Większa wysokość podnoszenia prowadzi do wzrostu wysokości
Oto, gdzie po raz pierwszy zbłądziłeś. W rzeczywistości siła nośna jest mniejsza niż waga podczas długotrwałego wznoszenia liniowego. Podstawową rzeczą, która umożliwia trwałe wznoszenie w stanie ustalonym, jest to, że wektor ciągu skierowany jest w górę, a nie poziomo , co jest prawdziwe tylko wtedy, gdy siła ciągu jest większa niż Przeciągnij . Wrócimy do tego punktu w dalszej części tej odpowiedzi.
Ale dlaczego samoloty wznoszą się, „kierując dziób w górę” ?
Bez względu na to, czy zdecydujemy się 1) wznosić przy dużym (ale stałym) kącie natarcia i niższej prędkości, czy też 2) przyspieszać do wyższej prędkości i wznosić się na niskim (ale ciągły) atak, statek powietrzny będzie nieco wysoko nad nosem podczas wznoszenia, ponieważ tor lotu jest skierowany w górę, a położenie pochylenia kadłuba jest sumą kąt wznoszenia toru lotu plus kąt natarcia skrzydła minus kąt-okoliczności (tj. „kąt olinowania” skrzydła względem kadłuba).
Trzecim sposobem wznoszenia byłoby utrzymanie tego samego pochylenia , z którym samolot miał lot na poziomie (na stałej wysokości), ale ogranicz kąt natarcia, aby pozostać bardzo nisko - im wyższa prędkość wznoszenia i bardziej stroma ścieżka wznoszenia, tym niższy kąt natarcia byłby zmuszony iść. To nie jest rodzaj pętli sprzężenia zwrotnego, która prowadzi do wysokiego tempa wznoszenia!
Aby zrozumieć, dlaczego w sztucznej sytuacji, w której pochylenie samolotu jest ograniczone do stałej, kąt ścieżki wznoszenia wpływa na kąt natarcia skrzydła, musisz zrozumieć, że przepływ powietrza lub „ względny wiatr „odczuwany przez samolot w locie jest dokładnie odwrotny do kierunku lotu samolotu w masie powietrznej - która w tym przypadku jest drogą wznoszenia. (Dla uproszczenia zakładamy, że nie ma wiatru ani wiatru wstępującego / zstępującego - te rzeczy mogą zmienić kąt wznoszenia osiągany względem ziemi bez zmiany „względnego wiatru” odczuwanego przez samolot, ale tak naprawdę nie o to chodzi w tym pytaniu. Zrozumienie, że względny wiatr „odczuwany” przez samolot jest zawsze dokładnie przeciwny do toru lotu samolotu w masie powietrznej, jest jedną z najważniejszych rzeczy w zrozumieniu, jak leci samolot. silny>
Dlatego nawet w samolocie o niezwykle dużym kącie padania , takim jak B-52, samolot będzie wysoko na stromym wzniesieniu.
Teoretycznie samolot, nawet samolot o zerowym kącie natarcia, mógłby generować siłę nośną z kadłubem dokładnie poziomo. Gdyby tor lotu lekko się wznosił, to skrzydło leciałoby pod nieznacznie ujemnym kątem natarcia, ale wypukły profil może nadal powodować siłę nośną w takiej sytuacji. Jednak samolot generowałby znacznie wyższy stosunek siły nośnej do oporu, gdyby skrzydło znajdowało się pod jakimś większym kątem natarcia. Mimo że siła nośna jest mniejsza niż masa podczas wznoszenia, wysoki stosunek siły nośnej do oporu jest nadal skorelowany z kątem stromego wznoszenia. Zobacz tę powiązaną odpowiedź ASE, aby dowiedzieć się, dlaczego: Czy siła nośna jest taka sama na wzniesieniu?
Najwyższe współczynniki L / D są generowane przy stosunkowo dużych kątach natarcia. To wtedy zobaczymy najbardziej stromy podjazd pod kątem . Najwyższe wznoszenie szybkość występuje przy nieco niższym kącie natarcia, ale dziób samolotu nadal będzie nachylony znacznie nad horyzontem z powodu prostego faktu, że pochylenie pochylenia kadłuba jest sumą kąta wznoszenia toru lotu plus kąt natarcia skrzydła minus kąt- przypadkowości skrzydła względem kadłuba.
Czy to prawda, że samolot po prostu musi przyspieszyć, aby się wznieść?
Nie, w przypadku wznoszenia liniowego w stanie ustalonym przy stałej prędkości, samolot musi również wytworzyć większy ciąg niż opór, a także musi skierować wektor ciągu w górę .
W tym miejscu musimy powrócić do akapitu rozpoczynającego się „Trzecim sposobem wznoszenia byłoby utrzymanie tego samego pochylenia , które samolot miał w poziomie lot (na stałej wysokości) ”. Jest tu właściwie inny problem poza faktem, że musielibyśmy zmuszać skrzydło do lotu pod bardzo małym kątem natarcia, gdzie stosunek L / D jest słaby. Innym problemem jest to, że wektor ciągu pozostaje poziomy, a zatem możliwe jest ciągłe wznoszenie w stanie ustalonym.
(Oczywiście możemy wspinać się z zoomem lub nawet zapętlić szybowiec bez żadnego ciągu. pętla lub powiększenie znika wymóg bliskiego wielokąta wektora wznoszenia, ciężaru, oporu i ciągu (jeśli jest obecny), więc ograniczenia są zupełnie inne niż w przypadku długotrwałego wznoszenia w stanie ustalonym).
Rozważmy przypadek samolotu takiego jak B-52. Skrzydło jest zamontowane pod dużym kątem padania do kadłuba, aby pomieścić konstrukcję podwozia „rowerowego”, umożliwiając start bez rotacji i zmniejszając opór podczas przelotów na duże odległości. Nawet przy poziomie kadłuba w stosunku do przepływu powietrza skrzydło jest ustawione pod efektywnym kątem natarcia, z wysokim stosunkiem L / D. Jeśli statek powietrzny wytwarza więcej siły nośnej niż jego masa, czy oznacza to, że został ustalony podczas wznoszenia w stanie ustalonym? Nie, oznacza to, że tor lotu zakrzywia się lub wygina w górę, powodując przechylenie samolotu w górę, co daje wektorowi ciągu składową skierowaną w górę . W tym momencie siła nośna faktycznie nieznacznie spadnie do wartości, która jest mniejsza niż masa, gdy dron dostosowuje się do wznoszenia w stanie ustalonym z ciągiem większym niż opór, z nosem skierowanym powyżej horyzont, i wektor ciągu skierowany w górę i pomagający utrzymać część ciężaru samolotu.
Zwróć uwagę, że zmieniając kąt natarcia skrzydła i zmienić stosunek współczynnika siły nośnej do współczynnika oporu, dla płytkich do umiarkowanych kątów wznoszenia lub opadania, prędkość ostatecznie reaguje w taki sposób, że siła nośna pozostaje prawie stała, podczas gdy opór znacznie się zmienia. Powodem, dla którego wybieramy optymalny kąt natarcia do wspinaczki, tak naprawdę nie jest maksymalizacja siły nośnej, ale raczej zminimalizowanie oporu, a tym samym zmaksymalizowanie stosunku ciągu do oporu. Ale niezależnie od tego, czy wybraliśmy kąt natarcia, który daje wysoki stosunek L / D, czy niski L / D, jeśli wektor ciągu jest skierowany poziomo, a nie w górę, wtedy nie jesteśmy t wspinaczka - przynajmniej nie dłużej niż na krótką chwilę. (Więcej na ten temat później!)
Ponownie, aby uzyskać więcej informacji na temat związku między ciągiem, oporem, podnoszeniem i ciężarem podczas wznoszenia, zobacz odpowiednią odpowiedź ASE Czy siła nośna równa się na wznoszeniu?
Uwaga końcowa - egzotyczna sytuacja, która nie jest charakterystyczna dla normalnego lotu swobodnego (co oznacza, że samolot nie jest połączony liną holowniczą z innym pojazdem, który zapewnia siła pchająca) została omówiona w powiązanym z ASE pytaniu i odpowiedzi. Sytuacja polega na przesuwaniu się skrzydła w górę iw dół na słupie przymocowanym do wózka. W tym przypadku, nawet jeśli wektor ciągu można uznać za poziomy, skrzydło rzeczywiście może powoli wspinać się na słupek, zachowując jednakowe pochylenie w poziomie, ale jego kąt natarcia w stosunku do przepływu powietrza będzie się zmniejszał podczas wznoszenia. stopa rośnie, powodując samoograniczający się wpływ na tempo wznoszenia, jak omówiono w niniejszej odpowiedzi.
A teraz uwaga końcowa do notatki zamykającej - wcześniej stwierdziliśmy, że " jeśli wektor ciągu wskazuje poziomo, a nie w górę, oznacza to, że nie wspinamy się ”. Zauważyliśmy również, że szybowiec może być zapętlony bez żadnego ciągu. Samolot z napędem można również „wspinać z zoomu”, nawet jeśli ciąg jest mniejszy niż opór, ale prędkość będzie się zmniejszać. Zwróć uwagę, że podczas „wznoszenia z zoomem” linia ciągu jest zwykle skierowana w górę.
Czy możemy wymyślić naprawdę wymyślny przypadek, w którym możemy „wspinać się z zoomem” bez żadnego podnoszenia? Tak, możemy - ale wspinaczka będzie bardzo krótka. Na przykład, powiedzmy, że wyciągamy się z pętli. Powiedzmy, że „ciągniemy” 4G - wektor siły nośnej jest czterokrotnością masy samolotu. Tuż przed osiągnięciem poziomego nachylenia prędkość zazwyczaj spada, co oznacza, że opór jest większy niż ciąg. Kiedy będziemy nadal podciągać, nadejdzie moment, w którym nachylenie będzie dokładnie poziome, ale siła nośna jest nadal znacznie większa niż waga. W tym momencie, jeśli zmniejszymy ciśnienie wsteczne i przesuniemy drążek do przodu w razie potrzeby, aby dokładnie zamrozić pochylenie samolotu , tor lotu będzie nadal kontynuować zakrzywienie w górę przez bardzo krótki okres czasu , aż krzywa wznosząca toru lotu zmniejszy kąt natarcia skrzydła do punktu, w którym wektor siły nośnej jest równy wektorowi ciężaru a dokładniej punkt, w którym wektor siły nośnej jest równy składowej wektora ciężaru, która działa prostopadle do toru lotu. W tym momencie przyspieszenie dośrodkowe wynosi zero. Przyspieszenie liniowe nie może być zerowe - ponieważ nadal utrzymujemy stałe położenie pochylenia kadłuba, prędkość lotu spadnie, a następnie tor lotu będzie ponownie zakrzywiony w dół, aż będzie dokładnie poziomy. Gdy wektor ciągu jest dokładnie poziomy, lot w stanie ustalonym jest możliwy tylko w kierunku poziomym, a nie w górę ani w dół. Z punktu widzenia pilota, co zdarzyło się, że osiągnęliśmy poziom pochylenia, a następnie dość szybko "rozładowaliśmy" skrzydło do stanu bliskiego 1 G i przeszliśmy do lotu w przybliżeniu poziomego. Fakt, że samolot wzniósł się bardzo krótko z kadłubem dokładnie poziomo, byłby prawdopodobnie niemożliwy do wykrycia bez specjalnego oprzyrządowania. Ale tak, technicznie rzecz biorąc, możliwe jest osiągnięcie bardzo krótkiego interwału lotu wznoszącego z wektorem ciągu pozostającym dokładnie poziomo , aw rzeczywistości prawie za każdym razem dzieje się coś podobnego przechodzimy ze nurkowania do poziomej pozycji pochylenia, chyba że uda nam się jakoś wyregulować przepustnicę w taki sposób, aby prędkość powietrza była dokładnie stała podczas końcowej części wyciągania.
Już teraz powinno być jasne dla czytelnika, że ta bardzo krótka przerwa lotu wznoszącego ze stałym poziomym nachyleniem nie jest dynamiką, którą obserwujemy podczas wznoszenia w stanie ustalonym.