Domanda:
Quando un aereo diventa più lento, perché un certo angolo di inclinazione ti fa girare più velocemente?
Crafterguy
2017-05-24 07:05:39 UTC
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Nel video "Manovre durante il volo lento" il narratore afferma che durante il volo lento l'aereo sarà meno reattivo agli alettoni e ad altri input di controllo. Dice anche che l'aereo virerà più velocemente con un certo angolo di inclinazione rispetto a quanto accadrebbe se l'aereo volasse a velocità normale. La mia domanda è: perché l'aereo gira più velocemente quando vola a una velocità inferiore?

Quindi in pratica quello che sto chiedendo è che, quando un aereo diventa più lento, perché dovrebbe iniziare a girare più velocemente di quando era veloce volo?

La parte del video su cui sono confuso è all'1: 16

Sette risposte:
#1
+25
Carlo Felicione
2017-05-24 07:28:15 UTC
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La velocità di virata dipende dai seguenti due elementi:

  • La componente orizzontale della portanza (forza centripeta)
  • La velocità tangenziale del velivolo (velocità reale)

La velocità o virata è direttamente proporzionale alla componente orizzontale della portanza e inversamente proporzionale alla velocità tangenziale del velivolo.

Per un dato angolo di virata, il le componenti verticali e orizzontali della portanza saranno le stesse, indipendentemente dalla velocità relativa in volo livellato.

Di conseguenza l'aereo sperimenterà la stessa accelerazione centripeta, indipendentemente dalla velocità relativa.

Poiché la velocità tangenziale è più lento, qualsiasi tipo di forza centripeta produrrà una maggiore velocità di virata per un aereo in volo più lento rispetto a un aereo in movimento più veloce e questo può essere mostrato dall'equazione dell'accelerazione centripeta

$$ a_c = \ frac {v ^ 2} {r} $$

quindi sia un aeroplano che vola lento con una velocità reale $ v_s = 100 $ nodi sia un aeroplano che vola veloce con una velocità reale $ v_f = 200 $ kno ts sperimenta la stessa accelerazione centripeta.

$$ \ dfrac {v_s ^ 2} {r_s} = \ dfrac {v_f ^ 2} {r_f} = 4 \ \ dfrac {v_s ^ 2} {r_f} $$

o, $$ \ dfrac {1} {r_s} = \ dfrac {4} {r_f} $$

Di conseguenza $ r_s < r_f $; in questo caso $ r_f = 4 \ r_s $

Poiché la velocità angolare è uguale alla velocità tangenziale divisa per il raggio.

$$ \ omega = v / r $$

la velocità angolare dell'aereo più lento sarà maggiore di quella dell'aereo più veloce.

$$ \ omega_s = v_s / r_s $$

e

$$ \ omega_f = \ dfrac {v_f} {r_f} = \ dfrac {2 \ v_s} {4 \ r_s} = \ frac {1} {2} w_s $$

Quindi il nostro due volte più lento dell'aereo gira due volte più veloce di quello più veloce in queste condizioni.

@Krumia Solo le variabili dovrebbero essere scritte in corsivo, quindi gli indici devono essere contenuti in \ mathrm {...}
@bogl "dovrebbe" secondo? Ricorda che questa non è una pubblicazione scientifica con linee guida editoriali.
Secondo una migliore leggibilità. Avrei usato "deve" se fosse obbligatorio. Nota che il mio commento è rivolto a @Krumia, perché si è impegnato ad abbellire la tua risposta e ho votato per la sua modifica. Comunque, sentiti libero di tornare indietro.
Puoi vedere lo stesso fenomeno in macchina, no? Prova a fare una svolta alla massima velocità contro una lenta. Buona fortuna per una svolta di 90º a 80 MPH! Ma lo facciamo sempre a 5-10 MPH.
È lì, ma un'auto non ha una componente di forza orizzontale, solo i controlli di attrito dei pneumatici girano. Ma (infinite esclusioni di responsabilità), se sbatti i freni e premi la ruota per sbandare / far girare l'auto (senza girarla), puoi girare più velocemente. Lo slittamento e il ribaltamento limitano le svolte dell'auto, non gli aerei.
Ma il principio rimane lo stesso.
#2
+20
callisto
2017-05-24 13:42:28 UTC
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Un altro modo per spiegarlo in termini più semplici sarebbe:

Due veicoli, che guidano rispettivamente a 10 m / se 100 m / s, eseguono entrambi una svolta di 180 gradi a sinistra.

Il problema è che ogni macchina deve girare in modo che il guidatore subisca solo un'accelerazione laterale di 0,5 G.

Per l'auto che viaggia a 10 m / s, questo significherà un raggio di svolta di 20 m.
l'auto completerà la svolta in poco più di 6 secondi coprendo 62,8 m.

Per l'auto che procede a 100 m / s, un raggio di svolta di 2000 m produrrà la stessa forza laterale. 63 secondi coprendo una distanza di 6283 m.

In breve, l'auto più lenta può fare un'inversione a U molto più veloce.

Lo stesso pensiero può essere applicato al volo.

Devo indurvi tutti su qualcosa, un'auto in una curva non sbanda. Questa analogia, sebbene apprezzata, è imprecisa in quanto non riflette la fisica del girare in aria in due modi. Innanzitutto il vettore somma del movimento in avanti e la componente orizzontale del vettore portanza è la direzione del volo. In secondo luogo, la coda fa ruotare l'aereo durante la virata. Le auto sono attaccate al suolo, la loro velocità di virata è limitata dall'attrito delle gomme sul terreno. L'auto a 100 m / s girerebbe più velocemente se potesse ruotare.
#3
+11
Ben
2017-05-24 08:51:47 UTC
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La parola chiave è "velocità" di svolta. Significa che se stai viaggiando più lentamente, ci vorrà meno tempo per completare una svolta di 360 gradi rispetto a se stessi andando veloce. È come quando guidi un'auto.

Se vuoi completare la curva rapidamente ad alta velocità, hai bisogno di un angolo di virata più ripido rispetto all'angolo che avresti bisogno a bassa velocità.

Non vedo come questo risponda alla domanda. La domanda era "dato un angolo di virata costante, perché giri più velocemente quando voli a una velocità inferiore?" Hai dato una chiara spiegazione del significato di "svolta più veloce", ma non sembra che tu abbia detto nulla sul * perché *.
@TannerSwett Ho ipotizzato che l'OP avesse semplicemente frainteso ciò che si intendeva nel video e non avesse bisogno di una spiegazione dettagliata della fisica. Ho sentito che la risposta esistente, sebbene accurata, avrebbe potuto confonderlo se non avesse avuto una forte comprensione della fisica. Quindi ho dato una risposta semplice che si spera lo aiuti a capire il concetto, anche se non spiega completamente il "perché".
Sì, ha senso. Penso che questa sia una buona risposta in questo caso.
Un angolo di inclinazione più ripido e un carico g più elevato ...
#4
+9
Peter Kämpf
2017-05-24 09:50:28 UTC
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Il peso non cambia a velocità diverse, quindi anche la portanza non cambia se mantieni lo stesso angolo di inclinazione. A velocità inferiori, tuttavia, l'energia cinetica, la cui direzione deve essere cambiata in una virata, è minore, quindi la stessa forza di portanza ha meno lavoro da fare.

Un'ala inclinata crea una forza laterale che viene utilizzato come forza centripeta in un turno. Questa forza sta effettivamente spingendo l'aereo lateralmente nella nuova direzione di movimento. Durante la virata, la forza centripeta accelererà il velivolo lateralmente e decelererà la sua componente di velocità originale, in modo tale che la direzione del vettore di velocità cambi continuamente mentre il suo valore scalare rimane costante. Se la velocità di conversione è inferiore, la rotazione può essere eseguita più rapidamente.

La risposta più intuitivamente comprensibile, pur essendo corretta.
Spero tu intenda "lavoro" in senso figurato ...;) Idealmente, lift non esegue mai alcun lavoro.
@Sanchises "ha meno lavoro da fare" significa anche "superare meno forze opposte" credo.
@KorvinStarmast In fisica, il termine "lavoro" è riservato esclusivamente al trasferimento di energia sotto forma di forza per distanza. L'inglese normale non è così rigoroso; quindi hai ovviamente ragione - stavo solo facendo il pedante in un modo semi-scherzoso.
@Sanchises Sì, questo è Internet e Pedantry 'R Us. 8 ^ D
Si tratta più di quantità di moto che di energia cinetica. Idealmente, l'energia cinetica rimane costante durante la virata.
@VladimirF La risposta è trattare l'energia cinetica come una quantità vettoriale e scomporla nella direzione di volo originale.
@Sanchises che è sbagliato.
@VladimirF: Stavo pensando di menzionare lo slancio, ma ho trovato la spiegazione con l'energia cinetica più facile da capire. Il mio obiettivo non è la risposta con il vocabolario più elevato ma di facile comprensione. Sono d'accordo che la spiegazione dello slancio sia fisicamente corretta. Ma quando un'ala "ha del lavoro da fare", spiegarlo in termini di energia suggerisce se stesso.
@Peter Kampf posso suggerire: la forza centripeta accelererà l'aereo lateralmente e DRAG decelererà la sua componente di velocità originale ... il suo valore scalare rimane costante (a causa della spinta costante). Notare che se il piano inclina ma non ruota, il componente di spinta rimane nella stessa direzione e il piano seguirà una diagonale. La spinta pivotante in una nuova direzione consente al trascinamento di rallentare il vettore di velocità originale.
@RobertDiGiovanni: Drag and thrust si annullano a vicenda e la componente laterale della portanza è infatti la forza che riduce la componente originaria della velocità. Perché altrimenti l'aereo dovrebbe virare per tutta la sua virata, anche prima della fine quando la nuova velocità è quasi raggiunta? All'inizio della curva il sollevamento aumenta principalmente la nuova velocità, mentre alla fine riduce principalmente la vecchia velocità. Questo è descritto dallo sviluppo delle funzioni seno e coseno: ti dicono quale parte della forza aggiunge nuova velocità (seno) o riduce la vecchia velocità (coseno).
Ok, stavo pensando di rotolare in banca, ma arrestare la imbardata con il timone. Questa è una scivolata laterale. Senza vento trasversale e senza input del timone, la componente di portanza orizzontale tira l'aereo lateralmente, attivando il movimento di imbardata dalla coda (ala diritta). Nessuna potenza aggiunta, curva discendente. Timone opposto, scivolata discendente con movimento in riva, discesa diagonale. Con vento trasversale, discesa diritta. L'aereo mantiene la sua virata durante la virata dalla portanza differenziale delle ali, la coda gira il muso.
Ma ora vedo! Mentre l'aereo imbardata, trascina E il componente di sollevamento orizzontale rallenta e interrompi la corsa nella direzione originale. Grazie! Non stavo vedendo istantaneamente (nessun gioco di parole)
E la quantità di differenziale di portanza necessaria per mantenere la banca (e come viene creata) è un altro grande argomento!
#5
+6
Koyovis
2017-05-24 18:26:11 UTC
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Per favore, perdona la mia battuta: perché è molto difficile girare un proiettile in velocità.

enter image description here

Stesso angolo di inclinazione => stessa forza di rotazione. Molto meno energia inerziale per girarsi quando l'aereo vola lentamente.

#6
  0
mongo
2017-05-26 05:37:43 UTC
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Quando si svolta, l'accelerazione viene utilizzata per reindirizzare la direzione di marcia. Se la tua velocità iniziale è bassa (volo lento), è necessaria una minore accelerazione (angolo di virata * tempo) per reindirizzare il tuo viaggio.

Se la tua velocità iniziale è alta (volo SR-71 Mach 3.2) allora maggiore accelerazione (angolo di inclinazione * tempo) è necessario per reindirizzare il tuo viaggio.

L'angolo di inclinazione qui descrive l'accelerazione perché in effetti ribalta una parte della "portanza" in una direzione orizzontale, che provoca il cambio di direzione.

Ovviamente volando dritto e livellato, l'ascensore viene utilizzato per contrastare esattamente la forza di gravità. In una virata di livello, una parte della portanza dell'ala viene utilizzata per far cambiare la direzione di marcia (accelerazione orizzontale), e anche l'elevatore posteriore viene aggiunto per aumentare l'angolo di attacco e causare un aumento temporaneo della portanza durante la virata. (A proposito, questo potrebbe rallentarti un po 'nella virata.)

Quindi la risposta semplice è che c'è meno energia (tempo di accelerazione *) impiegata per far girare un oggetto lento rispetto a un oggetto veloce.

#7
-1
Robert DiGiovanni
2019-04-02 07:51:54 UTC
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Un aereo più lento con un angolo di inclinazione costante dovrà volare con un AOA più alto per mantenere la stessa quantità di portanza rispetto a quello più veloce. A un angolo di inclinazione costante, i componenti della portanza verticale e orizzontale sono distribuiti nello stesso rapporto veloce o lento.

Perché quello più lento gira più velocemente? A causa della maggiore resistenza aerodinamica a un AOA più elevato, c'è più resistenza al movimento in avanti, mentre il profilo laterale è identico a quello più veloce.

Quello più lento ha un'accelerazione laterale uguale a quello più veloce (componente di portanza orizzontale) ma meno movimento in avanti. Il vettore risultante (direzione di volo) è più nella direzione della svolta. Notare che le forze G laterali sono le stesse. Per fare ciò, l'aereo più veloce deve virare più lentamente!

Anche inclinare il risultato a favore della deflessione più lenta e aumentata dell'elevatore, ruotato di lato nella banca, aiuta a far virare l'aereo più velocemente.

Infine, l'esplosione dell'elica sulla superficie della coda (grazie a John K) crea anche maggiori forze di virata.

L'ala tira l'aereo lateralmente, la coda lo gira. Aggiungi potenza in una curva lenta.



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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