Wie hoch könnte Concorde möglicherweise durch schnelles Fahren und Hochziehen erreichen?

Wenn die Concorde mit Mach 2 und FL 600 flog und dann nach oben zog, würde sie in eine Flugbahn eintreten, die über ihre normale Flughöhe hinausging, bevor sie wieder abtauchte. Ich nehme an, dass es unter diesen Bedingungen nicht bis zur vollen Ruderauslenkung hochziehen könnte, ohne dass die Flügel einklappten, also wie hoch könnte Concorde mit dieser Methode fliegen, ohne etwas zu beschädigen? Gibt es eine Möglichkeit, dies zu berechnen/zu schätzen, oder ist es nur durch Testen beweisbar? Ich habe Google nach Antworten durchsucht, aber ich kann nichts zu diesem Thema finden.

(Eine unabhängige Frage, auf die ich keine Antwort finden konnte: Was war die strukturelle G-Grenze der Concorde bei Reisegeschwindigkeit)

Tests wurden in den 50er Jahren von Chuck Yeager mit einer F-104 mit einer Trägerrakete unter dem Heck durchgeführt. Es würde ballistische Bögen von seiner Dienstgipfelhöhe bis zu etwa 100000 ft+ machen, unterstützt von der Rakete. Es waren Bugstrahlruder erforderlich, um die Nicklage über etwa 90000 Fuß zu steuern, da die Flugsteuerungen keinen ausreichenden dynamischen Druck hatten, um normal zu funktionieren. In The Right Stuff handelte der Teil, in dem er sich gegen Ende des Films drehte und aussprang, von diesem letzten dieser Tests, bei dem es ihn fast umbrachte, als es beim "Wiedereintritt" ins Stocken geriet und sich drehte, weil der Att ausgeschaltet war.
Der Teil über die strukturellen Grenzen kann eine ganze Frage für sich bilden und könnte separat gestellt werden.
Vielleicht interessiert Sie der Teil über die Energieumwandlung, wie es fliegt . Sie suchen nach Zoom-Aufstieg und Umwandlung von kinetischer Energie in potentielle Energie

Antworten (2)

Es gibt ein paar Möglichkeiten, diese Frage zu betrachten. Das einfachste ist in den ersten Prinzipien. Stellen Sie sich also vor, die Concord (fliegt mit Mach 2 bei FL 600) kann plötzlich und ohne Energieverlust hochziehen, so dass sie beispielsweise 10 Grad nach oben fliegt. Außerdem gehen wir von folgendem aus:

  • Das Triebwerk geht sofort aus, daher kein Triebwerksschub.
  • Den Luftwiderstand vernachlässigen wir

Wie viel höher würde es gehen? Die Formel zur Berechnung ist überraschend einfach:

Δ X = 1 / 2 ⋅ ( v ICH ⋅ S ich N ( γ ) ) 2 G
mit v ICH die Anfangsgeschwindigkeit ist (590 m / s, was Mach 2 entspricht), γ ist der Steigwinkel und G die Schwerkraft von sein 9.81 M S 2 .

Ich habe es für ein paar Winkel berechnet:

  • γ = 10 ° : 535m
  • γ = 30 ° : 4436m
  • γ = 45 ° : 8871m
  • γ = 60 ° : 13307m
  • γ = 90 ° : 17742m

Das gibt uns eine erste Vermutung, aber die Frage bleibt: Könnte es in dieser Höhe hochziehen? Die Antwort ist ja. Betrachten Sie die Formel zur Berechnung des dynamischen Drucks:

Q = 1 / 2 ⋅ ρ ⋅ v 2
Die Concorde startet um ca 113 M S bei einer Luftdichte von ca 1.225 k G M 3 . Die Luftdichte bei FL 600 beträgt etwa 1/10 der Luftdichte auf Meereshöhe. Die Reisegeschwindigkeit ist jedoch ungefähr 5,2-mal höher, was zu einem 2,7-mal höheren dynamischen Druck in dieser Höhe führt. Daher funktionieren die Ruder definitiv in dieser Höhe.

Der wirklich limitierende Faktor hier sind die strukturellen Grenzen, wenn Sie versuchen, mit Mach 2 hochzuziehen. Wenn Sie beispielsweise versuchen, Ihr Flugzeug mit Mach 2 mit einer konstanten Beschleunigung von 1 G hochzuziehen, folgen Sie einem Kreis mit einem Radius von ~ 50km. Selbst mit 3 G Beschleunigung folgen Sie immer noch einem (Aufwärts-)Kreis mit einem Radius von ungefähr 16 km. Meine Vermutung ist, dass die Concord ungefähr 3 Gs sicher bewältigen kann (zum Beispiel um Böen in der Höhe bewältigen zu können). Außerdem verlieren Sie beim Hochziehen viel Energie aufgrund des zusätzlichen Luftwiderstands (denken Sie daran, dass das Flugzeug aufgrund des größeren Anstellwinkels mehr Luftwiderstand hat) und natürlich werden Sie langsamer, wenn Sie Geschwindigkeit gegen Höhe tauschen. So wirst du irgendwann nicht mehr weiter hochziehen können, weil du zu viel Geschwindigkeit verloren hast. Ich habe versucht abzuschätzen, wie viel höher Sie fliegen müssten, um auf Stallgeschwindigkeit 1 herunterzukommen , und mein Ergebnis sind 11,2 km zusätzliche Höhe. Das würde bedeuten, dass man einen erreichen könnte   70 ° steigen. Allerdings habe ich Luftwiderstand usw. vernachlässigt und die Tatsache, dass Sie 3Gs definitiv nicht mit Stallgeschwindigkeit ziehen werden.

Um eine eindeutige Antwort zu erhalten, müsste man einige Computersimulationen durchführen. Vielleicht kann eine der beliebten Flugsimulationen helfen. Aber ich würde schätzen, dass Sie bei FL 600 mit Mach 2 das Flugzeug wahrscheinlich (sicher) in einen Steigflug von ungefähr ziehen können γ = 30 ° , was etwa 4,4 km zusätzliche Höhe ergeben würde.

PS: Die Vermutung, dass der Motor in größerer Höhe abbrennt, trifft aber wohl zu. Meine Vermutung wäre, dass der Motor so konstruiert wurde, dass er FL 600 nicht wesentlich überschreiten kann. Aber das ist Spekulation.

1 Ich bin einfach davon ausgegangen, dass die Überziehgeschwindigkeit beim gleichen dynamischen Druck wie im Startzustand ist. Dies ergibt eine Stallgeschwindigkeit von 357 M S

Bei einem 3-g-Pull-p ist der induzierte Widerstand während des Manövers etwa 9-mal höher als im Geradeausflug. Selbst bei laufenden Motoren sinkt die Concorde schnell auf Unterschallgeschwindigkeit. Soweit ich mich erinnere, war die g-Grenze im Reiseflug niedriger als 3 g.
Ah cool, wie hast du das berechnet? Vielleicht können wir eine genauere Antwort berechnen?
Nun, das könntest du berücksichtigen G = 9.75 bei 17742 M :-)

Bei 60.000' würde ich erwarten, dass die Concorde am Rande ihrer Leistungsgrenze kreuzt.

Wenn Sie mit einem Flugzeug am Rande seiner Leistungsgrenze einen „Zoom-Steigflug“ versuchen, kann das Flugzeug gefährlich nahe an der Überziehgeschwindigkeit sein.

Bei 60.000 Fuß in Standardatmosphäre beträgt Mach 2 etwa 1147 KTAS und etwa 353 KIAS, was niedriger ist als man annehmen könnte, aber noch nicht annähernd Stallgeschwindigkeit. Tatsächlich verlangsamte Concorde zuerst bei 60.000 Fuß (ich habe vergessen, auf welche Geschwindigkeit genau), bevor sie tatsächlich mit dem Sinkflug begann.
Um die Frage wirklich zu beantworten, sollten Sie Zahlen liefern. Ansonsten befürchte ich, dass dies eher ein Kommentar als eine Antwort ist. Beispielsweise können Sie Energiebetrachtungen hinzufügen (wie viel kinetische Energie bei einer Reise auf 60000 Fuß und daher wie viel Höhe gewonnen, wenn die kinetische Energie in potenzielle Energie umgewandelt wird, während Sie auf Stallgeschwindigkeit verlangsamen, ohne Verluste aufgrund von Luftwiderstand und Gewinne aufgrund von Schub, daher nur geben). eine erste Annäherung)
Man müsste sich den Schub ansehen, der bei 60.000 Fuß verfügbar ist. Bei Überschallgeschwindigkeit kann jedes Manövrieren einen enormen Luftwiderstand erzeugen,
Dies nennt sich Coffin Corner und klingt nicht sehr lustig en.wikipedia.org/wiki/Coffin_corner_(aerodynamics)
@StuartBuckingham "Coffin Corner" gilt nicht für Überschallflugzeuge. Es gibt analoge Einschränkungen, aber sie sind nicht gleich.
@pericynthion guter Punkt! Ich denke, es gibt kein kritisches Mach #, wenn Sie Überschall sind. Was ist die analoge "Linie", die die Ecke bildet? Ist es nur verfügbarer Schub?
Typische Motortemperaturgrenzen
Wie hoch könnte Concorde möglicherweise durch schnelles Fahren und Hochziehen erreichen?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v