G Last während des Abwurfs der Nutzlast

Es gibt ein paar Missverständnisse in Ihrer Frage, von denen ich glaube, dass sie Sie zu der falschen Schlussfolgerung führen, dass G-Lasten durch das Freigeben von Nutzlast diesem Flugzeug buchstäblich die Flügel abgerissen haben könnten:

1. Das Sprühen von Flüssigkeit führt nicht zu einem "plötzlichen" Gewichtsverlust. Während Löschflugzeuge in der Lage sind, große Flüssigkeitsmengen auf einmal freizusetzen, sind landwirtschaftliche Sprühgeräte wie das abgebildete so konzipiert, dass sie sich über eine viel größere Fläche verteilen. Daher ist der Bruttogewichtsverlust bei jedem Durchgang ziemlich vernachlässigbar.

2. Die Verringerung des Bruttogewichts führt nicht zu einer plötzlichen und merklichen Erhöhung des Ladefaktors. Was auch immer die Mathematik sagen mag, ich kann Ihnen aus der persönlichen Erfahrung, im Frachtraum von C-130 zu stehen, als Tausende von Pfund aus dem hinteren Ende gerollt wurden, sagen, dass es sehr wenig wahrnehmbare Veränderung der gefühlten G-Kräfte gibt. (Umgekehrt bin ich im Frachtraum vorwärts gegangen, als der Pilot eine Drehung von ungefähr 2 G machte und meine Knie nachgaben, mich auf das Deck schickte und mir einen Zahn brach ...)

Während sich also der Lastfaktor etwas ändert, wenn sich das Gewicht plötzlich ändert, würde dies durchaus innerhalb der strukturellen Grenzen liegen, für die das Flugzeug ausgelegt ist, und würde in keiner Weise die Art des dramatischen Holmversagens, wie auf dem Foto dargestellt, erklären.

Wenn Sie an einem ähnlichen Vorfall interessiert sind, brachen einem C-130-Tanker auf tragische und dramatische Weise die Flügel auf ähnliche Weise ab. Weitere Informationen im Link hier: C-130-Absturz

Ich erinnere mich nicht an alle Details oder den von Ihnen beschriebenen Vorfall, aber im Allgemeinen gibt es Korrosion und / oder Ermüdungsrisse, und wenn der katastrophale Ausfall schließlich auftritt, ist dies darauf zurückzuführen, dass der Pilot während des Herausziehens G-Lasten anwendet , nicht wegen der Bruttogewichtsänderung durch fallende Nutzlast.

Ihre Skepsis ist berechtigt, und es geht nicht nur darum, wie signifikant die Änderung der G-Last durch das Abwerfen einer Nutzlast wäre. Das Fallenlassen von Gewicht vom Rumpf erzeugt keine Erhöhung der Belastung an den Flügel-Rumpf-Verbindungen. Tatsächlich verringert das Abwerfen der Nutzlast vom Rumpf die Belastung der Flügel-Rumpf-Verbindungen. (Das Fallenlassen von Gewicht von den Flügeln würde jedoch die Belastung der Flügel-Rumpf-Verbindungen erhöhen.)

Angenommen, ein Flugzeug wiegt 10.000 Pfund ohne Nutzlast und kann eine Nutzlast von 10.000 Pfund tragen. Angenommen, das Gewicht der Flügel ist vernachlässigbar, sodass der Rumpf ohne Nutzlast 10.000 Pfund wiegt. Angenommen, die Nutzlast wird im Rumpf transportiert.

Beim Geradeausflug ohne Nutzlast müssen 10.000 Pfund Kraft von den Flügeln auf den Rumpf ausgeübt werden. Es müssen also 5000 Pfund Kraft durch jede Flügel-Rumpf-Verbindung übertragen werden.

Im Geradeausflug mit Nutzlast müssen 20.000 Pfund Kraft von den Flügeln auf den Rumpf ausgeübt werden. Es müssen also 10.000 Pfund Kraft durch jede Flügel-Rumpf-Verbindung übertragen werden.

Angenommen, das Flugzeug befindet sich mit Nutzlast im Geradeausflug und die Nutzlast wird dann sofort abgeworfen. Das Gewicht des Flugzeugs wird halbiert. Die Fluggeschwindigkeit und der Anstellwinkel der Flügel bleiben zunächst gleich, sodass jeder Flügel immer noch 10.000 Pfund Kraft erzeugt, die alle durch die Flügel-Rumpf-Verbindung übertragen werden. Die Spannung an der Flügel-Rumpf-Verbindung wird nicht erhöht. Das Flugzeug befindet sich jetzt in einem Zustand von +2 G und wird nach oben beschleunigen. Dh die Flugbahn krümmt sich nach oben. Diese Aufwärtsbeschleunigung erzeugt Belastungen an den Befestigungspunkten schwerer Komponenten wie Motor, Batterie, Pilotensitz (einschließlich Piloten) usw., erhöht jedoch nicht die Belastung der Flügel-Rumpf-Verbindung. ¹

Die Aufwärtsbeschleunigung hat eine gewisse Tendenz, den Anstellwinkel der Flügel zu verringern, die Gesamtauftriebskraft zu verringern und die Gesamtkraft zu verringern, die durch die Flügel-Rumpf-Verbindungen übertragen wird, und die Gesamt-G-Belastung zu verringern, aber dies wird durch die inhärente Nickstabilitätsdynamik des Flugzeugs (unter der Annahme, dass die Nutzlast am Schwerpunkt getragen wurde) ausgeglichen, die dazu neigt, die Nase nach oben zu neigen, um sich der Aufwärtskurve in der Flugbahn anzupassen und den ursprünglichen Anstellwinkel wiederherzustellen.

Auf jeden Fall können wir erkennen, dass die Flügel-Rumpf-Verbindungen nicht dazu neigen, in einer Weise zu versagen, dass die Flügel relativ zum Rumpf nach oben steigen würden. Die gleiche Kraft wird von den Flügeln auf den Rumpf übertragen wie vor dem Abwurf, aber diese Kraft wird jetzt verwendet, um den Rumpf nach oben zu beschleunigen, anstatt die Nutzlast zu tragen.

Nehmen Sie nun an, dass das Gewicht der Flügel nicht vernachlässigbar ist. Angenommen, die Flügel wiegen jeweils 500 Pfund und der Rumpf wiegt 9.000 Pfund ohne Nutzlast. Jetzt müssen im Geradeausflug mit einer Nutzlast von 10.000 Pfund im Rumpf 19.000 Pfund Kraft durch die Flügel auf den Rumpf ausgeübt werden. Es müssen also 9.500 Pfund Kraft durch jede Flügel-Rumpf-Verbindung übertragen werden.

Wenn jetzt die Nutzlast sofort aus dem Geradeausflug abgeworfen wird und die Flügel weiterhin mit der gleichen Fluggeschwindigkeit und dem gleichen Anstellwinkel fliegen und jeweils 10.000 Pfund Auftrieb erzeugen, befindet sich das Flugzeug in einem 2-G-Zustand und wird nach oben beschleunigen. 1000 Pfund Auftriebskraft werden von jedem Flügel "absorbiert", und 9000 Pfund Auftriebskraft werden durch jede der beiden Flügel-Rumpf-Verbindungen auf den Rumpf übertragen. Das Abwerfen der Nutzlast vom Rumpf hat also tatsächlich die Belastung der Flügel-Rumpf-Verbindungen verringert , da ein Teil der Auftriebskraft der Flügel verwendet wird, um die Flügel nach oben zu beschleunigen, anstatt die Nutzlast im Rumpf zu tragen !

Ändern wir nun das Bild und nehmen an, dass die Nutzlast in den Flügeln getragen wird, nicht im Rumpf. Nehmen wir an, die Flügel wiegen jeweils leer 500 Pfund und beladen jeweils 5.500 Pfund. Nehmen wir an, der Rumpf wiegt 9.000 Pfund. Beim Geradeausflug im beladenen Zustand erzeugen die Flügel insgesamt 20.000 Pfund Auftrieb, wovon 9.000 Pfund zum Anheben des Rumpfes verwendet werden. 4.500 Pfund Kraft müssen durch jede der beiden Flügel-Rumpf-Verbindungen übertragen werden.

Nehmen wir wieder an, das Flugzeug befindet sich im Geradeausflug mit Nutzlast, und die Nutzlast wird dann sofort abgeworfen. Das Gewicht des Flugzeugs wird halbiert. Die Fluggeschwindigkeit und der Anstellwinkel der Flügel bleiben zunächst gleich, sodass jeder Flügel immer noch 10.000 Pfund Kraft erzeugt, sodass das Flugzeug in einem 2G-Zustand nach oben beschleunigt. Von den 10.000 Pfund Kraft, die von jedem Flügel erzeugt werden, werden 1000 Pfund vom Flügel "absorbiert" und 9000 Pfund müssen durch jede der beiden Flügel-Rumpf-Verbindungen zum Rumpf übertragen werden. Die Kraft auf jede der Flügel-Rumpf-Verbindungen hat sich verdoppelt.

Unterricht zum Mitnehmen--

• Das Abwerfen von Gewicht vom Rumpf erhöht die Belastung der Flügel-Rumpf-Verbindungen nicht. Wenn das Gewicht der Tragflächen nicht vernachlässigbar ist, verringert vielmehr das Fallenlassen des Gewichts vom Rumpf die Belastung auf die Tragflächen-Rumpf-Verbindungen, wenn das Flugzeug nach oben beschleunigt.

• Das Abwerfen von Gewicht von den Flügeln erhöht die Belastung der Flügel-Rumpf-Verbindungen, wenn das Flugzeug nach oben beschleunigt.

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Nehmen wir nun an, dass das Flugzeug während des gesamten Manövers einen geraden und waagerechten Flug beibehält, ohne einen Fuß an Höhe zu verlieren oder zu gewinnen.

Dies würde erfordern, dass der Pilot den Steuerknüppel nach vorne schiebt, um den Anstellwinkel und die von den Flügeln erzeugte Auftriebskraft in dem Moment zu verringern, in dem die Nutzlast freigegeben wird. ("Shove" gilt nur für unser Gedankenexperiment, bei dem die gesamte Nutzlast sofort freigesetzt wird; wenn die Nutzlast allmählicher freigegeben wird, wäre eine allmählichere Vorwärtsbewegung des Steuerknüppels erforderlich.) Das Reduzieren des Anstellwinkels der Flügel tut es keine ungewöhnlichen Belastungen für das Flugzeug erzeugen. Und das Flugzeug würde in einem 1-G-Zustand bleiben.

Fußnoten--

1. Beachten Sie, dass bei einer gegebenen Gesamtauftriebskraft, die von den Flügeln erzeugt wird, die G-Belastung umso geringer ist, je höher die Gesamtmasse und das Gesamtgewicht des Flugzeugs sind, und desto geringer ist daher die Belastung der Befestigungspunkte von schweren Objekten mit festem Gewicht wie z Motor, Batterie, Insassensitze (einschließlich Insassen) usw. Aus diesem Grund ist die veröffentlichte Manövriergeschwindigkeit für viele Flugzeuge niedriger , wenn die Gesamtmasse und das Gesamtgewicht des Flugzeugs verringert werden. Das Verringern der zulässigen Manövriergeschwindigkeit verringert auch die Gesamtkraft, die erzeugt werden kann, wenn der Flügel den Stall-Anstellwinkel erreicht, während er mit der Manövriergeschwindigkeit fliegt, wodurch die maximal mögliche Gesamt-G-Belastung konstant gehalten wird, was das Maximum möglich hält Belastung, die auf die Befestigungspunkte von schweren Gegenständen mit konstantem Gewicht ausgeübt wird. (Siehe verwandte ASE-FrageWarum variiert die Manövriergeschwindigkeit mit dem Gewicht? ). Dieser Ansatz ist jedoch nicht sinnvoll, wenn 1) die kritischen Punkte, die zuerst versagen, die Flügel-Rumpf-Verbindungen sind und 2) zusätzliches Gewicht dem Rumpf hinzugefügt wird, nicht den Flügeln. Wie diese Antwort zeigt, sollte in diesem Fall, solange das Gewicht der Flügel nicht trivial ist, die maximal zulässige Auftriebskraft verringert werden, wenn die Rumpfbelastung erhöht wird, um die auf die Flügel-Rumpf-Verbindungen ausgeübte Belastung konstant zu halten , was bedeutet, dass die Manövriergeschwindigkeit verringert werden sollte , wenn die Rumpfbelastung erhöht wird. Das Gegenteil ist der Fall, wenn das zusätzliche Gewicht den Flügeln und nicht dem Rumpf hinzugefügt wird. Siehe auch diese verwandte ASE-Antwort --Wie wirkt sich das Gewicht eines Flugzeugs auf das Vn-Diagramm aus? .