Wie lange kann ein durchschnittliches Kunstflugzeug 0 g aushalten?

Ein Kunstflugflugzeug (sowie jedes andere Flugzeug) kann 0 g aushalten, bis der Pilot hochfährt, das Flugzeug den Boden berührt oder die Endgeschwindigkeit erreicht.

Um 0 g aufrechtzuerhalten, muss das Flugzeug auf die Erde beschleunigen$9.8 m/s^2$(Meter pro Quadratsekunde). Das heißt, es bleibt nicht viel Zeit, bis das Flugzeug seine maximale Geschwindigkeit erreicht. Sobald das Flugzeug nicht mehr mit der gleichen Gravitationsgeschwindigkeit beschleunigen kann, werden die Insassen keine 0 g mehr spüren. Beim Fallschirmspringen (und in der Physik) wird dies als Endgeschwindigkeit bezeichnet, bei der die Luftreibung verhindert, dass das Objekt schneller fällt.

Beschleunigung ist eine Änderung der Geschwindigkeit, also müssen Sie natürlich nicht direkt nach unten gehen, um auf die Erde zu beschleunigen (wir sprechen von vertikaler Geschwindigkeit). Wenn Sie mit 200 kts aufsteigen und genau bei beginnen, abzubremsen$9.8m/s^2$Sie werden sich „fühlen“, als wären Sie in 0 g (freier Fall), obwohl Sie einige Sekunden lang weiter nach oben gehen. Dies dauert jedoch nur wenige Sekunden, bevor das Flugzeug für einen Moment seinen Scheitelpunkt erreicht und Sie und das Flugzeug beginnen, sich auf die Erde zuzubewegen. Wenn das Flugzeug genau die Erdbeschleunigung erreichen kann, fühlen Sie sich weiterhin schwerelos (dh 0 g).

Aber Sie können nicht unbegrenzt weiter in Richtung Erde beschleunigen, ohne entweder die Endgeschwindigkeit zu erreichen oder die Höchstgeschwindigkeit des Flugzeugs zu überschreiten. Die Grenze des anhaltenden 0-g-Flugs besteht also darin, dass der Pilot das Steuerhorn zurückzieht und klettert, um die Zerstörung des Flugzeugs und den Tod aller an Bord zu verhindern.

Aber selbst wenn die Flügel des Flugzeugs abbrechen und Sie im Rumpf des Flugzeugs zu Boden stürzen würden, würden Sie nur so lange schwerelos bleiben, wie der Rumpf weiter auf die Erde zu beschleunigt$9.8m/s^2$. Wenn Sie genügend Höhe hätten, würde der Luftwiderstand (Windreibung) am Rumpf irgendwann verhindern, dass er kontinuierlich in Richtung Erde beschleunigt, und Sie würden eine Gleichgewichtsgeschwindigkeit erreichen, bei der die Schwerkraft gleich der Luftwiderstandskraft ist, und Sie würden es nicht mehr spüren 0gs.

Das längstmögliche 0g- Erlebnis bietet ein Parabelflug http://www.asc-csa.gc.ca/eng/sciences/parabolic.asp .

Wie die großartige Antwort von Devil07 erklärt, hängt die Zeit, die ein Flugzeug "bei 0 g" fliegen kann, von seiner vertikalen Geschwindigkeit zu Beginn der 0 g-Zeit ab.

Nehmen wir ein typisches Luftakrobatikflugzeug . Seine Höchstgeschwindigkeit beträgt 220knots~ 400km/h. Das Flugzeug verliert etwas an Geschwindigkeit, bevor es in das Flugmuster eintritt (bis es die 45°Neigung erreicht) und gewinnt etwas mehr Geschwindigkeit, bevor es nach Verlassen des Musters eine Neigung von 0 ° erreicht, aber lassen Sie dies zur Vereinfachung der Berechnung ignorieren.

In dem Moment, in dem das Flugzeug in die parabelförmige Flugbahn mit 45° Neigung eintritt, beträgt seine Vertikalgeschwindigkeit

IAS/sqrt(2) = 400km/h*1.414 = 283km/h = 79m/s

Die Wahl einer höheren Steigung führt rechnerisch zu einer höheren Eintrittsgeschwindigkeit, aber die Eintrittsgeschwindigkeit wird auch durch die längere "Drehzeit" und die strukturellen Grenzen des Flugzeugs verringert.

Nun folgt es dem parabelförmigen Flugmuster, bis es den Höhepunkt erreicht (0km/h vertikale Geschwindigkeit):

time = speed/acceleration = 79m/s / 9,81m/s² = 7,9s

Genau die gleiche Zeit benötigt das Flugzeug, um die „Austrittsgeschwindigkeit“ von 400 km/h zu erreichen. Daher beträgt die Gesamtzeit, die ein Extra EA-300 in 0 g fliegen kann, ungefähr:

15 Sekunden .

Das hängt von einer ganzen Menge Dinge ab. Null g wird während einer ballistischen Flugbahn erfahren. Wikipedia listet als während des ballistischen Fluges verbrachte Zeit auf:

Wenn wir für jede Geschwindigkeit die aufgewendete Zeit maximieren wollen, müssen wir bei 90 Grad beginnen, wie dieses Diagramm zeigt: Zeit in Sekunden als Funktion des Startwinkels bei einer Startgeschwindigkeit von 100 m/s. Aber das schafft ein kleines praktisches Problem am Apogäum, das Flugzeug wird mit dem Heck zuerst zurückfallen, einen Hammerkopf machen, und wir sind nicht mehr in null g. Nehmen wir also einen Winkel, der ziemlich nahe am Maximum liegt, bei dem der Pilot mit seinem unglaublichen Geschick einen Parabelflug aufrechterhalten könnte: 60 Grad.

Bildquelle

Wir befinden uns in einem Kunstflugzeug, was eigentlich eine sehr breite Palette ist: Düsenjäger sind ebenfalls voll Kunstflugflugzeuge. Wenn wir einen typischen Red Bull Air Racer als ein Trennzeichen und ein F16 als das andere nehmen, haben wir einen Geschwindigkeitsbereich zwischen 100 und 600 m/s. Für eine ballistische Flugbahn ab 60 Grad erhalten wir folgende Flugzeit als Funktion der Startgeschwindigkeit. Zwischen etwa 18 und 106 Sekunden.