Wie treibt das Flugzeug weiter vorwärts, wenn Luftstrom und Schub nicht aufeinander abgestimmt sind?

Angenommen, ein Flugzeug fliegt mit einem Anstellwinkel von 10 Grad, und der Anstellwinkel zwischen Flugzeugrumpf und Flügel sowie der Winkel zwischen Flügel und Triebwerkshalterung beträgt ebenfalls 0 Grad, dann liegt die Schubkraft bei 10 Grad relativ zur Eingangsgeschwindigkeit. Meine Frage ist, da es einen Winkel zwischen dem einströmenden Luftstrom und der Schubkraft gibt, wie treibt das Flugzeug weiter geradeaus vorwärts?

Ich meine, wenn ich die Schubkraft in ihre Komponenten zerlege, kann eine Komponente in Auftriebsrichtung hinzugefügt werden und eine andere Komponente kann verwendet werden, um dem Widerstand entgegenzuwirken. Aber warum würde dies das Flugzeug dazu bringen, sich auf einem geraden Weg zu bewegen? Weil das Flugzeug selbst nicht weiß, wie der Komponentenausfall hergestellt werden soll, und es sieht auch nur eine resultierende Schubkraft. Darüber hinaus kann ich theoretisch die Komponentenaufschlüsselung der Schubkraft mit einem anderen Koordinatensystem vornehmen, aber warum sollte das Flugzeug weiterhin in die gleiche gerade Richtung treiben?

In einem solchen Fall ist Lift kleiner als Weight. Siehe Aviation.stackexchange.com/questions/40921/… , vorletzter Absatz, für eine tatsächliche Gleichung, die übrigens nicht auf den Horizontalflug beschränkt ist. Sicherlich kann diese Frage ein Duplikat einer anderen sein?
Lassen Sie mich die Frage überprüfen, die Sie beigefügt haben. Wenn es sich um ein Duplikat handelt, was soll ich tun?
Das Flugzeug bewegt sich geradeaus, weil der Pilot es ihm sagt.
@RameezUlHaq Um einen stabilen Flugzustand zu erreichen, muss das Flugzeug zunächst auf dieses Stadium beschleunigen. Bis es erreicht ist, sind die Kräfte nicht im Gleichgewicht. Sobald der gewünschte Zustand erreicht ist, werden die Kräfte mit Gas und Steuerknüppel wieder ins Gleichgewicht gebracht. Um sich auf geradem Weg fortzubewegen, sind nicht mehr Kräfte erforderlich, als sich ausgleichen.
Man zerlegt Kräfte nicht, man summiert sie, dividiert durch Masse und erhält die Beschleunigung. Und dann summieren Sie ihre Momente, dividieren durch das Trägheitsmoment und erhalten die Winkelbeschleunigung. Immer wenn beide Summen Null sind (weil der Pilot die Steuerung so eingestellt hat), fliegt das Flugzeug geradeaus. Das Aufschlüsseln von Kräften ist nur ein mathematisches Werkzeug, um sie leichter zusammenzufassen.

Antworten (2)

Nehmen wir einen Horizontalflug an. Dann sind die auf das Flugzeug wirkenden Kräfte in der folgenden Skizze (nicht unbedingt maßstabsgetreu) dargestellt:

Kräfte

Die Kräfte sind:

  • die aerodynamische Gesamtkraft F A , die in zwei Komponenten aufgeteilt ist: Auftrieb L (senkrecht zur Bewegungsrichtung) und ziehen D (parallel zur Bewegungsrichtung)
  • das Gewicht W
  • der Schub T , hier aufgrund des Anstellwinkels leicht nach oben wirkend a

Für einen unbeschleunigten Horizontalflug muss die Summe aller Kräfte Null sein. Dies ist unabhängig von dem Koordinatensystem, das Sie zum Aufteilen der Kräfte verwenden. In unserem Beispiel ist dies durch diese Gleichungen gegeben:

L + T Sünde ⁡ a = W
T cos ⁡ a = D

Bei einem gegebenen Anstellwinkel sind diese Gleichungen nur bei einer bestimmten Fluggeschwindigkeit wahr. Bei höherer Fluggeschwindigkeit würde der Auftrieb zunehmen, was zu einem Steigflug führen würde, der dann den Anstellwinkel ändert. Bei geringerer Fluggeschwindigkeit würde der Auftrieb abnehmen, was zu einem Sinkflug führen würde.

Was ich sagen will, ist folgendes: Da bei einem Horizontalflug alle auf das Flugzeug wirkenden Kräfte Null sind. Aber warum treibt das Flugzeug in die entgegengesetzte Richtung zum Luftwiderstand? Es kann sich mit konstanter Geschwindigkeit in jede Richtung bewegen. Aber warum nur in die entgegengesetzte Richtung ziehen?
Eine Nettokraft bewirkt eine Impulsänderung (und damit bei fester Masse Geschwindigkeit), hat aber nichts mit der aktuellen Richtung der Geschwindigkeit zu tun. Das Flugzeug fliegt weiter vorwärts, weil es die Richtung ist, in die es zuvor geflogen ist. Die Nettokraft gleich Null bedeutet nur keine Änderung.
Übrigens: Luftwiderstand ist per Definition der Bewegungsrichtung (relativer Wind) entgegengesetzt.
Damit der Pilot also ein Flugzeug mit konstanter Geschwindigkeit in eine bestimmte Richtung fliegen lässt, muss er einige Steuerflächen verwenden, um die gewünschte Bewegungsrichtung zu erreichen, und sobald sie erreicht ist, sollte er sofort die Steuerung ändern Flächen so, dass die Gesamtkräfte auf das Flugzeug wieder Null werden? Anschließend kann sich das Flugzeug in die gewünschte Richtung bewegen. Hab ich recht?
@RameezUlHaq Ja, genau das macht der Pilot: Verwenden Sie Steuerflächen, um das Flugzeug zu fliegen, und sobald Sie sich auf dem gewünschten Weg befinden, trimmen Sie das Flugzeug, um die Nettokraft ohne Steuereingaben auf Null zu halten.

Der Pilot steuert die Flugrichtung mit Höhenruder und Gas. Die Neigung zum Horizont wird durch diese Kombination bestimmt, vorausgesetzt, das Flugzeug erzeugt genügend vertikalen Auftrieb, um seinem Gewicht zu entsprechen .

Um also einen Horizontalflug zu erreichen, würde man die AOA und/oder das Gas reduzieren , bis die Summe der vertikalen Auftriebskomponenten gleich dem Gewicht bei einem Neigungswinkel von null (zum Horizont) ist, wie durch die Auftriebsgleichung gezeigt:

L ich F T = Fläche x Dichte x Koeffizient (Wölbung/AOA) x V 2

Genau wie bei jedem anderen Flugzeug, zum Steigen mehr Leistung, zum Sinken weniger Leistung.

Wir müssen beachten, dass der Widerstandsvektor in Flugrichtung dem Schubvektor entsprechen muss, der in einem realistischen Kraftdiagramm zur Geschwindigkeit beiträgt. Die Zerlegung des Schubvektors erfolgt, um die vertikale Komponente zu zeigen, die zum vertikalen Auftrieb beiträgt . "TD" veranschaulicht, wie viel des Gesamtschubvektors für die Erzeugung von Fluggeschwindigkeit verfügbar ist. Die grafische Darstellung von Vy und Vx zeigt einen größeren Wert von „TD“ für eine gegebene Schubkraft bei Vy.

Und hier (endlich) ein maßstabsgetreu gezeichnetes Vektordiagramm. Beachten Sie, wie viel Widerstand der abgewinkelte Flügelauftriebsvektor erzeugt.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Man darf also sinnieren: Warum nicht Leading Edge SLATS zum Klettern. Das Verschieben des Lift-Vektors in die Vertikale macht TD = ... T!

"Wir müssen beachten, dass der Widerstandsvektor in einem realistischen Kraftdiagramm dem Schubvektor entsprechen muss." Fast korrekt: Der Widerstandsvektor entspricht der Komponente des Schubvektors parallel zum Widerstandsvektor (dh der Gesamtschub muss höher sein als der Widerstand, wenn der Motor im falschen Winkel montiert wurde). Normalerweise ist dieses kleine Detail unbedeutend, aber da Sie den Motorwinkel ausdrücklich erwähnen, dachte ich, Sie möchten vielleicht etwas genauer sein.
"Pitch to the Horizon" - scheint Pitch-Einstellung zu bedeuten, könnte aber expliziter bearbeitet werden. "vorausgesetzt, das Flugzeug erzeugt genügend vertikalen Auftrieb, um seinem Gewicht zu entsprechen." - scheint zu implizieren, dass das Flugzeug kein Gleichgewicht erreicht, bis die vertikale Komponente des Auftriebsvektors gleich dem Gewicht ist, was selbst im horizontalen Flug nicht genau zutrifft, wenn Auftrieb oder Abtrieb vorhanden sind . Vielleicht sollte die Antwort sagen "vorausgesetzt, die Summe der nach oben gerichteten vertikalen Kraft ist gleich dem Gewicht"?
Zu "Wir müssen beachten, dass der Widerstandsvektor in einem realistischen Kraftdiagramm dem Schubvektor entsprechen muss." - nicht genau , selbst im Horizontalflug, ob Auftrieb oder Abtrieb vorhanden ist. Vielmehr können wir für den Horizontalflug (und nur für den Horizontalflug) sagen, dass die horizontale Komponente des Schubs gleich dem Luftwiderstand ist.
Zu "Abwärtsschub wird den meisten GA-Flugzeugtriebwerkshalterungen hinzugefügt, wodurch diese ungeschickte Konfiguration von Kräften vermieden wird und es dem Flugzeug ermöglicht wird, effizienter auf seinem Flügel zu fliegen." optimiert ist, würde Null-Abwärtsschub den Schubvektor am effizientesten nutzen, indem er rein horizontal gehalten wird. Der Abwärtsschub kann aus anderen Gründen vorhanden sein, die sich auf die Nickstabilitätseigenschaften beziehen, Faktoren kompensieren, wie z. B. den unterschiedlichen Abwind über dem Heck bei verschiedenen Schubeinstellungen usw.
Könnte eine gute ASE-Frage sein: "Angenommen, der Flügelanstellwinkel ist optimiert, um den Rumpf in einem bestimmten Regime zu stromlinienförmig zu machen, warum sollte dann ein Abwärtsschub in die Motorhalterung konstruiert werden?" Ein kurzer Blick auf die Website legt nahe, dass dies kein Duplikat einer bestehenden Frage wäre.
@quiet flyer gute punkte, ich meine alle vertikalen komponenten gleich schwer, einschließlich schub. (Ich sehe einen vertikalen Hebetotempfahl mit Auftrieb, Schub, Widerstand und ... Thermik!). Und ja, Abwärtsschub nimmt der übermäßigen statischen Stabilität den Rand, wenn ein Gasstoß hinzugefügt wird. Das Anschließen von Zahlen für das "Dreieck" hat im Vergleich zur tatsächlichen maximalen Steigrate für eine 172 (etwa 750 Fuß / Minute) zu guten Ergebnissen geführt. Der Vergleich von Sinusschub und Kosinus bei 5 Grad zeigt einen überraschend starken vertikalen Beitrag mit geringem Verlust der horizontalen Schubkomponente.
@quiet flyer, aber ich mache mir immer noch ein wenig Sorgen um das Modell, weil das Hinzufügen von Schub und Neigung starke Hebeeingaben sind. Wenn Sie daran denken, was getan wurde, um von Vy in den Reiseflug einzupendeln (AOA reduzieren, Gas reduzieren, heruntertrimmen), und das verdammte Ding immer noch 30 Knoten Luftgeschwindigkeit aufnimmt. Wie bei vielen Modellen ist es also ein guter Anfang, aber ich frage mich, ob ein wenig vertikaler Widerstand einen kleinen übermäßigen Auftrieb abdecken würde (um die Vektoren zu schließen. Schub, Widerstand, vertikaler Auftrieb und Gewicht (auch alle Sin- oder Cosinus-Beiträge) sollte immer kündigen.
Es scheint, dass Sie ein Vektordiagramm hinzugefügt haben, bei dem der Auftriebsvektor des Flügels nicht rein vertikal ist. Warum?
Aber ich mache mir immer noch ein wenig Sorgen um das Modell, weil das Hinzufügen von Schub und Neigung starke Auftriebseingaben sind. Wenn Sie daran denken, was getan wird, um von Vy in den Reiseflug einzupendeln (AOA reduzieren, Gas reduzieren, heruntertrimmen) und das verdammte Ding nimmt immer noch 30 Knoten Fluggeschwindigkeit auf" - Sie haben den Auftriebskoeffizienten reduziert, also muss die Fluggeschwindigkeit zunehmen, sonst würde das Flugzeug nach unten beschleunigen.
@quiet flyer 1. Weil das Flugzeug mit "einem AOA von 10 Grad" fliegt. 2. Weil irgendwo zwischen oben und unten eben ist. Zeit für eine Pause.
Wie treibt das Flugzeug weiter vorwärts, wenn Luftstrom und Schub nicht aufeinander abgestimmt sind?
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