Können Flugzeuge von einem Laufband abheben?

Beachten Sie, dass dies eher eine Physikfrage als eine Luftfahrtfrage ist.
Dieses Thema wurde auf der Physics Stack Exchange-Website ausführlich behandelt , und die dortigen Antworten werden allen empfohlen, die sich für die beteiligten Kräfte und Physik interessieren.

Wenn Sie ein riesiges Laufband hätten, das ein unendliches Flugzeug wäre, eine unendlich einstellbare Geschwindigkeit hätte und jede seiner Dimensionen durchlaufen könnte, könnte dann ein Flugzeug davon abheben?

Oh nein, nicht das Laufband!
Ahhhh! Nun, wir mussten es hier haben. ;)
Jemand hat ein riesiges Laufband gebaut, um dies zu testen. Sehen Sie sich das Mythbusters-Video unten an
Es sollte beachtet werden, dass die xkcd-Version den Threadmill aktiv an die Radgeschwindigkeit anpassen lässt, was zu Konflikten führt, während diese Frage nur davon ausgeht, dass sich der Threadmill frei bewegen kann, was eine klare Antwort hat.
Das Laufband ist irrelevant. Es kann nur die Räder drehen. Es kann das Flugzeug nicht bewegen. Myth Busters sollte als Unterhaltung und nicht als ernsthafte wissenschaftliche Untersuchung betrachtet werden. Sie haben mit diesem einen miesen Job gemacht und demonstriert, nun ja, 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 stellten ein Flugzeug auf eine große Leinwand, ließen Jamie die Leinwand in eine Richtung ziehen, während ein Ultraleichtflugzeug in die andere beschleunigte. Wenn Sie nicht wollten, dass sie mit einem TV-Show-Budget eine motorisierte Förderband-Landebahn bauen, glaube ich nicht, dass sie das Konzept besser hätten veranschaulichen können. Entweder schließen Sie die Möglichkeit aus, dass es nicht von der Hand gegangen wäre (als viele Leute diesen Standpunkt vertraten) oder Sie verstehen nicht, was das Experiment gezeigt hat.

Antworten (6)

Alle sagten gemeinsam „Oh Gott, nicht diese“, weil dieselbe Frage in der Vergangenheit einige heftige Debatten ausgelöst hat. Flugzeuge sind auf den Luftstrom über dem Tragflächenprofil (Flügel/Heck usw.) angewiesen, um Auftrieb zu erzeugen – der unabhängig von der Bewegung der Reifen ist. Dies bedeutet, dass das Flugzeug mit genügend Luft, die über den Flügel strömt, auch dann fliegt , wenn es sich relativ zum Boden überhaupt nicht vorwärts bewegt.

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

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

Obwohl es nicht perfekt ist, denke ich, dass es die Konzepte gut erklärt.

Es ist nicht so, dass es sich nicht in Bezug auf den Boden bewegt, es ist so, dass das Laufband es nicht daran hindern kann, sich in Bezug auf den Boden zu bewegen .
Alles, was das Mythbusters-Video tat, war zu beweisen, dass die Räder des Flugzeugs mit der doppelten Drehzahl rotieren konnten, die für den Start des Flugzeugs erforderlich war.
@FreeMan: Die Räder sind freilaufend und im Wesentlichen nicht mit dem Flugzeug verbunden. Stellen Sie sich das so vor: Wenn Sie mit Rollschuhen auf dem Rücken liegen, kann ich Ihr Bein anheben, indem ich die Räder drehe? Du sagst, ich kann.
@slebetman bin mir 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 für den Start, aber die Räder drehten sich mit 2X. Daher war alles, was das Video bewies, dass die Räder mit 2X drehen konnten, wo sie sich normalerweise mit X drehen würden. Ich verstehe vollkommen, dass der Start nichts mit der Drehzahl der Räder zu tun hat, und deshalb habe ich angegeben, dass das Experiment dies tat nichts anderes beweisen.
@FreeMan: Die Räder, die mit X-Geschwindigkeit drehen können, haben nichts damit zu tun, dass sich das Flugzeug nicht vorwärts bewegt. Die Räder wirken im Wesentlichen als Rollenlager. Die einzige Möglichkeit, das Flugzeug anzuhalten, besteht darin, die Räder zum Explodieren zu bringen (was theoretisch mit einer Gewindemühle möglich ist). 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. Aber es würde die Räder brauchen, die sich mit oder über Lichtgeschwindigkeit bewegen, um einen spürbaren Effekt zu haben.
@FreeMan - außer dass Sie gerade die Anforderungen für das Abheben des Flugzeugs von einem Laufband beschrieben haben. Die Räder müssen sich einfach bei doppelter Startgeschwindigkeit frei drehen können, ohne dass die Reibung der Achse bei der höheren Geschwindigkeit das Flugzeug unter die zum Abheben erforderliche Vorwärtsfluggeschwindigkeit verlangsamt. Damit bewiesen sie, dass ein Flugzeug vom Fließband abheben kann.
@slebetman Ich denke, wir sagen genau dasselbe, nur aus entgegengesetzten Richtungen, also stimme ich zu, dem Wortlaut unserer Aussagen zu widersprechen, während ich dem Grundsatz zustimme, dass das Förderband unter den Rädern (höchstens) vernachlässigbare Auswirkungen hat. auf 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 in den Leerlauf zu bringen, während Jamie das Band in Startrichtung zieht . Die Räder würden überhaupt nicht rollen, aber schließlich würde genug Windgeschwindigkeit erzeugt werden, das Flugzeug würde abheben und der Pilot würde mit etwas Geschick aussteigen, wenn auch langsam.

Ja.

Flugzeuge erhalten ihren Schub aus der Luft. Die Räder werden nicht angetrieben. Der Luftwiderstand der Räder begrenzt, wie schnell das Laufband fahren kann, bevor das Flugzeug nicht mehr abheben kann.

Es ist einfacher zu verstehen, wenn Sie einen anderen Bezugsrahmen wählen. Angenommen, das Laufband steht still, aber die Luft bewegt sich in beliebiger Richtung mit beliebiger Geschwindigkeit um es herum.

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

Ist jemals ein Flugzeug weggeflogen oder an einem windigen Tag abgehoben worden?
@SargunDhillon Ja. –slebetmans YouTube-Link.
Das Windy-Day-Argument ist etwas fehlerhaft. Wenn der Wind entlang des Flugplatzes weht, starten die Flugzeuge in den Wind.
@Taemyr, nichts hindert das Flugzeug daran, sich auf dem unendlich langen Förderband zu drehen 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 Es ist nicht unmöglich, mit Heck- und / oder Seitenwind abzuheben, nur lästiger. (Denken Sie daran, dass das Laufband in der Frage auf allen Seiten unendlich ist)
@ratchetfreak Einverstanden, die Frage entspricht dem Abheben von einem unendlich langen Flugplatz mit laminarem Rückenwind beliebiger Stärke. Ich stimme auch zu, dass dies möglich wäre. - Ich denke jedoch, dass diejenigen, die behaupten, das Flugzeug könne nicht vom Threadmil starten, auch behaupten würden, dass das Flugzeug nicht von diesem unendlichen Flugplatz starten könnte. In der realen Welt würden zwei Dinge den Start verhindern, die Landebahnlänge und Turbulenzen.
@Taemyr Das Laufband hat nichts damit zu tun, woher der Wind kommt. Dies hängt nur von "dem Wind" (den das OP nicht erwähnt) und dem Schub / Kurs des Flugzeugs ab.

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 zum Abheben eines Flugzeugs eine ausreichende Fluggeschwindigkeit vorhanden sein sollte . Wenn es keinen Wind gibt, ist die Fluggeschwindigkeit gleich der Geschwindigkeit über Grund

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, wird es nicht abheben (da die Windgeschwindigkeit Null ist).

  • Wenn sich das Flugzeug relativ zum Boden bewegt (mit ausreichender Geschwindigkeit), hebt es ab.

Angenommen, wir haben ein Düsenflugzeug (nur um der Argumentation willen) und jemand drückt auf den Gashebel und es beginnt, sich vorwärts zu bewegen. Da das Laufband nun eine stufenlos einstellbare Geschwindigkeit hat, können wir drei Zustände haben:

  • Wenn die Laufbandgeschwindigkeit Null ist, wird das Flugzeug schließlich ausreichenden Auftrieb erzeugen und abheben.

  • Wenn die Laufbandgeschwindigkeit so eingestellt wird, dass das Flugzeug relativ zum Laufband stationär gehalten wird, hebt das Flugzeug ab (da es sich in Bezug auf den Boden bewegt und daher eine gewisse Fluggeschwindigkeit hat).

  • Wenn die Laufbandgeschwindigkeit so eingestellt wird, dass das Flugzeug relativ zum Boden stationär gehalten wird , kann das Flugzeug 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.

Bei Wind kann die benötigte Fahrgeschwindigkeit entsprechend angepasst werden, das Prinzip bleibt aber 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. Dabei spielt es keine Rolle, ob sich das Flugzeug auf einem Laufband, Bahngleis oder einer Landebahn befindet.

Ihr letzter Aufzählungspunkt 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 Laufbandgeschwindigkeit mit der Drehzahl der Räder übereinstimmt (beachten Sie, dass das Laufband eine unendliche Geschwindigkeit hat und die Rollreibung nicht berücksichtigt wird), könnte das Flugzeug theoretisch relativ zum Boden stationär sein. Dieses Problem liegt daran, dass die Frage ohne Grenzen ziemlich offen ist.
@aeroalias Wie? Die Physik stimmt nicht überein - ich denke, bei einer bestimmten Geschwindigkeit haben Sie möglicherweise einen Radlagerschaden, aber während diese Lager funktionsfähig sind, besteht fast keine Beziehung zwischen Vorwärtsschub und der Drehung der Räder.
@Dan Bitte sehen Sie sich dieselbe Frage in Physics Stackexchange an, um eine viel klarere Erklärung dessen zu erhalten, was ich zu sagen versuche.
Dieses Problem ist, dass Nr. 3 nicht möglich ist. Egal wie schnell das Laufband läuft, die Reifen des Flugzeugs laufen im Freilauf, also drehen Sie sich einfach schneller, während das Flugzeug weiter tut, was es vorher getan hat (Beschleunigen, wenn es unter Strom steht). Anders ausgedrückt: Wenn die Motoren ausgeschaltet wären und Sie das Laufband starten würden (unter der Annahme, dass die Bremsen nicht angezogen sind), würden die Reifen durchdrehen, aber das Flugzeug würde stehen 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 beginnen würde, dies jedoch durch den Schub in der Frage überwunden wird.
Was jeder vermisst, ist, dass das Laufband und was es tut, völlig irrelevant ist. Das einzige, was es tun kann, ist, die Räder zu drehen (Reibung zu ignorieren, die ein Rundungsfehler bei den beteiligten Kräften ist). Das einzige, was zählt, ist Luft über den Flügeln, und die einzige Möglichkeit, die erzeugt werden kann (unter der Annahme von Nullwind), 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 Fluggerät nicht bewegen.
Dies ist die einzige Antwort, die detailliert auf die verschiedenen legitimen Interpretationen der Frage eingeht, 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 relative Geschwindigkeit zwischen dem Flugzeug und dem Laufband viel höher als doppelt so hoch. Das Laufband kann den Flieger nur durch parasitären Rollwiderstand in den Laufrädern abbremsen. IE Reibung.
Wenn das Flugzeug genug Schub für eine Geschwindigkeit von 100 km/h abgibt, bewegt es sich aufgrund von parasitären Verlusten am Boden nur mit 99 km/h. Wenn das Laufband mit 100 km/h in die andere Richtung fährt, würde es das Flugzeug nur um 1 zusätzliche km/h verlangsamen. Es wäre dasselbe, als würde das Flugzeug genug Schub geben, um 200 km/h zu fliegen: es würde am Boden nur mit 198 km/h fliegen. Die Kraft, die das Laufband auf das Flugzeug ausübt, muss der Kraft entsprechen, die das Flugzeug auf die Luft ausübt. Und Ihr Laufband ist nur zu etwa 1-5 % effizient, um das Flugzeug zu verlangsamen.
@Shane So wie es ist, kann die Frage nur beantwortet werden, indem Annahmen und Einschränkungen angewendet werden. Wenn Sie Reibung, Impuls und Rollwiderstand in diesen hypothetischen Unsinn einführen, wird er völlig unbeantwortbar, es sei denn, der Frage werden empirische Grenzen und Einschränkungen hinzugefügt.

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 von Auftrieb ist, sich airausreichend schnell durch die Luft zu bewegen. Die Geschwindigkeit wird durch Schub erzeugt. Und die Schubkraft des Flugtriebwerks hängt nicht von der Geschwindigkeit über Grund ab ("Boden" wäre in diesem Fall die Oberfläche des Laufbandes).

Das Laufband kann nur die Fahrgeschwindigkeit beeinflussen, hat also keinen Einfluss auf den Motorschub. Daher würde es auch keine signifikante Auswirkung 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 Leistung des Motors klein sind.

Die einzige Chance, da das Flugzeugchassis nur für die begrenzte Geschwindigkeit über Grund ausgelegt ist, besteht darin, dass das Laufband den Start verhindern kann, indem es sich schnell genug in die entgegengesetzte Richtung dreht, um das Chassis zum Einsturz zu bringen.

Wenn wir die Reibung ignorieren, würde das Laufband weder die Bodengeschwindigkeit noch die Fluggeschwindigkeit beeinflussen, es sei denn, Sie definieren "Bodengeschwindigkeit" als Geschwindigkeit relativ zur sich bewegenden Laufbandoberfläche. Wenn Sie die "Bodengeschwindigkeit" relativ zur Erde definieren, auf der das Laufband steht (dh die normale Definition der Bodengeschwindigkeit), würde sich die Bodengeschwindigkeit von der Fluggeschwindigkeit nur durch den Wind unterscheiden, der zu diesem Zeitpunkt zufällig war.
Welche Kräfte würden das Chassis zum Einsturz bringen?
@Octopus Reibung in den Radlagern, die zu einem Drehmoment an den Fahrwerksstreben führt.
"Bodengeschwindigkeit" meine ich relativ zur Oberfläche des Laufbandes (dem "Boden", von dem das Flugzeug abhebt). Das Laufband kann die Räder zwingen, sich schneller zu drehen, als die Lager halten könnten, wenn es sich schnell genug in die entgegengesetzte Richtung bewegt.
@DavidRicherby Ganz zu schweigen von der Reibung in den Radlagern und der Reibung auf der Reifenoberfläche (sowohl mit Luft als auch mit der Laufbandoberfläche), die wahrscheinlich das Getriebe in Brand setzen.

Theoretisch ja. In Wirklichkeit kommt es darauf an.

Theoretisch

Wir berücksichtigen keine Reibung in den Radlagern des Fahrwerks oder zwischen dem Laufband und den Rädern. Dies würde bedeuten, dass das Flugzeug, wenn es sich gerade im Leerlauf befindet, stillsteht, wenn sich das Laufband bewegt. Sie können dies versuchen, indem Sie ein Spielzeugauto auf ein Blatt Papier legen. Wenn Sie das Papier hin und her ruckeln, 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. Der Pilot kann den Motor starten und abheben.

In Wirklichkeit

Die wirkliche Antwort hängt vom Design und den Grenzen des Flugzeugs/Laufbands ab:

  • Im wirklichen Leben gibt es Reibung im Fahrwerk. Es gibt Grenzen, wie schnell sich die Räder drehen können, bevor sie versagen. Aber es würde auch eine Grenze geben, wie schnell das Laufband gehen könnte.
  • Es gibt Grenzen, wie schnell das Laufband und das Flugzeug beschleunigen und die Richtung ändern können. Ein Pilot kann das Laufband möglicherweise in eine Richtung zum Laufen bringen, dann umdrehen und in der anderen abheben.
  • Ein sehr großes Laufband, das sich mit hoher Geschwindigkeit bewegt, würde Wind erzeugen. Ein ausreichend starker Wind kann ein Flugzeug starten lassen, obwohl es stillsteht.
    Die Menge des erzeugten Windes würde davon abhängen, wie glatt die Oberfläche ist und wie groß sie ist.
"oder zwischen dem Laufband und den Rädern." Wenn Sie die Reibung zwischen den Reifen und dem Laufband nicht berücksichtigen, drehen sich die Räder nicht einmal. Das Flugzeug würde einfach über die Oberfläche des Laufbandes rutschen.

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 passt sich der Geschwindigkeit des Rads an, aber dadurch drehen die Räder einfach schneller – solange das Flugzeug rollt, befindet sich das Laufband in einem endlosen Rennen gegen das Rad.

Da wir ein perfektes System betrachten, geht dies unbegrenzt und unendlich schnell vor sich – das Laufband (und die Außenkante des Rads) wird sich der Lichtgeschwindigkeit nähern. Die Masse wächst ins Unermessliche, das Flugzeug ist zu schwer zum Abheben.

In der realen Welt mit unvollkommenen Systemen muss etwas nachgeben.

1) Die Räder haben eine maximale Geschwindigkeit. Wenn Sie das zu weit überschreiten, explodiert Ihr Fahrwerk. Der Hobelpfannkuchen landet auf dem Laufband, die Reibung ist zu groß, um ihn zu überwinden, er wird nach hinten geschleudert und bleibt stehen.

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

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

Können Flugzeuge von einem Laufband abheben?
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