Warum hat ein Verkehrsflugzeug einen flachen Sinkflug, wenn es schwerer ist, im Gegensatz zu Segelflugzeugen mit Ballast?

Wenn Sie meine begrenzten Paint-Fähigkeiten verzeihen können:

Es ist die variable/konstante Geschwindigkeit , die den Unterschied macht.

• Das Gewicht ändert die Ausdauer (Zeit bis zum Boden) und nicht die Reichweite (Entfernung zum Boden), wenn die Geschwindigkeit an das neue Gewicht angepasst wird .
• Das Gewicht ändert die Geschwindigkeit für das beste L/D, ändert jedoch niemals das beste L/D-Verhältnis (und damit die beste Reichweite).

Für Segelflugzeuge (die die Geschwindigkeit an das neue Gewicht anpassen):

Ballast ermöglicht es ihnen, schneller zu fliegen und gleichzeitig das beste L/D beizubehalten. Der Pilot erhöht die Geschwindigkeit , um das gleiche (beste) Gleitverhältnis beizubehalten, wenn auch mit einer erhöhten Sinkrate (fpm). Sie kommen schneller dort an , in einer erhöhten Geschwindigkeit, aber mit der gleichen Gleitdistanz (schließlich bis zum Boden).

Für Motorflugzeuge (die unabhängig vom Gewicht mit festgelegten Geschwindigkeiten fliegen ):

Piloten steigen normalerweise mit fester Fluggeschwindigkeit aus dem Reiseflug ab , normalerweise weit über dem besten L / D. Ein höheres Gewicht bedeutet, dass das Flugzeug viel näher an der besten L/D-Geschwindigkeit liegt, sodass die Flugbahn viel flacher ist. Sie erreichen es in der gleichen Zeit , aber Sie werden viel höher sein , wenn Sie schwer sind.

Oder wenn es einfacher ist, so zu denken, ein leichtes Flugzeug ist viel weiter von seiner besten L / D-Geschwindigkeit entfernt als ein schweres, wenn es einen Anflug fliegt. Dadurch fällt der Leichte natürlich steiler ab.

Beachten Sie, dass sich dies alles auf einen normalen Abstieg von der Kreuzfahrt bezieht. Endanfluggeschwindigkeiten kurz vor der Landung werden in einem großen Flugzeug tatsächlich gewichtskorrigiert, und schwere Flugzeuge haben tatsächlich eine höhere V _ref und landen etwas schneller.

Warum hat ein Verkehrsflugzeug einen flachen Sinkflug, wenn es schwerer ist, im Gegensatz zu Segelflugzeugen mit Ballast?

Tatsächlich teilen Segelflugzeuge diese Eigenschaft mit Verkehrsflugzeugen , wenn wir über einen Flug mit einer gegebenen hohen Fluggeschwindigkeit sprechen, die weit über der Fluggeschwindigkeit für das beste L/D-Verhältnis liegt.

Zuerst ein paar allgemeine Beobachtungen zum Gleitflug, basierend auf etwas, das aus einer anderen Antwort entlehnt , aber jetzt stark modifiziert wurde -

• Der Einfachheit halber ignorieren alle folgenden Punkte und alle anderen Inhalte in dieser Antwort kleine Änderungen des L / D-Verhältnisses und des Gleitverhältnisses aufgrund einer höheren Reynolds-Zahl, die mit einer höheren Fluggeschwindigkeit verbunden ist . Ebenso werden Effekte bezüglich der Machzahl oder Kompressibilität ebenfalls ignoriert.

• Der Einfachheit halber gehen alle folgenden Punkte und alle anderen Inhalte in dieser Antwort von keiner Luftmassenbewegung aus (kein Wind oder Heben oder Sinken).

• In diesem Fall ist das Gleitverhältnis gleich dem L/D-Verhältnis

• Für ein gegebenes Flugzeug in einer gegebenen Konfiguration bestimmt der Anstellwinkel das L/D-Verhältnis. Für ein bestimmtes Flugzeug in einer bestimmten Konfiguration tritt das beste L/D-Verhältnis immer bei einem bestimmten Anstellwinkel auf. Mit "einer vorgegebenen Konfiguration" meinen wir eine vorgegebene Form, unabhängig vom Gewicht.

• Wenn der Anstellwinkel konstant gehalten wird, erhöht ein erhöhtes Gewicht die Fluggeschwindigkeit und die Sinkrate und verringert die Ausdauer (Zeit zum Boden), ändert jedoch nicht das L / D-Verhältnis oder das Gleitverhältnis oder die Reichweite (Entfernung zum Boden). Die Auswirkung einer Gewichtszunahme besteht also darin, jeden Punkt auf dem Diagramm der Fluggeschwindigkeit im Vergleich zur Sinkrate in Richtung einer höheren Fluggeschwindigkeit und einer höheren Sinkrate zu verschieben, wobei jeder Punkt entlang einer geraden Linie verschoben wird, die vom Ursprung des Diagramms durch den Punkt gezogen wird Frage und dann weiter verlängert. (Die Fluggeschwindigkeit und die Sinkrate „GD“ oder „grüner Punkt“ werden auf genau diese Weise in der Abbildung „H4“ weiter unten in dieser Antwort angepasst. Die diagonale Linie stellt den Effekt der Erhöhung des Gewichts dar, während der Anstellwinkel beibehalten wird Konstante.

• Wenn die Luftgeschwindigkeit konstant gehalten wird, ändert eine Gewichtsänderung das L / D-Verhältnis und das Gleitverhältnis und auch die Ausdauer (Zeit zum Boden) und auch die Reichweite (Entfernung zum Boden). Bei einer festen Fluggeschwindigkeit weit über der besten L/D-Geschwindigkeit bedeutet mehr Gewicht ein höheres L/D-Verhältnis und eine höhere Gleitzahl und eine geringere Sinkrate und mehr Ausdauer (Zeit zum Boden) und mehr Reichweite (Entfernung zum Boden), weil die Das Flugzeug wird mit einem Anstellwinkel geflogen, der näher an dem Anstellwinkel liegt, der das maximale L/D-Verhältnis ergibt.

• Das Ändern des Gewichts ändert die Geschwindigkeit für das beste L/D-Verhältnis, ändert jedoch nicht das beste L/D-Verhältnis, das erhalten werden kann.

Nun zur konkreten Frage –

Die Frage nennt rund 737 Leistungsdaten für den Leerlauf-Leistungsabstieg . In diesem Fall fliegt das Flugzeug einen Fluggeschwindigkeitsplan, der nur von der Höhe abhängt und vom Flugzeuggewicht unabhängig ist und weit über der Fluggeschwindigkeit für maximales L/D (dh für maximales Gleitverhältnis) liegt. (Die genaue Bedeutung von ".78/280/250" wird in dieser zugehörigen Antwort erläutert.) Es ist sinnvoll, dass das schwerere Flugzeug mehr Boden abdeckt als das leichtere, da das schwerere Flugzeug mit einem Anstellwinkel geflogen wird, der näher am maximalen L/D-Anstellwinkel liegt als das leichtere Flugzeug . So als ob Sie entschieden hätten, dass Sie einen Geschwindigkeitslauf aus 10.000 Fuß bei 150 mph IAS in einem Segelflugzeug fliegen würden und die beste L/D-Geschwindigkeit 50 mph IAS im Zustand ohne Ballast und 70 mph IAS im Zustand mit Ballast wäre, Sie hätten im ballastierten Zustand eine geringere Sinkrate und würden im ballastierten Zustand auch mehr Distanz über dem Boden zurücklegen, weil Sie näher an den maximalen L/D-Anstellwinkel und die Fluggeschwindigkeit fliegen würden.

Wenn dies widersprüchlich erscheint, sehen Sie sich das zweite Diagramm in dieser verwandten ASE-Antwort an . Man sieht deutlich, dass der schwerere Schirm bei 190 km/h ein geringeres Sinken hat als der leichtere Schirm. Dies ist einer der Hauptgründe, warum Segelflugzeuge oft Ballast tragen – um eine geringere Sinkrate zu erzielen, wenn sie mit einer gegebenen, hohen Fluggeschwindigkeit fliegen , und somit die Leistung während des Rennens zu optimieren.

Dies bedeutet in keiner Weise, dass ein schwereres Verkehrsflugzeug, wenn es mit einer Fluggeschwindigkeit geflogen wird, die so gewählt ist, dass es den maximalen L/D-Anstellwinkel oder einen anderen festen Anstellwinkel ergibt, einen anderen Gleitwinkel erfährt als ein leichteres oder Erfahrungen eine geringere Sinkrate als eine leichtere. Keines dieser Dinge wäre wahr. Wenn ein schwereres Flugzeug mit einem bestimmten Anstellwinkel geflogen wird, wie z. B. dem maximalen L / D-Anstellwinkel, erreicht es den gleichen Gleitpfad wie ein leichteres, aber das schwerere Flugzeug fliegt diesen Gleitpfad mit a entlang höhere Fluggeschwindigkeit und eine höhere Sinkrate.

Eine interessante Sache an der 737-Tabelle ist, dass für alle Gewichte die gleiche Zeit zum Abstieg aus einer bestimmten Höhe angegeben ist. Vielleicht ist dies nah genug für eine ungefähre Schätzung, aber in Wahrheit brauchen die schwereren Flugzeuge mehr Zeit, um aus der Höhe abzusinken, da der Abstieg nicht mit einem festen Anstellwinkel unabhängig vom Gewicht durchgeführt wird, sondern auf einer festen Höhe -versus-Fluggeschwindigkeitsplan, der deutlich über der besten L/D-Geschwindigkeit liegt. Die einzige Möglichkeit, wie das schwerere Flugzeug eine größere Entfernung zurücklegen kann, während es mit dem gleichen Höhen-Geschwindigkeits-Plan fliegt wie das leichtere Flugzeug, besteht darin, mit einer geringeren Rate zu sinken – genau wie das mit Ballast beladene Segelflugzeug, das in den obigen Beispielen mit hoher Geschwindigkeit fliegt.

Die Frage zitiert auch eine Passage aus einem Airbus-Bulletin, einschließlich eines Verweises auf die Fluggeschwindigkeit des "grünen Punkts":

1.3.3. Gewichtseffekt

Die Geschwindigkeit des grünen Punktes (Mindeststeigung) ist eine Funktion des Gewichts. Im Standard-Sinkgeschwindigkeitsbereich (vom grünen Punkt bis zum VMO) werden die Geschwindigkeit und der Gradient der Sinkgrößen bei höheren Gewichten reduziert. [Betonung hinzugefügt]

Wie in dieser verwandten Antwort erläutert, nimmt die Fluggeschwindigkeit des "grünen Punkts" mit zunehmendem Gewicht zu und dient als gute Annäherung an die Fluggeschwindigkeit, die den Anstellwinkel für das beste L / D (bestes Gleitverhältnis) ergibt. Daher kann die zitierte Passage beim ersten Lesen den Eindruck erwecken, dass sich der Satz „Im Standard-Sinkgeschwindigkeitsbereich (vom grünen Punkt bis VMO) werden die Rate und der Gradient der Sinkgrößen bei höheren Gewichten reduziert“ auf den Kontext a bezieht Abstieg, der unabhängig vom Gewicht bei einem bestimmten Zielanstellwinkel durchgeführt wird und sich in gewisser Weise auf die Fluggeschwindigkeit des "grünen Punkts" bezieht. Dies ist jedoch nicht der Fall.

Der erste Satz auf Seite 163 des zitierten Airbus-Bulletins beginnt mit „Bei einer gegebenen TAS...“. Darüber hinaus legt die erste Abbildung auf Seite 163 des zitierten Bulletins (Abbildung „H4“, unten wiedergegeben) nahe, dass die Fluggeschwindigkeit des „grünen Punkts“ KEINE Rolle bei der Definition des „Standard-Sinkgeschwindigkeitsbereichs“ spielt, und zeigt auch, dass die „ Standard-Sinkfluggeschwindigkeitsbereich" liegt unabhängig vom Gewicht deutlich über der besten L/D-Fluggeschwindigkeit und deutet auch darauf hin, dass der "Standard-Sinkfluggeschwindigkeitsbereich" unabhängig vom Flugzeuggewicht konstant ist. Der Ausdruck "die Rate und der Gradient der Sinkgrößen werden bei höheren Gewichten verringert" bezieht sich eindeutig auf einen Sinkflug, der gemäß einem Fluggeschwindigkeitsprofil durchgeführt wird, das unabhängig definiert istB. das oben diskutierte ".78/280/250"-Profil. Das ist der Grund dafür, dass die Sinkrate und der Sinkgradient bei höheren Gewichten reduziert werden – im Gleitflug oder im Sinkflug mit geringer Leistung bei einer bestimmten Fluggeschwindigkeit, die weit über der maximalen L/D-Fluggeschwindigkeit liegt, ist ein schwereres Flugzeug mit einem effizienteren Anstellwinkel geflogen werden als ein leichteres Flugzeug.

Eine letzte Anmerkung: Auf Seite 160 des hier diskutierten Airbus-Bulletins heißt es: "Der Abstieg erfolgt mit dem Flugleerlaufschub (dh mit einem Schub nahe Null)." Wie ändern sich die Dinge bei höheren Leistungseinstellungen? Bei einer höheren Leistungseinstellung ist klar, dass ein schweres Flugzeug absteigen wird, während ein leichteres Flugzeug mit identischer Konfiguration, das mit der gleichen Fluggeschwindigkeit fliegt, immer noch die Höhe behält oder sogar steigt. Daraus folgt logischerweise, dass es eine Zwischenleistungseinstellung geben muss, bei der bei einer bestimmten Fluggeschwindigkeit genau die gleiche Sinkrate und der gleiche Gleitwinkel bei zwei verschiedenen Gewichten erzielt werden.

Wir haben festgestellt, dass „im Gleitflug oder im Sinkflug mit geringer Leistung bei einer bestimmten Fluggeschwindigkeit, die weit über der maximalen L/D-Fluggeschwindigkeit liegt, ein schwereres Flugzeug mit einem effizienteren Anstellwinkel geflogen wird als ein leichteres Flugzeug ". Leider kommt es nie vor, dass ein schwereres Flugzeug im horizontalen Motorflug tatsächlich weniger Schub benötigt als ein leichteres Flugzeug der gleichen Konfiguration, das mit der gleichen Geschwindigkeit fliegt. Das wäre wirklich „etwas umsonst bekommen“! Gewissermaßen kann man sich das Gewicht als "Treibstoff" (oder genauer gesagt als potenzielle Energie) für ein Flugzeug vorstellen, das mit einer niedrigen Leistungseinstellung oder ohne Leistung absinkt, aber das Gewicht wirkt in keiner Weise als "Treibstoff" für ein Flugzeug horizontales Fliegen (oder Klettern) in Bezug auf die umgebende Luftmasse.