Wie wirkt sich das Gewicht eines Flugzeugs auf das Vn-Diagramm aus?

Nun, um Ihre erste Frage zu beantworten, das Flugzeuggewicht wirkt sich nicht wirklich auf das Vn-Diagramm aus, da dieses Diagramm unter Kenntnis der strukturellen Kräfte entwickelt wird, die das Flugzeug aufnehmen kann, ohne beschädigt zu werden.

Zur Beantwortung Ihrer Frage zum Zusammenhang zwischen Manövrierfähigkeit und Flugzeuggewicht ist der Zusammenhang nur ein "einfaches" physikalisches Problem. Sie müssen nur die Flugzeugeigenschaften wie den Schwerpunkt, die verschiedenen aerodynamischen Faktoren und die Auswirkung der Auslenkung der Steuerflächen kennen. Wenn Sie die sechs Gleichungen mit sechs Variablen des Differentialsystems lösen, können Sie herausfinden, wie sich eine Eigenschaft des Flugzeugs auf seine Manövrierfähigkeit auswirkt.

Schließlich, wie Sie sagen, wenn das Gewicht niedrig ist, ist der benötigte Auftrieb geringer, aber dies wirkt sich nicht auf das Vn-Diagramm aus, da n mehr oder weniger konstant bleibt, weil:$n=\frac{L}{W}$. Dieses Diagramm zeigt uns nur, welche Beziehung zwischen den aerodynamischen Kräften und dem Gewicht besteht. Wir alle wissen, dass das Gewicht eines der Probleme für ein Flugzeug ist, aber es hilft auch, das Biegemoment an der Flügelwurzel zu verringern, weshalb die letzten Treibstofftanks, die in einem Flugzeug geleert werden, diejenigen sind, die weiter entfernt von der sind Rumpf.

Wenn ein Flugzeug schwerer ist (z. B. Flügeltanks oder Rumpftanks voller Treibstoff), führt eine bestimmte Menge an Kraft in Pfund, die von den Flügeln erzeugt wird, zu einer geringeren G-Last und damit zu weniger Kraft auf Komponenten mit festem Gewicht wie Batterie oder Motor (S). Daher werden die Halterungen, die diese Teile des Flugzeugs an Ort und Stelle halten, weniger Belastung ausgesetzt. Daher kann die maximale Kraft, die der Flügel ausüben darf - gemessen in Pfund oder Newton, nicht G - erhöht werden - wieder unter der Annahme, dass es die Belastung von Dingen wie den Motorhalterungen usw. ist, über die wir uns Sorgen machen - - und deshalb steigt die Manövriergeschwindigkeit (Va) bei vielen Flugzeugen mit zunehmendem Flugzeuggewicht. (Unterhalb der Manövriergeschwindigkeit bleibt der Flügel stehen, bevor er eine kritische Kraft erzeugt, die vom Konstrukteur als zu hoch eingestuft wurde.

Einfacher ausgedrückt: Wenn wir die Manövriergeschwindigkeit so einstellen, dass die Befestigungen von Gegenständen mit festem Gewicht geschützt werden, dann ist alles, was zählt, die maximale G-Last, die wir dem Flugzeug erlauben, sich zu entwickeln. Wenn das Flugzeug schwerer ist, tritt die Strömungsabrissgeschwindigkeit bei einer gegebenen G-Last bei einer höheren Fluggeschwindigkeit auf. Die Manövriergeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, bei der das Flugzeug stehen bleibt, bevor es so viel Kraft ausübt, dass es die Struktur beschädigt. Wenn wir also die Manövriergeschwindigkeit so einstellen, dass die Halterungen von Gegenständen mit festem Gewicht geschützt werden, indem wir dem Flugzeug nicht erlauben, eine bestimmte G-Last zu überschreiten, dann können wir die Manövriergeschwindigkeit erhöhen , wenn wir das Gewicht des Flugzeugs erhöhen.

Wenn wir uns andererseits Sorgen machen würden, die Flügel vom Rumpf abzureißen – wenn das der begrenzende Faktor beim Festlegen unserer Grenzgeschwindigkeit wäre – dann würde es keinen Sinn machen, unsere Grenzgeschwindigkeit zu erhöhen, wenn wir das Flugzeuggewicht erhöhen am wenigsten, wenn das ganze erhöhte Gewicht in den Rumpf ginge. In einem vereinfachten Fall, in dem das Gewicht des Flügels im Vergleich zum Gewicht des Rumpfes vernachlässigbar ist, ist es dasselbe , wenn der Flügel X Pfund Auftrieb erzeugtKraft vom Flügel auf den Rumpf übertragen wird, unabhängig davon, wie schwer der Rumpf ist und wie hoch die G-Last ist. Wenn das Gewicht des Flügels im Vergleich zum Gewicht des Rumpfes nicht vernachlässigbar ist, bedeutet das Hinzufügen von Gewicht zum Rumpf, dass ein geringerer Prozentsatz der Auftriebskraft des Flügels vom Flügel selbst "absorbiert" wird, und zwar für einen gegebenen Auftrieb von X Pfund Die vom Flügel erzeugte Kraft, die vom Flügel auf den Rumpf ausgeübte Kraft und die Belastung der Flügel-Rumpf-Verbindung steigen , wenn wir das Flugzeuggewicht erhöhen. Wenn in einem solchen Fall die Flügel-Rumpf-Verbindung unser kritisches Anliegen ist, wäre es sinnvoll, die Manövriergeschwindigkeit zu verringernwenn das Flugzeuggewicht erhöht wird. Wenn andererseits das zusätzliche Gewicht in den Flügel eindringt (Kraftstoff, externe Speicher, die an den Flügeln hängen), wird bei einem bestimmten vom Flügel erzeugten Auftrieb von X Pfund ein Teil der Auftriebskraft des Flügels von diesem Gewicht "absorbiert". und die gesamte G-Last wird in jeder gegebenen Situation geringer sein und es wird weniger Kraft vom Flügel auf den Rumpf übertragen und weniger Belastung auf die Flügel-zu-Rumpf-Befestigung, so dass es wiederum sinnvoll wäre , die Manövriergeschwindigkeit wie folgt zu erhöhen Wir erhöhen das Flugzeuggewicht, wenn Bereiche wie die Flügel-Rumpf-Montage kritisch sind.

Wenn in ähnlicher Weise mehr Gewicht entlang der Flügelspannweite verteilt wird, ist die Biegespannung an den Flügelholmen geringer, für eine gegebene Gesamtkraft in Pfund, die durch den Flügel erzeugt wird. Wenn also die Flügelholme die kritische Komponente sind, die unsere Wahl der Manövriergeschwindigkeit bestimmt, dann sollte die Manövriergeschwindigkeit steigen, wenn wir das Gewicht erhöhen, indem wir es zum Flügel hinzufügen , aber wenn wir das Gewicht erhöhen, indem wir es zum Rumpf hinzufügen, Die Manövriergeschwindigkeit sollte sinken .

Es ist also kompliziert. Der einfachste Fall ist, wenn das einschränkende Anliegen die Belastung der Halterungen von Gegenständen mit festem Gewicht ist, wie z. B. Motorhalterungen, Batteriehalterungen usw., wie zu Beginn dieser Antwort beschrieben. Mein Verständnis ist, dass dies tatsächlich der häufigste Fall ist und erklärt, warum im Vn-Diagramm die Manövriergeschwindigkeit typischerweise mit zunehmendem Flugzeuggewicht ansteigt. Auch in diesem Fall stellen wir einfach eine maximal zulässige G-Belastung ein .

Die "Manövriergeschwindigkeit" wird in der in der Frage verlinkten Abbildung nicht explizit angezeigt , tritt jedoch im Allgemeinen an dem Punkt auf, an dem die Linie, die die maximal zulässige G-Last darstellt, auf die gebogene linke Kante der Hülle trifft, die den Stall darstellt, mit etwas zusätzlicher Sicherheit Marge hinzugefügt. Die obige Diskussion, ob die Manövriergeschwindigkeit Va erhöht oder gesenkt werden sollte, wenn wir Gewicht zum Flugzeug hinzufügen, je nachdem, wo wir das Gewicht hinzufügen, ist genau gleichbedeutend mit einer Diskussion darüber, ob wir die begrenzende G-Last erhöhen oder verringern sollten, oder keines von beiden, da wir dem Flugzeug Gewicht hinzufügen. Beachten Sie, dass im Vn-Diagramm durch Hinzufügen von Gewicht zum Flugzeug die gekrümmte linke Kante der Hülle, die den Strömungsabriss darstellt, weiter nach rechts verschoben wird. Sie können sehen, wie, wennUnser Ziel ist es einfach, die Manövriergeschwindigkeit so einzustellen, dass das Flugzeug daran gehindert wird, eine festgelegte maximal zulässige G-Belastung zu überschreiten. Dann ändert eine Gewichtszunahme automatisch das Vn-Diagramm so, dass die Manövriergeschwindigkeit proportional zum Quadrat zunimmt Wurzel der Gewichtszunahme. Wenn jedoch das Ziel darin besteht, die Belastung der Flügelholme oder der Flügel-Rumpf-Verbindung zu begrenzen, kann die Situation völlig unterschiedlich sein, je nachdem, wo wir das Gewicht hinzufügen.

(Das in der Antwort verlinkte Diagramm zeigt dies nicht, da es die Stallgeschwindigkeit für unterschiedliche Gewichte nicht anzeigt. Vielmehr zeigt es eine Änderung der IAS-Stallgeschwindigkeit mit der Höhe , die wahrscheinlich mit Mach-Effekten zusammenhängt und nicht mit etwas mit denen wir uns bei leistungsschwächeren Flugzeugen befassen müssen.)

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A: Was ist Vg in diesem VG-Diagramm?“ – in diesem Fall wurde dem Flugzeug (Segelflugzeug) ein höheres Vg zugewiesen, die maximal zulässige Geschwindigkeit bei böigen Bedingungen, sowie ein höheres Vne, wenn es weniger Gewicht trug das Gegenteil von dem, was wir oft in Bezug auf die Manövriergeschwindigkeit Va in leichten Flugzeugen sehen. Also - wie in der vorliegenden Antwort angegeben - " es ist kompliziert ".