Warum vergrößert sich der Sinkwinkel bei konstantem Gegenwind, während er bei plötzlichem Gegenwind, beim Sinkflug, abnimmt?

Ich studiere derzeit Aerodynamik. Ich habe festgestellt, dass eine plötzliche Begegnung mit Gegenwind während des Sinkflugs dazu führt, dass das Flugzeug mehr Auftrieb erzeugt, wodurch der Sinkwinkel abnimmt. Ich habe den Abstieg bei konstantem Gegenwind nicht untersucht, aber durch Recherchen bin ich darauf gestoßen, dass ein konstanter Gegenwind während des Abstiegs den Abstiegswinkel erhöht. Das macht keinen Sinn. Sollte der Sinkwinkel nicht in beiden Situationen abnehmen? Würde mich freuen, wenn das jemand erklären könnte.

Sie werden dies häufig in aerodynamischen Büchern / Formeln finden, bei denen die Leute dazu neigen, einen sehr wichtigen Aspekt zu vernachlässigen: Aerodynamische Formeln / Prinzipien gelten normalerweise für einen stationären Strömungszustand, dh unter nicht beschleunigten, unveränderlichen Bedingungen. Das Hinzufügen von Böen, Ruderänderungen oder Beschleunigungen führt manchmal zu widersprüchlichen Ergebnissen (wie in diesem Fall). Warten Sie einfach, bis Sie Höhenruder- / Trimmänderungen in Angriff nehmen ... hat mich früher verrückt gemacht
Bei einem Flugzeug, das aus großer Höhe abfliegt, kann sich der Winkel auch während eines einzelnen Sinkflugs mit konstantem Gegenwind ändern. Aber ich sehe, dass das ein anderer Effekt ist als der, nach dem Sie gefragt haben.

Antworten (3)

Betrachten Sie einen Sinkflug bei Nullwind, getrimmt auf eine Fluggeschwindigkeit von 80 m/s (288 km/h) und eine Sinkrate von 2 m/s. Knüppel, Trimmklappen oder Gashebel werden Sie während des Abstiegs nicht berühren, aber Sie werden zu einem späteren Zeitpunkt auf Gegenwind stoßen. Im Moment ist die Bodengeschwindigkeit gleich der Fluggeschwindigkeit und der Sinkwinkel beträgt 1:40.

Sie stoßen plötzlich auf einen Gegenwind von 20 m/s. Die Geschwindigkeit über Grund bleibt aufgrund der Trägheit bei 80 m/s; Die Fluggeschwindigkeit steigt auf 100 m/s. Die Erhöhung der Fluggeschwindigkeit erhöht den Auftrieb und reduziert die Sinkgeschwindigkeit auf 1 m/s. Der Sinkwinkel ist jetzt mit 1:80 viel flacher.

Nach ein paar Sekunden lässt die Fluggeschwindigkeit nach und das Flugzeug nimmt seinen getrimmten Zustand bei einer Fluggeschwindigkeit von 80 m/s und einer Sinkrate von 2 m/s wieder auf. Diesmal beträgt die Geschwindigkeit über Grund wegen des Gegenwinds nur 60 m/s und der Sinkwinkel beträgt jetzt 1:30.

Aber das ist nur, wenn wir diesen Winkel auf einen Bodenbeobachter beziehen. Beispielsweise wird ein bodengestützter Beobachter bei einem Wind von 40 m/s für ein gegen den Wind gleitendes Flugzeug mit einer Fluggeschwindigkeit von 40 m/s immer einen Sinkwinkel von 90º messen, unabhängig von der Gleitzahl dieses Flugzeugs ... Bezieht man sich jedoch wie in der Aerodynamik üblich auf die Luftmasse, so ist der Sinkwinkel vom Wind unbeeinflusst...
@xxavier - Sie sprechen nur in Winkeln, wenn Sie einen Anflug oder Start (Hindernisfreiheit) oder in einem Segelflugzeug fliegen. In all diesen Fällen kommt es auf den Gleitwinkel über dem Gelände an, daher beziehen sich Winkel immer auf den Boden. Ich stimme zu, dass diese Frage sinnlos wäre, wenn es nicht so wäre.
@ Rainer P. Ja, bei einem tief fliegenden Segelflugzeug ist die Referenz aus naheliegenden Gründen der Boden, aber das scheint mir ein sehr spezieller Fall zu sein, der vom OP nicht einmal indirekt erwähnt wird ...
@xxavier - Die einzigen Fälle, in denen ich solche Winkel berechnen musste, waren: Wenn ich auf ILS auf Gegenwind stoße, wird mein Flugzeug nach oben oder unten abweichen? Wenn ich 40 km entfernt in einem Segelflugzeug sitze, schaffe ich es dann nach Hause? Werde ich den Hügel am Ende der Landebahn räumen? Winkel sind immer relativ zum Boden.
Nicht in der Abfrage des OP. Er erwähnt keine Bodenreferenz, nicht einmal, wenn er über den Wind spricht, da es offensichtlich ist, dass ein Flugzeug beim Überqueren einer Windscherungsschnittstelle eine vorübergehende Störung der Fluggeschwindigkeit und der Sinkrate erleiden würde, aber die Dinge werden bald wieder normal werden , bei allen Flugbedingungen unverändert in der neuen Luftmasse. Das OP scheint zu glauben, dass diese vorübergehende Störung fortbesteht, etwas, das falsch ist ...
@RainerP. Ich stimme Ihrer Antwort zu. Das bestreite ich nicht. Meine Frage ist, im Vergleich zu Nullwind, wird ein konstanter Gegenwind den Sinkwinkel flacher oder tiefer machen?

Sie müssen den Unterschied zwischen Sinkgeschwindigkeit und Sinkwinkel berücksichtigen .

Die Sinkgeschwindigkeit wird in Entfernung/Zeit ausgedrückt, normalerweise Fuß/Sekunde. Dies wird durch Ihre Fluggeschwindigkeit und Trimmkonfiguration bestimmt. Die Bodengeschwindigkeit beeinflusst dies nicht, nur die Fluggeschwindigkeit.

Der Sinkwinkel ist der Winkel, in dem das Flugzeug in Bezug auf den Boden fliegt.

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Beim Fliegen in einen stetigen Gegenwind wird die Geschwindigkeit über Grund bei gleicher Fluggeschwindigkeit geringer sein. Aber die Abstiegsrate wird die gleiche sein. Wenn Sie also mit der gleichen Geschwindigkeit absteigen, sich aber langsamer vorwärts bewegen, wird der Winkel steiler.

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Andererseits wird eine vorübergehende Windböe die Fluggeschwindigkeit vorübergehend erhöhen. Wenn die Böe zuschlägt, dauert es einen Moment, um die Trägheit zu überwinden und das Flugzeug zu verlangsamen. Ihre Fluggeschwindigkeit wird also vorübergehend zunehmen, aber Ihre Geschwindigkeit über Grund bleibt gleich. Eine Erhöhung der Fluggeschwindigkeit bedeutet mehr Auftrieb und damit eine geringere Sinkrate bei gleicher Vorwärtsgeschwindigkeit über Grund. Eine geringere Sinkrate bei gleicher Geschwindigkeit über Grund ergibt einen flacheren Winkel .

Danke dir. Ich dachte, niemand würde darauf antworten und hatte einen Captian danach gefragt und seine Antwort war deiner ähnlich. Er hatte gesagt, dass der Abstieg bei Gegenwind im Vergleich zu Nullwind später erfolgt und der "Zielpunkt" derselbe ist, daher bedeutet der Gegenwind einen steileren Abstiegswinkel. Ich habe den Winkel immer in Bezug auf die gerade Linie auf dem Flugzeug anstelle der Bodenreferenz genommen, aber Ihre Antwort gibt mehr Klarheit. Sehr geschätzt.
Gutes Kunstwerk. Veranschaulicht das Problem sehr schön!

Abgesehen von transienten Effekten, die als solche kurzlebig sind, beispielsweise bei der von Ihnen erwähnten "plötzlichen Begegnung", wird der Sinkwinkel eines Gleitflugzeugs nicht vom Wind beeinflusst ...

Das ist richtig, wie im Flugzeug beobachtet (dh ein Flugbahnvektor in einem HUD), aber aus der Sicht eines stationären Außenbeobachters ändert sich der Sinkwinkel absolut. Oder in einer sehr praktischen Anwendung, wenn Sie eine bestimmte Position in einer bestimmten Höhe und Fluggeschwindigkeit überqueren müssen, spielen die Auswirkungen von Gegen- und Rückenwind auf Ihren Sinkwinkel im Weltraum eine bedeutende Rolle und müssen berücksichtigt werden.
@Ralph J Die Frage bezieht sich, wie vom OP angegeben, nicht auf den praktischen Flug, sondern nur auf aerodynamische Überlegungen. Daher ist jeder Massebezug fehl am Platz ...
Abgesehen von einer obskuren Zertifizierungsanforderung für den Steigflug bei Windstille (die nur aus lustigen politischen Gründen existiert), finden Sie irgendeinen Nutzen darin, einen Steig-/Sinkwinkel zu berechnen, der die sich bewegende Luftmasse als Referenz anstelle des Bodens verwendet?
@Radu094. Es geht nicht um Nützlichkeit, sondern darum, die Frage des OP in ihren Begriffen zu beantworten. Außerdem, ja, die Berechnung des Sinkwinkels in Bezug auf die Luftmasse ist ziemlich nützlich. Es ist genau der Winkel, der durch die L/D des Flugzeugs bestimmt wird...
Ich habe noch nie von jemandem gehört, der sich auf einen Abstiegswinkel bezogen hat, der keine Bodenreferenz betraf. In Ihrem theoretischen Konzept, in dem sich der "Winkel" auf die Luftmasse bezieht, gibt es keinen Gegenwind. Das Wort „Gegenwind“ setzt einen Bodenbezug voraus.
Nicht, wenn eine vorübergehende Fluggeschwindigkeitsstörung durch externe Gründe – eine relative Bewegung der Luftmasse – in Betracht gezogen wird ...
@TomMcW Ich habe beides gesehen, sowie eine Gleichung, die die beiden in Beziehung setzt. Die Kommentare des OP zeigen jedoch, dass der bodenbezogene Winkel der gewünschte war, sodass der luftbezogene Winkel nur insoweit relevant ist, als er uns hilft, den bodenbezogenen Winkel zu finden. (Und deshalb ist deine Antwort die akzeptierte.)
Warum vergrößert sich der Sinkwinkel bei konstantem Gegenwind, während er bei plötzlichem Gegenwind, beim Sinkflug, abnimmt?
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