Warum gibt es einen Unterschied zwischen der GPS-Geschwindigkeit und der Anzeigegeschwindigkeit?

Die Geschwindigkeitsanzeige im Cockpit zeigt die angezeigte Fluggeschwindigkeit an . Aufgrund von Wind und aerodynamischen Effekten unterscheidet sich die angezeigte Fluggeschwindigkeit normalerweise von der GPS-Geschwindigkeit.

Die GPS-Geschwindigkeit ist Ihre Geschwindigkeit in Bezug auf den Boden. Wenn Sie auf festem Boden stehen, zeigt es 0 an. Wenn es 100 Knoten anzeigt, werden Sie in einer Stunde 100 NM von Ihrem jetzigen Standort entfernt sein, solange Sie in einer geraden Linie fliegen.

Die Fluggeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit des Flugzeugs relativ zur Umgebungsluft. Wenn Sie also auf festem Boden stehen und Ihnen 20 Knoten Wind ins Gesicht wehen, beträgt Ihre Fluggeschwindigkeit 20 Knoten. Wenn Sie mit 100 Knoten Fluggeschwindigkeit gegen 20 Knoten Gegenwind fliegen, beträgt Ihre Geschwindigkeit über Grund 80 Knoten. Wenn Sie eine Fluggeschwindigkeit von 100 Knoten mit 20 Knoten Rückenwind erreichen, zeigt Ihre GPS-Geschwindigkeit 120 Knoten an.

Aber selbst bei ruhigen Windverhältnissen zeigt die Fluggeschwindigkeitsanzeige anders an als die GPS-Geschwindigkeit. Dies hat mit der Art und Weise zu tun, wie die Fluggeschwindigkeit gemessen wird.

Die Fluggeschwindigkeit wird mit einem Staurohr gemessen. Ein Staurohr hat zwei Druckmessanschlüsse. Eine, die den Gesamtdruck misst$P_t$. Dieser Anschluss ist dem einströmenden Luftstrom zugewandt. Der andere misst den statischen Druck$P$und wird senkrecht zum Luftstrom platziert. Die Differenz der beiden Drücke wird als Staudruck (Druckanstieg durch den auf das Pitotrohr auftreffenden Luftstrom) bezeichnet und bezeichnet$q_c$.

Der Staudruck hängt von der Geschwindigkeit des Luftstroms ab, dem das Staurohr ausgesetzt ist. Wenn die Strömung als inkompressibel angesehen wird (was eine akzeptable Näherung für Geschwindigkeiten bis zu 200 Knoten ist), kann der Aufpralldruck aus der Bernouilli-Gleichung abgeleitet werden.

$q_c = \frac{1}{2}\rho V^2$

• $q_c$ist der Staudruck in Pa
• $\rho$ist die Dichte in kg/m ³
• $V$ist die wahre Fluggeschwindigkeit in m/s

Der Fluggeschwindigkeitsmesser ist für Standardbedingungen auf Meereshöhe kalibriert, wo$\rho$^{beträgt 1,225} kg/m³ . In Wirklichkeit fliegt das Flugzeug in der Höhe und daher ist die tatsächliche Dichte der Luft geringer. Dadurch wird auch die angezeigte Fluggeschwindigkeit geringer. Wenn beispielsweise ein Flugzeug mit 75 m/s (etwa 146 Knoten) in 6000 Fuß Höhe fliegt, beträgt die Dichte 1,02393 kg/m ³ .

$q_c = \frac{1}{2} 1.02393 \cdot 75 ^2 = 2879.8 \textrm{ Pa}$

Die äquivalente Fluggeschwindigkeit auf Meereshöhe für dasselbe$q_c$ist:

$V_{EAS} = \sqrt{\frac{2 q_c}{\rho_0}} = \sqrt{\frac{2 \cdot 2879.8}{1.225}} = 68.6 \textrm{ m/s}$

Ihre Geschwindigkeitsanzeige zeigt nur 68,6 m/s (133 Knoten) an, obwohl Sie sich mit 75 m/s (146 Knoten) in Bezug auf die Luft bewegen.

Die Umrechnung der wahren Fluggeschwindigkeit in die äquivalente Fluggeschwindigkeit kann direkt erfolgen durch:

$V_{EAS} =V\cdot \sqrt{\frac{\rho}{\rho_0}}$

• $V_{EAS}$äquivalente Fluggeschwindigkeit (m/s)
• $V$wahre Fluggeschwindigkeit (m/s)
• $\rho$tatsächliche Luftdichte (kg/m ³ ).
• $\rho_0$Dichte bei Standardbedingungen auf Meereshöhe (1,225 kg/m ³ )

Die Auswirkungen der geringeren Dichte auf Ihre Fluggeschwindigkeitsanzeige werden umso ausgeprägter, je höher Sie fliegen. Sobald Sie schneller als etwa 100 m/s wahre Fluggeschwindigkeit fliegen, können die Auswirkungen der Kompressibilität nicht mehr ignoriert werden und das Obige gilt nicht mehr. Fluggeschwindigkeitsanzeiger werden um Auswirkungen der Kompressibilität korrigiert und verwenden daher nicht die äquivalente Fluggeschwindigkeit , sondern verwenden stattdessen die kalibrierte Fluggeschwindigkeit für die Kalibrierung.

$V_{CAS}=a_{0}\sqrt{5\left[\left(\frac{q_c}{P_{0}}+1\right)^\frac{2}{7}-1\right]}$

• $V_{CAS}$ist kalibrierte Fluggeschwindigkeit
• $a_{0}$ist die Schallgeschwindigkeit unter Standardbedingungen auf Meereshöhe (340,3 m/s)
• $P_0$ist der statische Luftdruck unter Standardbedingungen auf Meereshöhe (101325 Pa)
• ${q_c}$ist der Aufpralldruck

Auch der Staudruck ist bei kompressibler Strömung etwas komplexer:

$\;q_c = P\left[\left(1+0.2 M^2 \right)^\tfrac{7}{2}-1\right]$

• $P$der statische Druck
• $M$die Machzahl

Je höher und schneller Sie werden, desto größer ist der Unterschied zwischen der angezeigten Fluggeschwindigkeit und der wahren Fluggeschwindigkeit. Zum Beispiel ergibt Mach 0,8 bei 40000 Fuß ohne Wind eine GPS-Geschwindigkeit von 489 Knoten , aber eine kalibrierte Fluggeschwindigkeit von nur 242 Knoten , was weniger als die Hälfte ist.

Daher ist die angezeigte Fluggeschwindigkeit in großen Höhen und Geschwindigkeiten niedriger als die Bodengeschwindigkeit / GPS-Geschwindigkeit, es sei denn, Sie haben extremen Gegenwind.

Hier ist eine sehr einfache Grafik dessen, was Sie sehen könnten:

_{(Quelle: cadblog.net )}

Und deshalb landen wir eher bei Gegenwind als bei Rückenwind, da wir sonst mit einer höheren Geschwindigkeit landen würden und mehr Landebahn zum Stoppen benötigen würden.

GPS misst die Geschwindigkeit über Grund oder die absolute Geschwindigkeit. Das Staurohr am Flugzeug misst die Geschwindigkeit relativ zum Luftstrom um das Flugzeug herum.

Hier ist eine hilfreiche Grafik der NASA zur Relativgeschwindigkeit :

Fußnote: Wie Ratchet Freak in seiner Gleichung demonstriert, müssen Sie natürlich bedenken, dass dies vereinfacht bedeutet, dass Sie direkt in den Wind fliegen und die Windrichtung nicht berücksichtigen.

Die anderen Antworten zum Wind sind wahr, aber das ist nicht das, was Sie in Ihrer Simulation sehen. Was Sie tatsächlich sehen, ist der Unterschied zwischen der wahren Fluggeschwindigkeit und der angezeigten Fluggeschwindigkeit .

Die wahre Fluggeschwindigkeit ist die tatsächliche Geschwindigkeit des Flugzeugs durch die Luft. Ohne Wind entspricht dies der Geschwindigkeit des Flugzeugs über dem Boden. Das zeigt Ihr GPS an.

Der Fahrtmesser hingegen ist eigentlich nur ein „Staudruck“-Sensor. Es funktioniert, indem es den Druck des Stauluftstroms misst. Aber wie wir wissen, wird die Luft beim Aufsteigen in die Atmosphäre dünner – weniger dicht und geringerer Druck. Dadurch wird die Airspeer-Anzeige niedriger als die wahre Fluggeschwindigkeit angezeigt.

Der Grund dafür ist, dass alle wichtigen aerodynamischen Dinge, die einem Flugzeug passieren können (wie das Abwürgen), wirklich eher an den dynamischen Druck als an die wahre Fluggeschwindigkeit gebunden sind.

Ich werde versuchen, eine möglichst einfache Antwort zu geben, aber die Geschwindigkeiten in der Luftfahrt brauchen ein bisschen, um sich zurechtzufinden ...

Der Cockpit Airspeed Indicator (ASI) misst die angezeigte Fluggeschwindigkeit oder IAS, gemessen in Knoten. Aber IAS ist technisch überhaupt keine Geschwindigkeit. Man kann es sich als Maß für den Druck der Luftmoleküle vorstellen, die über den Flügel strömen.

IAS ist die wichtigste Geschwindigkeit, denn wenn der Druck der Luftmoleküle, die über den Flügel strömen, zu niedrig ist, verlieren Sie an Auftrieb und Strömungsabriss. Mehr Geschwindigkeit bedeutet jedoch mehr Druck.

In großer Höhe gibt es weniger Luftmoleküle, also weniger Druck auf dem Flügel. Um den gleichen Druck auf den Flügel zu halten (dh den gleichen IAS zu halten), müssen Sie daher schneller fliegen. Die wahre Fluggeschwindigkeit (TAS) misst, wie schnell Sie tatsächlich fliegen. Im Flug wird es höher sein als der IAS. TAS kümmert sich nicht um den Druck über dem Flügel - es ist die Geschwindigkeit durch die Luft.

Groundspeed (GS) ist einfach die TAS mit der Wirkung von Wind hinzugefügt. Groundspeed ist die Geschwindigkeit von Flugzeugen in Bezug auf den Boden. Wenn Sie eine TAS von 200 kts und einen Rückenwind von 50 kts haben, beträgt Ihre Geschwindigkeit über Grund 250 kts. Dies ist die Geschwindigkeit, die das GPS anzeigt.

Die angezeigte Fluggeschwindigkeit ist eine Annäherung an die Geschwindigkeit des Flugzeugs in der Luft. Wind kann dazu führen, dass die tatsächliche Fluggeschwindigkeit von der Bodengeschwindigkeit abweicht (was das GPS anzeigt).

Um es in Bodengeschwindigkeit umzurechnen, müssen Sie die Windgeschwindigkeit kennen und addieren.