Könnte ein Flugzeug jemals die Marsgravitation senkrecht zum Flugzeugboden simulieren?

Okay, da die Vereinbarung zu sein scheint, dass dies zum Thema gehört und ich ein Pilot bin, werde ich es versuchen. Die schnelle Antwort lautet ja, denn die simulierte Schwerkraft wird durch den Auftrieb des Flugzeugs erzeugt, andere Kräfte werden ausgeglichen.

Die längere Antwort ist etwas komplizierter: Können Sie die Schwerkraft des Mars mit einem Flugzeug simulieren, absolut ja. So sieht ein Parabelflugprofil aus:

Das Flugzeug wird in einen steilen Steigflug gezogen, dann beginnen die Piloten mit einem Pushover, der das Flugzeug mit 9,8 ms2 nach unten beschleunigt. In Videos des Erbrochenen Kometen sehen Sie an dieser Stelle Menschen vom Boden schweben. Der Pushover wird fortgesetzt, bis sich das Flugzeug in einem steilen Sinkflug befindet und für die nächste Iteration Geschwindigkeit aufnimmt. Es ist der Wechsel vom Flugzeug von einem steilen Steigen zu einem steilen Sinkflug, der eine simulierte Schwerelosigkeit erzeugt, nicht der Sturzflug auf die andere Seite der Parabel.

Die Kräfte, die zu diesem Zeitpunkt auf das Flugzeug wirken, sehen folgendermaßen aus:

Die Aufwärtskraft, die die Passagiere im Inneren spüren, ist senkrecht zum Sink- oder Steigwinkel (Anstellwinkel genannt, der der Winkel des Flügels durch den relativen Wind ist). Dies ist immer "oben" in Bezug auf das Flugzeug, nicht in Bezug auf die Richtung der Schwerkraft. Um Ihre Mars-Schwerkraft zu haben, müssten die Piloten also ein Profil fliegen, das eine konstante Abwärtsbeschleunigung von 6,1 ms2 (Mars-Schwerkraft beträgt 3,7 ms2, also 9,8 - 3,7 = 6,1) anstelle von 9,8 ms2 erzeugt, was so einfach ist wie Weniger Vorwärtsdruck auf den Stick auszuüben. Während dieses Parabelbogens erzeugen die Flügel 3,7 ms2 Auftrieb.

Sie denken vielleicht, dass ein langsamerer Pushover mehr Zeit in der Marsgravitation bedeutet als in der Schwerelosigkeit, aber so einfach ist es nicht. Als Pilot wäre meine Hauptüberlegung, eine sichere Fluggeschwindigkeit beizubehalten, der steile Anstieg würde mich hinter die Widerstandskurve bringen, und der langsamere Pushover würde mehr Geschwindigkeit ermöglichen, abzufließen. Ich müsste vielleicht mehr Fluggeschwindigkeit tragen oder die Zeit des Manövers verkürzen, aber es könnte getan werden.

Hier ist ein nicht-parabolischer Ansatz:

Ein Flugzeug, das in der Lage ist, einen geraden und waagerechten Motorflug in 90 km Höhe bei einer Geschwindigkeit von 22.596 km/h oder 6276 m/s aufrechtzuerhalten, wird 37,83 % der Schwerkraft der Erde normal zum Boden des Flugzeugs spüren, was der Schwerkraft des Mars entspricht, bis sie erschöpft ist von Kraftstoff. Während des Motorflugs umkreist es alle 1 Stunde 47 Minuten die Erde.

Der North American X-15 fehlten etwa 15'000 km/h an Höchstgeschwindigkeit, um dies zu erreichen.

( Quelle )

Als die Mythbusters die Apollo-Missionen anpackten, machten sie einen Mond-Schwerkraftspaziergang in einem Flugzeug, das Parabeln flog. Es sah auf jeden Fall so aus, als ob der Boden des Flugzeugs aus ihrer Perspektive eben war, und es wäre für ihren Zweck ziemlich nutzlos gewesen, wenn es nicht so wäre. (Das Problem war die hüpfende Fortbewegung, die die Astronauten verwendeten. Offensichtlich hatten die Mythbusters keine echten Raumanzüge, aber sie trugen eine schwere und bewegungseinschränkende Simulation eines solchen – und fanden die hüpfende Bewegung natürlich und einfacher als normales Gehen. )

Flugzeuge sind nicht die einzigen Geräte, die teilweise Schwerkraft erzeugen können. Auch ein Fallturm kann verwendet werden. Die meisten von ihnen unterstützen nur Flugbahnen im freien Fall, aber der Einstein-Elevator der Technischen Hochschule Hannover kann Flugbahnen mit jeder Beschleunigung zwischen 0,1 und 1 G fahren .

Neben dem Hauptzweck von Experimenten unter Mikrogravitation sind weitere Experimente mit Hypogravitation im Bereich von 0-1 g und Hypergravitation im Bereich von 1-5 g möglich.

Für die Versuchsdurchführung wird der Versuchsaufbau in eine vertikal bewegliche Vakuumkammer, Gondel genannt, aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff gestellt... Ein Linearmotor beschleunigt diese beiden Bauteile durch eine kurze Beschleunigungsphase...

Für Hypogravitationstests bleibt der Linearmotor an der Experimentgondel befestigt und steuert seine Beschleunigungskurve.

Die Nutzlast dieses Turms beträgt 1000 kg.

Es gibt ein paar Möglichkeiten, wie ich die Antwort darauf beschreiben möchte.

Ein Appell an die Intuition

Der Parabelbogen des Flugzeugs ändert nur die scheinbare Schwerkraft, die jemand spürt, der darauf fällt, nicht die Flugbahn selbst. Im Wesentlichen spüren Sie die Kraft, die Sie auf einem Marsian-G-Flugzeug haben würden, das das gleiche Fluglageprofil fliegt.

Wenn Sie in diesem Flugzeug auf einem Sitz saßen, würden Sie sich beim Steigen des Flugzeugs in die Sitzlehne gedrückt und beim Abtauchen in die Sicherheitsgurte gedrückt fühlen.

Um diese Kräfte zu mildern, müsste das Flugzeug beim Steigflug abbremsen und beim Sturzflug beschleunigen. Dieses Beschleunigungs-/Verzögerungsprofil wäre eine Funktion der Fluglage während des Manövers.

Mir ist nicht ganz klar, was das über die Praktikabilität des Manövers bedeutet; Sie müssten wahrscheinlich auf der hohen Seite beginnen, um die Verzögerungszeit zu minimieren, aber Sie brauchen auch ein Flugzeug, das die verbleibende Zeit damit verbringen kann, im Tauchgang zu beschleunigen, ohne seine V_ne zu überschreiten.

So wie sie es mir in der Ingenieurschule beigebracht haben

Ein Freikörperdiagramm (das ich später zeichnen kann) zeigt, dass die vom Boden des Flugzeugs gelieferte Normalkraft notwendigerweise eine Komponente hat, die "aus" dem Parabelbogen zeigt, dh eine nach hinten gerichtete Kraft auf der oberen Seite des Bogens , und eine nach vorne gerichtete Kraft auf der nach unten gerichteten Seite des Bogens.

Die implizite Antwort ist jedoch dieselbe. Das Flugzeug muss verlangsamen, damit die Summe der scheinbaren Kräfte während des Steigflugs senkrecht zum Boden steht, und beschleunigen, damit die Summe der scheinbaren Kräfte während des Sinkflugs senkrecht zum Boden steht. (... dieser Teil der Antwort könnte zugegebenermaßen verbessert werden, aber es ist spät, wo ich gerade bin.)