Domanda:
Perché c'è una differenza tra la velocità GPS e la velocità dell'indicatore?
Super Hornet
2014-05-28 13:35:13 UTC
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Ho appena giocato con il simulatore di volo e ho notato che il GPS mostra una velocità diversa dall'indicatore di velocità nella cabina di pilotaggio. Inoltre, la velocità GPS è superiore all'indicatore. Qualche idea perché?

coda o vento contrario?
In realtà, non ne sono sicuro
OP, @ratchetfreak ti stava dando la risposta, non facendoti una domanda. :)
Cinque risposte:
#1
+49
DeltaLima
2014-05-28 16:51:00 UTC
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L'indicatore di velocità nell'abitacolo mostra la velocità indicata . La velocità indicata è solitamente diversa dalla velocità GPS, a causa del vento e degli effetti aerodinamici.

La velocità GPS è la tua velocità rispetto al suolo. Se sei in piedi sulla terraferma, legge 0. Se indica 100 nodi, in un'ora sarai a 100 NM da dove ti trovi ora, purché continui a volare in linea retta.

La velocità è la velocità del velivolo rispetto all'aria circostante. Quindi, se ti trovi sulla terraferma con 20 nodi di vento in faccia, la tua velocità sarà di 20 nodi. Se viaggi a una velocità di 100 nodi contro un vento contrario di 20 nodi, la tua velocità al suolo è di 80 nodi. Se fai 100 nodi di velocità con 20 nodi di vento in coda, la tua velocità GPS sarà di 120 nodi.

Ma anche in condizioni di vento calmo l'indicatore di velocità sarà letto in modo diverso dalla velocità GPS. Questo ha a che fare con il modo in cui viene misurata la velocità.

La velocità è misurata con un tubo di Pitot. Un tubo di Pitot ha due porte di misurazione della pressione. Uno che misura la pressione totale $ P_t $. Questa porta è rivolta verso il flusso d'aria in entrata. L'altro misura la pressione statica $ P $ ed è posto perpendicolare al flusso d'aria. La differenza tra le due pressioni è chiamata pressione di impatto (aumento di pressione dovuto al flusso d'aria che colpisce il tubo di Pitot) ed è indicata con $ q_c $.

La pressione di impatto è correlata alla velocità del flusso d'aria nel tubo di Pitot è esposto a. Se il flusso è considerato incomprimibile (che è un'approssimazione accettabile per velocità fino a 200 nodi) la pressione d'impatto può essere derivata dall'equazione di Bernouilli.

$ q_c = \ frac {1} {2} \ rho V ^ 2 $

  • $ q_c $ è la pressione di impatto in Pa
  • $ \ rho $ è la densità in kg / m 3
  • $ V $ è la vera velocità relativa in m / s

L'indicatore di velocità è calibrato per condizioni standard a livello del mare, dove $ \ rho $ è 1.225 kg / m 3 . In realtà l'aereo volerà in quota e quindi la densità effettiva dell'aria è inferiore. Pertanto anche la velocità indicata sarà inferiore. Ad esempio, se un aereo vola a 75 m / s (circa 146 nodi) a 6000 piedi, la densità sarà 1,02393 kg / m 3 .

$ q_c = \ frac {1} {2} 1.02393 \ cdot 75 ^ 2 = 2879.8 \ textrm {Pa} $

La velocità equivalente a livello del mare per lo stesso $ q_c $ è:

$ V_ {EAS} = \ sqrt {\ frac {2 q_c} {\ rho_0}} = \ sqrt {\ frac {2 \ cdot 2879.8} {1.225}} = 68.6 \ textrm {m / s} $

Il tuo indicatore di velocità leggerà solo 68,6 m / s (133 nodi) nonostante ti muovi a 75 m / s (146 nodi) rispetto all'aria.

La conversione della velocità relativa reale alla velocità relativa equivalente può essere eseguita direttamente da:

$ V_ {EAS} = V \ cdot \ sqrt {\ frac {\ rho} {\ rho_0}} $

  • $ V_ {EAS} $ velocità equivalente (m / s)
  • $ V $ velocità reale (m / s)
  • $ \ rho $ densità effettiva dell'aria (kg / m 3 ).
  • $ \ rho_0 $ densità alle condizioni standard del livello del mare (1.225 kg / m 3 )

Gli effetti della densità inferiore sul tuo l'indicatore di velocità diventa più pronunciato man mano che si sale. Una volta che si va a una velocità superiore a circa 100 m / s, gli effetti della compressibilità non possono più essere ignorati e quanto sopra non si applica più. Gli indicatori di velocità relativa sono corretti per gli effetti della compressibilità e quindi non utilizzano la velocità relativa equivalente ma invece usano velocità dell'aria calibrata per la calibrazione.

$ V_ {CAS} = a_ {0} \ sqrt {5 \ left [\ left (\ frac {q_c} {P_ {0}} + 1 \ right) ^ \ frac {2} { 7} -1 \ right]} $

  • $ V_ {CAS} $ è la velocità calibrata
  • $ a_ {0} $ è la velocità del suono sotto il livello del mare standard condizioni (340,3 m / s)
  • $ P_0 $ è la pressione statica dell'aria in condizioni standard a livello del mare (101325 Pa)
  • $ {q_c} $ è la pressione d'impatto

La pressione di impatto è anche un po 'più complessa per il flusso comprimibile:

$ \; q_c = P \ left [\ left (1 + 0.2 M ^ 2 \ right) ^ \ tfrac {7} {2} -1 \ right] $

  • $ P $ la pressione statica
  • $ M $ il numero di Mach

Efficacemente , maggiore è la velocità e maggiore è la differenza tra la velocità indicata e la velocità reale. Ad esempio, Mach 0,8 a 40000 piedi in assenza di vento risulterà in una velocità GPS di 489 nodi , ma una velocità calibrata di soli 242 nodi , che è meno della metà.

Pertanto ad altitudini e velocità elevate, la velocità relativa indicata sarà inferiore alla velocità al suolo / velocità GPS, a meno che non si abbia un vento contrario estremo.

Risposta molto esauriente, ma penso che sia troppo avanzato e pesante per la matematica, non necessario per un appassionato occasionale (o anche per un pilota professionista). Sembra più un libro di testo di aerodinamica che una panoramica concettuale.
@dvnrrs Ho provato a scriverlo in modo tale che quando salti le formule il concetto di base continua a venire fuori. Ho incluso valori numerici per illustrare gli effetti descritti nelle formule e ho incluso blocchi di testo che spiegano cosa sta succedendo.
Sicuramente ci metti un sacco di impegno ed è un'ottima informazione per qualcuno che è interessato a quel livello di dettaglio. Per il contesto di questa domanda, tuttavia, penso che la matematica dovrebbe essere saltata del tutto e la risposta presentata invece dal punto di vista di ciò che un tipico pilota dovrebbe sapere o dovrebbe sapere. Ai lettori interessati possono sempre essere forniti collegamenti a materiale più avanzato. Solo i miei pensieri!
@dvnrrs No! Si prega di non saltare la matematica e la spiegazione. Anche se è più di quanto richiesto, è pertinente, utile e affascinante e (come al solito su aviation.sx) ho imparato una risposta a una domanda che non sapevo nemmeno di avere. Sicuramente archiviare questo come riferimento.
@dvnrrs Potrebbe essere carino suddividere la risposta in due parti. Uno per utenti più occasionali e uno per utenti / persone più tecnici che vogliono continuare a leggere. Detto questo, non penso che sia così male così com'è.
Come studente di fisica, quegli esponenti di $ 7/2 $ e $ 2/7 $ sono * molto * interessanti. Ti interessa spiegare come si presentano?
@DavidZhang questi sono $ \ tfrac {\ gamma} {\ gamma - 1} $ et $ \ tfrac {\ gamma -1} {\ gamma} $. $ \ gamma $ è il * rapporto dei calori specifici * che si presume sia 1,4 per l'aria.
$ q_c $ è anche noto come pressione dinamica.
La velocità GPS e l'ASI mostrano valori diversi a causa di come vengono misurati, e non ha nulla a che fare con "vento e effetti aerodinamici". Ho apportato la modifica ed è stata ripristinata dall'autore originale, anche dopo l'approvazione.
@rbp I (l'autore originale) ha approvato le tue modifiche solo parzialmente e le ha modificate per mantenere il flusso di ragionamento originale. Avrei anche potuto rifiutarli e poi modificare le parti con cui ero d'accordo, ma ho pensato che fosse più giusto premiare i tuoi sforzi accettando la modifica. La differenza tra la velocità al suolo e la velocità dell'aria indicata è infatti perché vengono misurate in modo diverso e questo ha tutto a che fare con il vento e gli effetti aerodinamici. Ho citato di proposito questi due componenti nel primo paragrafo e li ho ampliati nei paragrafi seguenti.
qual è l'effetto aerodinamico?
@rbp Il cambiamento della pressione dinamica con velocità e densità e gli effetti di compressibilità ad alta velocità sono tutti effetti aerodinamici.
#2
+18
Thunderstrike
2014-05-28 15:01:01 UTC
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Ecco un'immagine molto semplice di ciò che potresti vedere:

pic
(fonte: cadblog.net)

Ed è per questo che atterriamo con vento contrario piuttosto che con vento in coda, poiché altrimenti atterreremmo a una velocità maggiore e richiederemo più pista per fermarci.

Il GPS misura la velocità al suolo o la velocità assoluta. Il tubo di Pitot sull'aereo misurerà la velocità relativa al flusso d'aria intorno all'aereo.

Ecco un grafico utile della NASA sulla velocità relativa:

https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/Animation/airrel/Images/relg.gif

Nota a piè di pagina: come Ratchet Freak dimostra nella sua equazione, devi ovviamente ricordare che questo lo semplifica come volare dritto nel vento senza tener conto del vento direzione.

Quella grafica mi fa male alla testa, ma non riesco a smettere di fissarla
La "velocità relativa" indicata è ** non una velocità **. Affatto.
@JanHudec per i non piloti o gli ingegneri aerospaziali, ti va di spiegare?
@NickT: È una pressione dinamica, espressa come velocità alla quale quella pressione si verificherebbe a livello del mare in condizioni standard. Ci sono già due risposte che lo spiegano, quindi non devo.
Comunque, mancando la distinzione tra velocità reale e velocità indicata, questa domanda è fuorviante. Nonostante la bella grafica.
#3
+14
TypeIA
2014-05-28 16:48:13 UTC
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Le altre risposte sul vento sono vere, ma questo non è quello che vedi nella tua simulazione. Quello che stai effettivamente vedendo è la differenza tra la velocità relativa effettiva e la velocità relativa indicata .

La vera velocità relativa è la velocità effettiva dell'aereo nell'aria. In assenza di vento, è la stessa della velocità dell'aereo sul terreno. Questo è ciò che mostra il tuo GPS.

L'indicatore di velocità, d'altra parte, è in realtà solo un sensore di "pressione dinamica". Funziona misurando la pressione del flusso d'aria del pistone. Ma come sappiamo, salendo nell'atmosfera, l'aria diventa più rarefatta, meno densa e con una pressione più bassa. Questo fa sì che l'indicatore di velocità dell'aria si legga più in basso della velocità reale.

Il motivo per cui è fatto in questo modo è perché tutte le cose aerodinamiche importanti che possono accadere a un aereo (come lo stallo) sono davvero legate alla pressione dinamica piuttosto che velocità reale.

Come fai a sapere che la differenza nella simulazione non è dovuta alla velocità rispetto all'aria?
@Articuno Perché i sim di solito hanno il vento spento per impostazione predefinita (per facilità di volo); la domanda non parlava del vento; e perché la formulazione della domanda suggeriva un non esperto che non avrebbe saputo della IAS.
@Articuno (Scrivo anche software per simulatori di volo professionali e sono molto abituato a rispondere a domande sul comportamento delle sim da persone di tutti i tipi. Chiamatela intuizione professionale.)
Quindi, aggiungerei questi avvertimenti nella risposta. Persone diverse da questo specifico richiedente verranno a questa domanda. Le domande future verranno contrassegnate come duplicati in base a questa domanda. Direi qualcosa del tipo "Questo non è necessariamente quello che vedi nella tua simulazione". Perché è del tutto possibile che le altre risposte * siano * corrette.
#4
+4
Ben
2014-10-04 13:44:04 UTC
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Cercherò di dare una risposta il più semplice possibile, ma la velocità in aviazione ci mette un po 'a girare la testa ....

L'indicatore di velocità (ASI) della cabina di pilotaggio misura la velocità indicata , o IAS, misurato in nodi. Ma la IAS tecnicamente non è affatto una velocità. Può essere pensato come una misura della pressione delle molecole d'aria che fluiscono sull'ala.

La IAS è la velocità più importante perché se la pressione delle molecole d'aria che attraversano l'ala è troppo bassa, perderai portanza e stallo. Più velocità però significa più pressione.

Ad alta quota, ci sono meno molecole d'aria, quindi meno pressione sulla vela. Pertanto, per mantenere la stessa pressione sulla vela (cioè per mantenere lo stesso IAS), devi andare più veloce. La vera velocità relativa (TAS) misura la velocità con cui stai andando. In volo sarà superiore allo IAS. TAS non si preoccupa della pressione sull'ala: è la velocità nell'aria.

Groundspeed (GS) è semplicemente la TAS con l'aggiunta dell'effetto del vento. La velocità al suolo è la velocità del velivolo rispetto al suolo. Se hai una TAS di 200 nodi e un vento in coda di 50 nodi, la tua velocità sul terreno sarà di 250 nodi. Questa è la velocità mostrata dal GPS.

#5
+3
ratchet freak
2014-05-28 13:53:21 UTC
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La velocità indicata è un'approssimazione della velocità dell'aereo in aria. Il vento può far sì che la velocità reale sia diversa dalla velocità al suolo (cosa mostra il GPS).

Per convertirla in velocità al suolo è necessario conoscere la velocità del vento e aggiungerle.

$ $ \ vec v_ {air} + \ vec v_ {wind} = \ vec v_ {ground} $$



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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