestenfalls mehrdeutig. Je nachdem, was mit dem Flugzeug und dem Laufband gemacht wird, kann es sowohl Ja- als auch Nein-Antworten geben. Der Punkt ist, dass für das Abheben eines Flugzeugs eine ausreichende Fluggeschwindigkeit vorhanden sein sollte. Wenn kein Wind weht, entspricht die Fluggeschwindigkeit der Bodengeschwindigkeit

Unter der Annahme, dass kein Wind (in oder gegen das Flugzeug) weht, gibt es zwei mögliche Lösungen.

  • Wenn das Flugzeug relativ zum Boden stationär ist, startet es nicht (da die Windgeschwindigkeit Null ist).

  • Wenn Das Flugzeug bewegt sich relativ zum Boden (mit ausreichender Geschwindigkeit) und hebt ab.

Nehmen wir an, wir haben ein Düsenflugzeug (nur aus Gründen der Argumentation) und eines drückt den Gashebel und es beginnt sich vorwärts zu bewegen. Da das Laufband eine stufenlos einstellbare Geschwindigkeit hat, können drei Bedingungen vorliegen:

  • Wenn die Laufbandgeschwindigkeit Null ist, erzeugt das Flugzeug schließlich ausreichend Auftrieb und hebt ab.

  • Wenn die Laufbandgeschwindigkeit so eingestellt wird, dass das Flugzeug relativ zum Laufband stationär bleibt, startet das Flugzeug (während es sich in Bezug auf bewegt) Boden, und hat auch eine gewisse Fluggeschwindigkeit).

  • Wenn die Laufbandgeschwindigkeit so eingestellt wird, dass das Flugzeug relativ zum Boden stationär bleibt, das Flugzeug kann nicht abheben, da sowohl die Boden- als auch die Luftgeschwindigkeit Null sind. Beachten Sie, dass in diesem Fall die Flugzeuggeschwindigkeit relativ zum Laufband doppelt so hoch ist wie die Geschwindigkeit, mit der das Laufband betrieben wird.

Wenn Wind weht, ist dies erforderlich Die Fahrgeschwindigkeit kann entsprechend angepasst werden, das Prinzip bleibt jedoch gleich. Wenn beispielsweise die Windgeschwindigkeit gleich der für den Start erforderlichen Fluggeschwindigkeit ist, hebt das Flugzeug ab, obwohl es in Bezug auf den Boden stationär ist.

Auch hier ist das wichtige Konzept die Fluggeschwindigkeit. Es spielt keine Rolle, ob sich das Flugzeug auf einem Laufband, einer Bahnstrecke oder einer Landebahn befindet.

Ihr letzter Punkt ist fehlerhaft und das ganze Problem mit diesem dummen "Rätsel". Das Laufband hat absolut keine Möglichkeit, den von den Triebwerken erzeugten unabhängigen Schub zu überwinden - es kann nicht verhindern, dass sich das Flugzeug relativ zum Boden und damit relativ zum Wind bewegt.
@Dan Bis das Flugzeug abhebt, sind die Räder am Boden. Wenn die Geschwindigkeit des Laufbandes mit der Drehzahl der Räder übereinstimmt (beachten Sie, dass das Laufband eine unendliche Geschwindigkeit hat und die Rollreibung nicht berücksichtigt), könnte das Flugzeug * theoretisch * relativ zum Boden stationär sein. Dieses Problem liegt daran, dass die Frage ohne Grenzen offen ist.
@aeroalias Wie? Die Physik stimmt nicht überein - ich denke, bei einer bestimmten Geschwindigkeit kann es zu einem Radlagerausfall kommen, aber während diese Lager funktionsfähig sind, gibt es fast keinen Zusammenhang zwischen dem Vorwärtsschub und der Drehung der Räder.
@Dan Bitte lesen Sie die [gleiche Frage in Physics Stackexchange] (http://physics.stackexchange.com/questions/32269/what-will-happen-if-a-plane-trys-to-take-off-whilst-on -a-Laufband) für eine viel klarere Erklärung dessen, was ich zu sagen versuche.
Dieses Problem ist, dass # 3 nicht möglich ist. Egal wie schnell das Laufband läuft, die Reifen im Flugzeug drehen sich frei. Drehen Sie also einfach schneller, während das Flugzeug das tut, was es zuvor getan hat (Beschleunigen, wenn es unter Strom steht). Anders ausgedrückt, wenn die Motoren ausgeschaltet wären und Sie das Laufband starten (vorausgesetzt, die Bremsen sind nicht angezogen), würden die Reifen durchdrehen, aber das Flugzeug würde stationär bleiben. Beachten Sie, dass dies der Klarheit halber die Reibung zwischen der Achse und der Radnabe ignoriert und dass sie sich schließlich langsam zu bewegen beginnt, dies wird jedoch durch den Schub in der Frage überwunden.
Was jeder vermisst ist, dass das Laufband und was es tut, völlig irrelevant ist. Das einzige, was es tun kann, ist das Drehen der Räder (ohne Berücksichtigung der Reibung, was ein Rundungsfehler bei den beteiligten Kräften ist). Das einzige, was zählt, ist Luft über den Tragflächen und die einzige Möglichkeit, die erzeugt werden kann (unter der Annahme, dass kein Wind vorhanden ist), besteht darin, dass das Flugzeug auf normale Weise Schub erzeugt. Die erste Hälfte Ihrer Antwort ist richtig. Die zweite Hälfte ist falsch. Das Laufband kann das Flugzeug nicht bewegen.
Dies ist die einzige Antwort, die Details zu den verschiedenen legitimen Interpretationen der Frage enthält, daher ist dies die einzige vollständige Antwort. Das heißt, es gibt einen Fehler im dritten Punkt. Um das Flugzeug relativ zum Boden stationär zu halten, ist die Relativgeschwindigkeit zwischen Flugzeug und Laufband viel höher als doppelt so hoch. Das Laufband kann das Flugzeug nur durch parasitären Rollwiderstand in den Rädern verlangsamen. IE Reibung.
Wenn das Flugzeug aufgrund eines parasitären Verlusts genug Schub ausführt, um mit 100 km / h zu fliegen, bewegt es sich nur mit 99 km / h am Boden. Wenn das Laufband mit 100 km / h in die andere Richtung fährt, wird das Flugzeug nur um 1 km / h langsamer. Es wäre dasselbe wie das Flugzeug, das genug Schub für 200 km / h ausgibt: Es würde nur mit 198 km / h am Boden fliegen. Sie benötigen die Kraft, die das Laufband auf das Flugzeug ausübt, um der Kraft zu entsprechen, die das Flugzeug auf die Luft ausübt. Und Ihr Laufband verlangsamt das Flugzeug nur zu etwa 1-5%.
@Shane So wie es ist, kann die Frage nur durch Anwenden von Annahmen und Einschränkungen beantwortet werden. Wenn Sie Reibung, Impuls und Rollwiderstand in diesen hypothetischen Unsinn einbringen, wird er völlig unbeantwortbar, es sei denn, der Frage werden kaiserliche Grenzen und Einschränkungen hinzugefügt.
h22
2015-09-30 23:46:06 UTC
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Ja. Es spielt eigentlich keine Rolle, in welche Richtung und wie schnell sich das Laufband drehen würde. Das Flugzeug wird abheben.

Die einzige Voraussetzung für die Erzeugung eines Auftriebs besteht darin, sich ausreichend schnell durch die Luft zu bewegen. Die Geschwindigkeit wird durch Schub erzeugt. Und der Schub des Flugzeugtriebwerks hängt nicht von der Bodengeschwindigkeit ab ("Boden" wäre in diesem Fall die Oberfläche des Laufbandes).

Das Laufband kann nur die Fahrgeschwindigkeit beeinflussen und hat daher keinen Einfluss auf den Motorschub. Daher würde es auch keinen signifikanten Einfluss auf die Luftgeschwindigkeit haben, es sei denn durch die Reibungskräfte in den Lagern der Räder. Ich gehe davon aus, dass diese Kräfte im Vergleich zur Motorleistung gering sind.

Die einzige Chance, da das Flugzeugchassis nur für die begrenzte Fahrgeschwindigkeit ausgelegt ist, kann das Laufband das Abheben durch Drehen im Triebwerk verhindern Gegenrichtung schnell genug, um das Chassis zusammenbrechen zu lassen.

Wenn wir die Reibung ignorieren, wirkt sich das Laufband weder auf die Bodengeschwindigkeit noch auf die Fluggeschwindigkeit aus, es sei denn, Sie definieren "Bodengeschwindigkeit" als Geschwindigkeit relativ zur sich bewegenden Laufbandoberfläche. Wenn Sie "Bodengeschwindigkeit" als relativ zur Erde definieren, auf der das Laufband sitzt (d. H. Normale Definition der Bodengeschwindigkeit), würde sich die Bodengeschwindigkeit von der Fluggeschwindigkeit nur dadurch unterscheiden, was auch immer der Wind gerade war.
Welche Kräfte würden dazu führen, dass das Chassis zusammenbricht?
@Octopus Reibung in den Radlagern führt zu einem Drehmoment an den Fahrwerkstreben.
"Bodengeschwindigkeit" meine ich relativ zur Oberfläche des Laufbandes (der "Boden", von dem das Flugzeug abhebt). Das Laufband kann die Räder dazu zwingen, schneller durchzudrehen, als die Lager halten könnten, indem es sich schnell genug in die entgegengesetzte Richtung bewegt.
@DavidRicherby Ganz zu schweigen von Reibung in den Radlagern und Reibung auf der Reifenoberfläche (sowohl mit Luft als auch mit der Laufbandoberfläche), die das Getriebe wahrscheinlich in Brand setzen.
John Ray
2015-10-01 20:12:28 UTC
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Theoretisch ja. In Wirklichkeit kommt es darauf an.

Theoretisch

berücksichtigen wir keine Reibung in den Radlagern des Fahrwerks oder zwischen dem Laufband und den Rädern. Dies würde bedeuten, dass das Flugzeug stillsteht, wenn das Flugzeug nur im Leerlauf sitzt und das Laufband sich bewegt. Sie können dies versuchen, indem Sie ein Spielzeugauto auf ein Stück Papier legen. Wenn Sie das Papier hin und her bewegen, bewegt sich das Auto nicht wirklich. Der einzige Grund, warum sich das Auto bewegt, ist die Reibung. Wenn Sie die Reibung in den Rädern beseitigen würden, würde sich das Auto überhaupt nicht bewegen. Wir haben jetzt festgestellt, dass die sich bewegende Landebahn keinen Einfluss auf das Flugzeug hat. Dem Piloten steht es frei, den Motor zu starten und abzuheben.

In Wirklichkeit

hängt die tatsächliche Antwort vom Design und den Grenzen des Flugzeugs / Laufbandes ab:

  • Im wirklichen Leben gibt es Reibung im Fahrwerk. Es gibt Grenzen, wie schnell sich die Räder drehen können, bevor sie ausfallen. Es gibt jedoch auch eine Grenze für die Geschwindigkeit, mit der das Laufband fahren kann.
  • Es gibt Grenzen dafür, wie schnell das Laufband und das Flugzeug beschleunigen und die Richtung ändern können. Ein Pilot kann das Laufband möglicherweise in die eine Richtung bewegen, sich dann umdrehen und in die andere abheben.
  • Ein sehr großes Laufband, das sich mit hoher Geschwindigkeit bewegt, würde Wind erzeugen. Ein stark genug Wind kann es einem Flugzeug ermöglichen, abzuheben, obwohl es stillsteht.
"oder zwischen dem Laufband und den Rädern." Wenn Sie die Reibung zwischen Reifen und Laufband nicht berücksichtigen, drehen sich die Räder nicht einmal. Das Flugzeug würde einfach über die Oberfläche des Laufbandes rutschen.
Loren Pechtel
2015-10-02 08:47:59 UTC
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Ich hatte hier einen Gedanken: Wenn wir ein perfektes Laufband und perfekte Räder / Lager im Flugzeug in Betracht ziehen, hebt es nicht ab.

Das Flugzeug beginnt zu rollen. Das Laufband entspricht der Geschwindigkeit des Rads, aber dies dreht die Räder einfach schneller - solange das Flugzeug rollt, befindet sich das Laufband in einem endlosen Rennen gegen das Rad.

Da wir uns ein perfektes ansehen System läuft dies unbegrenzt und unendlich schnell ab - das Laufband (und die Außenkante des Rades) nähern sich der Lichtgeschwindigkeit. Die Masse wächst unbegrenzt, das Flugzeug ist zu schwer zum Abheben.

In der realen Welt mit unvollkommenen Systemen muss etwas geben.

1) Die Räder haben eine maximale Geschwindigkeit. Wenn Sie das zu weit überschreiten, explodiert Ihr Fahrwerk. Das Flugzeug pfannkuchen auf das Laufband, die Reibung ist zu groß, um sie zu überwinden, es wird nach hinten geworfen und stoppt dann.

2) Das Laufband hat eine maximale Geschwindigkeit. Wenn die Räder die Startgeschwindigkeit plus diese Geschwindigkeit überstehen können, startet das Flugzeug, sonst # 1.

3) Das Laufband hat eine endliche Beschleunigungsrate. Das Flugzeug könnte sehr gut abheben, bevor das Laufband ernsthafte Geschwindigkeit aufgebaut hat.



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