Was genau passiert, wenn die Leistung im getrimmten, geraden und horizontalen Flug reduziert wird?

Das macht Sinn und entspricht in etwa dem, was passiert, wenn man im getrimmten Geradeausflug den Schub reduziert. Das Flugzeug durchläuft eine Reihe gedämpfter Schwingungen, die als „ Phugoide “ bezeichnet werden, bis es seinen neuen Gleichgewichtszustand findet. Der neue Zustand wird die ursprüngliche Fluggeschwindigkeit sein, aber jetzt in einem konstanten Sinkflug.

Sie stellen sehr scharfsinnig fest, dass für einen bestimmten Anstellwinkel eine Rückkehr zu der exakten Fluggeschwindigkeit, die einen waagerechten (horizontalen) Flug erlaubt, tatsächlich eine Rückkehr zum waagerechten (horizontalen) Flug implizieren würde. Aber das ist nicht das, was wir erwarten, wenn wir die Leistung reduzieren. Hoffentlich hilft Ihnen diese Antwort zu verstehen, warum nicht.

Wenn Sie das Höhenruder trimmen, um einen unbeschleunigten geraden und waagerechten Flug (alle Kräfte ausgeglichen) bei zB 100 kts zu fliegen, entlasten Sie den Druck, der erforderlich ist, um Ihr Flugzeug in dem Anstellwinkel zu halten, der genügend Auftrieb erzeugt, um dem Gewicht bei dieser bestimmten Fluggeschwindigkeit entgegenzuwirken

Genau richtig.

(Weil jede Erhöhung oder Verringerung der Fluggeschwindigkeit auch den Auftrieb beeinflusst, so dass die Geschwindigkeit die Menge an Auftrieb beeinflusst, die vom AOA erzeugt werden muss, um dem Gewicht entgegenzuwirken, um waagerecht zu bleiben)

Technisch ist das nicht ganz richtig. Der Auftrieb, der erforderlich ist, damit die Flugbahn eben bleibt, anstatt sich nach oben oder unten zu biegen, ist bei jeder Geschwindigkeit gleich, aber die AoA, die erforderlich ist, um diesen Auftrieb zu erzeugen, variiert mit der Fluggeschwindigkeit. Vielleicht wolltest du das wirklich sagen oder so ähnlich.

Wenn also Ihre Geschwindigkeit zu sinken beginnt, muss der Auftrieb, den Ihr AOA erzeugen muss, = erhöht werden.

Es kann sein, dass das gesuchte Wort nicht "Auftrieb", sondern "Auftriebskoeffizient" ist. Eine Erhöhung des AoA erhöht den Auftriebskoeffizienten. Der Auftrieb ist proportional zum Auftriebskoeffizienten multipliziert mit der Fluggeschwindigkeit im Quadrat. Um den horizontalen Flug beizubehalten, während wir langsamer werden, benötigen wir die gleiche Auftriebsmenge, was bedeutet, dass wir einen höheren Auftriebskoeffizienten benötigen, was bedeutet, dass wir eine höhere AoA benötigen.

Oder vielleicht wollten Sie einfach so etwas sagen wie "Wenn wir den Anstellwinkel konstant halten und die Fluggeschwindigkeit verringern, wird der Auftrieb verringert, was bedeutet, dass der Auftrieb irgendwie wieder erhöht werden muss, um die Dinge wieder ins Gleichgewicht zu bringen." Dies ist genau richtig, unabhängig davon, ob dies "irgendwie" eine Erhöhung des Anstellwinkels und des Auftriebskoeffizienten oder eine Rückkehr zu einer höheren Fluggeschwindigkeit bei demselben Anstellwinkel und Auftriebskoeffizienten wie zuvor bedeutet.

Aber da Sie das Höhenruder auf diese Position getrimmt haben, bedeutet dies, dass der AOA fixiert ist.

Ja, zumindest in erster Näherung. Wir gehen davon aus, dass dies für den Zweck dieser Antwort genau richtig ist.

Also, wenn Ihre Geschwindigkeit zu sinken beginnt

Die Geschwindigkeit sinkt, weil wir Leistung und Schub reduziert haben, also ist der Luftwiderstand größer als der Schub, was vorübergehend dazu führt, dass die Nettokraft, die entlang der Richtung der Flugbahn wirkt, nicht Null ist.

die Menge an Auftrieb, die Ihr AOA machen muss = erhöht.

Ja, der Geschwindigkeitsabfall hat zu einem Auftriebsverlust geführt, und der Auftrieb muss irgendwie wieder erhöht werden, um die Dinge wieder ins Gleichgewicht zu bringen.

In der Zwischenzeit ist der Auftrieb vorübergehend geringer als das Gewicht. Es gibt nun eine Nettokraft, die senkrecht zur Flugbahn (dh nach unten) wirkt, sodass die Flugbahn nach unten gebogen (gekrümmt) wird.

Da der Anstellwinkel konstant bleibt, wenn sich die Flugbahn nach unten krümmt, muss das Flugzeug nach unten neigen.

Durch die Krümmung der Flugbahn nach unten erhält die Gravitation (der Gewichtsvektor) eine teilweise parallel zur Flugbahn in Vorwärtsrichtung wirkende Komponente, die den Anstieg der Fluggeschwindigkeit bis etwa wieder auf den Ausgangswert antreibt.

Wenn die Fluggeschwindigkeit zunimmt, hört die Flugbahn auf, sich nach unten zu biegen. Tatsächlich werden wir im wirklichen Leben wahrscheinlich sehen, dass die Fluggeschwindigkeit leicht "überschießt" und dann wieder abnimmt. Wenn die Fluggeschwindigkeit "überschießt", liefert sie den überschüssigen Auftrieb, der erforderlich ist, um die Flugbahn nach oben in Richtung etwas zu krümmen, das näher am horizontalen Flug liegt - aber nicht genau horizontal. Da Sie die Leistung reduziert haben, landen Sie in einem absteigenden Gleitflug.

dann ist Ihre Geschwindigkeit wieder auf dem, was sie einmal war, und Ihr getrimmter AOA wird weiterhin in der Lage sein, genau diese Menge an Auftrieb zu liefern

Da Sie die Leistung reduziert haben, befinden Sie sich jetzt in einem sinkenden Gleitflug. In erster Näherung trifft Ihre obige Aussage zu. Es ist eine gute Annäherung für flache bis mittlere Gleitwinkel. Aber wenn Sie die ganze Wahrheit wissen wollen, ist der Auftriebsvektor im Gleitflug etwas kleiner als im Horizontalflug, was bedeutet, dass die Fluggeschwindigkeit im Gleitflug bei gleichem Anstellwinkel etwas niedriger ist als im Horizontalflug. Weitere Informationen finden Sie in den Vektordiagrammen in dieser verwandten Antwort. Aber Sie müssen das wirklich nicht verstehen, um Ihre Frage zu beantworten. Das Wichtigste, was zu verstehen ist, ist, dass der Gleitflug statt der Horizontalflug die einzige Möglichkeit ist, der Tatsache Rechnung zu tragen, dass der Luftwiderstand jetzt größer ist als der Schub. Sehen Sie sich noch einmal die Vektordiagramme in der verknüpften Antwort an. Ersetzen Sie in den Vektordiagrammen einfach "Widerstand minus Schub" durch "Widerstand" und Sie werden auf die Idee kommen.

welches tgt mit dem Auftrieb bei derselben Fluggeschwindigkeit genau richtig ist, um dem Gewicht entgegenzuwirken. Das Flugzeug befindet sich also wieder im Horizontalflug.

Nein, es wird in einem stabilisierten Gleitflug sein. Das Gewicht wird durch die vertikale Komponente des Auftriebs plus die vertikale Komponente von (Widerstand minus Schub) ausgeglichen. Weitere Informationen finden Sie in den Vektordiagrammen in dieser verwandten Antwort . Ersetzen Sie einfach mental "Widerstand minus Schub" für "Widerstand".

Da die Leistung verringert wird, würde ich erwarten, dass das Flugzeug weiter an Geschwindigkeit verliert und der gesamte Zyklus des Absenkens und Zurückkehrens in die Geradeausrichtung immer weitergeht.

Sie fangen an, die Frage der "phugoiden" Oszillation der Tonhöhe zu berühren, aber das hat wirklich nichts mit dem Kern Ihrer Frage zu tun. Das Wichtigste zu verstehen ist, dass das Reduzieren der Leistung bei konstantem Anstellwinkel - oder bei konstanter Fluggeschwindigkeit - technisch nicht beides gleichzeitig passieren kann, aber machen Sie sich darüber keine Sorgen - das Flugzeug kann dies enden in einem stabilisierten Gleitflug, wobei das Gewicht von der vertikalen Komponente des Auftriebs plus der vertikalen Komponente von (Widerstand minus Schub) getragen wird.

Noch ein paar Anmerkungen zum Schluss –

Erstens, diese Sache mit dem Flugzeug, das dazu neigt, im Gleitflug auf eine etwas niedrigere Fluggeschwindigkeit zu trimmen als im Horizontalflug, wenn der Anstellwinkel konstant bleibt – Sie werden diesen Effekt in der Praxis selten feststellen können. Wenn Sie beispielsweise in einem Flugzeug mit einem Propeller an der Nase die Leistungseinstellung ändern, ohne das Steuerhorn oder die Trimmsteuerung des Höhenruders zu berühren, führt die Änderung des Propwash über dem Heck häufig zu einer gewissen Änderung des Anstellwinkels , was zu einer Änderung der Fluggeschwindigkeit führt. Bei Jets können versetzte Schublinien einen ähnlichen Effekt hervorrufen. Diese Art von Effekten stellen wahrscheinlich die Änderung der Fluggeschwindigkeit, die dadurch verursacht wird, dass für denselben Anstellwinkel der Auftriebsvektor und damit die Fluggeschwindigkeit im Gleitflug sehr geringfügig kleiner / niedriger sein muss als im Horizontalflug, in den Schatten . Beachten Sie, dass in den Vektordiagrammen in der oben verlinkten Antwort der Auftriebsvektor wirklich nicht sehr viel kleiner ist als der Gewichtsvektor, solange der Gleitwinkel nicht zu steil ist. Und da der Auftrieb proportional zum Quadrat der Fluggeschwindigkeit ist, wäre nur eine sehr kleine Reduzierung der Fluggeschwindigkeit erforderlich, um diesen Betrag an Reduzierung des Auftriebsvektors zu bewirken, während der Anstellwinkel konstant gehalten wird. Wenn der Vektor (Widerstand minus Schub) jedoch nicht Null ist, muss er wie in der verknüpften Antwort gezeigt im Vektordreieck untergebracht werden, was bedeutet, dass der Auftrieb tatsächlich etwas geringer sein muss als das Gewicht. Es wäre nur eine sehr geringe Verringerung der Fluggeschwindigkeit erforderlich, um diese Verringerung des Auftriebsvektors zu bewirken, während der Anstellwinkel konstant gehalten wird. Wenn der Vektor (Widerstand minus Schub) jedoch nicht Null ist, muss er wie in der verknüpften Antwort gezeigt im Vektordreieck untergebracht werden, was bedeutet, dass der Auftrieb tatsächlich etwas geringer sein muss als das Gewicht. Es wäre nur eine sehr geringe Verringerung der Fluggeschwindigkeit erforderlich, um diese Verringerung des Auftriebsvektors zu bewirken, während der Anstellwinkel konstant gehalten wird. Wenn der Vektor (Widerstand minus Schub) jedoch nicht Null ist, muss er wie in der verknüpften Antwort gezeigt im Vektordreieck untergebracht werden, was bedeutet, dass der Auftrieb tatsächlich etwas geringer sein muss als das Gewicht.

Und zweitens, wenn Sie Ihre Leistungsreduzierung sehr allmählich vornehmen, bleibt das Flugzeug nahe an einem stationären Zustand. Sie werden reibungslos zum endgültigen Gleitflug im stationären Zustand und zur endgültigen Fluggeschwindigkeit übergehen (die aus allen oben genannten Gründen ein wenig von der Fluggeschwindigkeit abweichen kann, die Sie bei der höheren Leistungseinstellung hatten). Wenn Sie andererseits abrupt eine große Leistungsreduzierung vornehmen, werden Sie sehen, dass die Fluggeschwindigkeit erheblich abfällt, und dann wird die Nase ziemlich weit nach unten fallen, und dann wird die Fluggeschwindigkeit weit über den endgültigen stationären Wert "überschießen". und dann steigt die Nase über die Endlage für den Gleitflug, und dann wird die Fluggeschwindigkeit den Endwert "unterschreiten". Dies ist die Tonhöhe „phugoid“ in Aktion, und Sie sehen möglicherweise mehrere Zyklen, bevor sich alles in das stetige Gleiten einpendelt.

Scheint, als hätten Sie dort ein Missverständnis: Wenn die vertikale Komponente des Auftriebs gleich dem Gewicht ist, bedeutet dies nicht, dass das Flugzeug eben fliegt. Wenn sich die Kräfte ausgleichen, ist die Vertikalbeschleunigung Null und somit die Vertikalgeschwindigkeit konstant ( nicht notwendigerweise Null).

Nachdem die anfängliche Störung und die daraus resultierenden phugoiden Schwingungen (bei denen die vertikale Beschleunigung zwischen positiv und negativ schwankt) abklingen, befindet sich das Flugzeug in einem neuen Gleichgewicht mit einer vertikalen Beschleunigung von Null und somit einer konstanten Sinkgeschwindigkeit.

In einfachen Worten ....

Pitch steuert die Geschwindigkeit. Leistung steuert Geschwindigkeit und Auftrieb. Eine Erhöhung der Leistung bei gleichem Anstellwinkel führt zu mehr Geschwindigkeit und damit zu mehr Auftrieb. Eine Verringerung der Geschwindigkeit bei gleichem Anstellwinkel erzeugt weniger Auftrieb.

Wenn Sie nur die Leistung reduzieren und die Steigung gleich halten, verlieren Sie Auftrieb und Geschwindigkeit. Wenn Sie vorher eben geflogen sind, dann sinken Sie jetzt.

Ja - in Wirklichkeit ist es viel komplizierter als das. Es ist ein dynamisches Gleichgewicht zwischen allen Bedienelementen Ihres Flugzeugs. Wenn Sie den Steuerknüppel zurückziehen, wird die Geschwindigkeit in die Höhe umgewandelt, bis der Luftwiderstand alles wegwäscht und Sie aufhören zu klettern. Wenn Ihr Schubzentrum nicht direkt mit dem Widerstandszentrum übereinstimmt, ändert sich die Tonhöhe, wenn sich die Leistung ändert. (Deshalb der Absturz von 737 Max) Steigende Geschwindigkeit erhöht den Luftwiderstand, wodurch das Flugzeug weniger effizient wird. Wenn Sie nach unten neigen, um die Geschwindigkeit beizubehalten, steigt der Widerstand und Sie sinken noch schneller.

Leistungsänderungen und Neigungsänderungen sind dynamische Kräfte und die meisten Flugzeuge, die Sie jemals fliegen werden, stabilisieren sich an einem neuen Ort. Manche brauchen länger als andere. Die meisten neigen dazu, ein wenig zu wackeln, bis sie sich setzen. Lassen Sie den Stock nicht los - schauen Sie aus dem Fenster auf den Horizont.

Wenn Sie wirklich ein Gefühl dafür bekommen möchten, wie Auftrieb und Geschwindigkeit zusammenhängen, fliegen Sie ein paar Stunden mit einem Segelflugzeug.