Domanda:
Perché gli alianti possono volare così a lungo?
Ethan
2015-09-22 02:54:28 UTC
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Quando lanci un aeroplano di carta, vola per un paio di secondi prima di perdere velocità e fermarsi. Con un aliante, ha un'apertura alare molto lunga, ma decolli con un altro aereo o un verricello trainandolo e poi viene rilasciato da solo. La vela non dovrebbe perdere velocità e stallo?

Glider in flight

Prova a lanciare un aeroplano di carta ben fatto e aerodinamicamente ottimizzato da un paio di migliaia di piedi in aria.
Parli della lunga apertura alare dell'aliante, ma non chiedere nulla al riguardo. Pensi che sia correlato in qualche modo?
I buoni aeroplani di carta che scivolano possono durare più di 15 secondi se lanciati a mano su terreno pianeggiante. Non tutti gli aeroplani di carta sono un dardo costruito per la velocità e la distanza che cade dall'aria dopo uno o tre secondi.
L'aliante non deve nemmeno essere neanche lontanamente bello come quello raffigurato. Quando stavo imparando a pilotare gli alianti, uno dei nostri istruttori ha tenuto in aria un vecchio Schweitzer-222 in una giornata insignificante per più di tre ore su Waukegan, IL, ingannando così alcuni dei suoi studenti (quelli a terra) di ciò a cui pensavamo come il nostro tempo di volo legittimo ;-). Se il pilota è bravo, può trovare termiche dove i comuni mortali non possono.
Stai sbagliando il tuo aeroplanino di carta se si ferma. Significa che il tuo aeroplano di carta è troppo pesante. I miei aeroplani di carta tendono a mantenere la velocità finché non raggiungono il suolo. La chiave è la regolazione del CG. Per trattenere l'energia, la tua vela deve cadere prima con il muso. La caduta del naso prima consente alle ali di muoversi in avanti attraverso l'aria (invece che verso il basso). Spostarsi in avanti consente alle ali di generare portanza (invece di limitarsi a trascinare). Ritardi di sollevamento che cadono a terra. Se l'aeroplano di carta perde velocità e si ferma dopo pochi secondi, aggiungi una (o più) graffette al naso.
@slebetman probabilmente è perché non l'ho lanciato verso il basso. E anche il mio aeroplano di carta ha ali piuttosto piccole. Anche se le ali hanno una pendenza sulla parte superiore dell'ala che gli conferisce un grande sollevamento. Fa anche dei trucchi piuttosto interessanti. Conosci qualche buon progetto di aeroplani di carta che potrei costruire.
@Ethan: Procurati una copia del [The Great International Paper Airplane Book] (http://www.amazon.com/Great-International-Paper-Airplane-Book/dp/0671211293) se puoi. È vecchio ma i design sono senza tempo. Ho passato molte ore con la mia copia e ho imparato molto.
Undici risposte:
#1
+37
voretaq7
2015-09-22 03:19:54 UTC
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Un aliante e un aeroplano di carta funzionano secondo lo stesso principio: scambiando l'energia potenziale (altitudine) che hanno con l'energia cinetica (velocità relativa) necessaria per mantenere l'aria in movimento sopra le ali in modo che producano portanza, dando una discesa stabile e controllata (planata).
In entrambi i casi il profilo alare non si fermerà a meno che non superi il suo angolo di attacco critico che è indipendente dalla velocità. Puoi continuare a volare (con l'ala non in stallo e che produce portanza) fintanto che hai ancora altitudine da scambiare con quella velocità, e se lo fai bene finirai per esaurire sia l'altitudine che la velocità relativa abbastanza vicino al suolo, dove si può avere un atterraggio morbido a una velocità in cui l'aereo non è danneggiato Nel caso di un aliante con equipaggio, si spera che questo accada su una pista dove puoi prendere un altro aereo da rimorchio per portarti di nuovo su.


Entrambi gli aerei possono estendere il loro tempo di planata trovando altre fonti di portanza - termica, sollevamento di cresta, ecc. - per portare il veicolo a un'altitudine maggiore, fornendo più energia potenziale. Gli alianti sono più bravi in ​​questo per una ragione principale: hanno un pilota che può mantenere l'aereo in un'area di aria crescente più a lungo per guadagnare la massima altitudine possibile.

Un aereo di carta allo stesso modo può essere fatto volare per un periodo di tempo più lungo se gli viene fornita una sorgente di portanza adeguata (uguale o superiore al suo tasso di caduta minimo). C'è un video piuttosto famoso dell '"aeroplano di carta infinito" che è un aeroplano di carta che gira sopra un fornello elettrico, ma te lo spoilerò e ti dirò che uno è uno scherzo (il consenso generale è che l'aereo era su una corda ).
Questo, tuttavia, può essere replicato abbastanza facilmente: Il risultato è più simile a un elicottero in autorotazione o un autogiro in planata rispetto a un tradizionale aliante ad ala fissa, ma è un buona dimostrazione dei principi coinvolti.

Se hai la prova della bufala dell'aeroplano di carta, c'è [una domanda su Skeptics.se] (http://skeptics.stackexchange.com/questions/17812/is-this-a-true-demonstration-of- usando-una-stufa-per-alimentare-un-aeroplano di carta) che potrebbe usare una risposta.
Una volta che ho perso un aeroplano di carta a causa di una corrente d'aria crescente, è salito fino a quando non è stato completamente nascosto.
@Mark Nei commenti si concorda che questo è un ovvio bufalo. Per prima cosa, spegne i fornelli, no, e sono spenti per l'intero esperimento.
@yo' Avere gli elementi elettrici spenti non significa che non stiano ancora emettendo una grande quantità di calore. Ci vuole un po 'di tempo prima che un elemento elettrico che era su un'impostazione alta si raffreddi completamente a temperatura ambiente quando viene spento.
@ToddWilcox Certamente quindi, il video descritto non è un volo infinito.
@Mark Nessuna prova, ma è generalmente accettato che sia "troppo perfetto" e non conosco nessuno che abbia ripetuto i risultati. Quello a cui mi sono collegato è comunque abbastanza facile da riprodurre. (In nessuno dei due casi si tratta di un "volo infinito" poiché alla fine una certa corrente d'aria arriverà e disturberà il sistema soffiando l'aereo fuori dalla colonna termica, ma con il secondo si può probabilmente mantenerlo più a lungo poiché è un equilibrio controllato cercando di cadere quasi verticalmente.)
La gamma nel video mi sembra un piano cottura a induzione ... in tal caso senza pentole non ci sarebbe calore!
@2012rcampion: * Sembra *, ma non lo è. In effetti, è un piano cottura in vetroceramica abbastanza normale: vedi le spirali di riscaldamento di seguito.
#2
+16
slebetman
2015-09-22 21:35:45 UTC
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La differenza principale tra un aliante e un aeroplano di carta è che la maggior parte degli aeroplani di carta piegati ha un'aerodinamica pessima.

La maggior parte degli aeroplani di carta piegati ha ali corte e tozze. Questo di per sé lo rende molto trascinante. L'ala ideale con una resistenza minima assoluta ha un'apertura alare infinita. Ovviamente non è possibile costruire quell'ala ideale (non abbiamo un numero infinito di atomi nell'universo). Ma in generale, a parità di condizioni, più lunga è l'apertura alare minore è la resistenza.

In secondo luogo, gli aeroplani di carta hanno profili alari molto scadenti rispetto ai veri alianti. Non sono nemmeno piatti piatti (che in realtà sarebbe un profilo alare abbastanza buono al numero di Reynolds in cui volano). Le pieghe tipicamente aggiungono uno spessore irregolare al profilo aerodinamico rendendolo un po 'a forma di cuneo. Questo aggiunge molta resistenza.

Infine, dici che gli aeroplani di carta a cui sei abituato tendono a perdere velocità e stallo. Lo stallo riduce decisamente il tempo di planata. Lo stallo spreca energia. Una planata regolare tenderà a rimanere in volo più a lungo. Un vero aliante è regolato per planare senza intoppi e non bloccarsi.

Gli alianti giocattolo non devono subire le debolezze degli aeroplani di carta. Un buon aliante giocattolo dovrebbe essere in grado di volare per almeno 10 secondi per volo in media (o almeno 3 secondi se lo lanci a livello invece che in alto). Alianti giocattolo davvero ben progettati possono volare per più di 20 secondi e gli alianti da competizione dovrebbero essere in grado di volare per circa 1 minuto.

Se non hai mai visto un aliante in balsa volare prima, penseresti che stia volando per molto tempo. Ecco un esempio (è stato il video che mi ha fatto conoscere gli alianti lanciati a mano):

. Ed ecco un esempio più recente:

Il record mondiale per gli alianti lanciati a mano è di quasi 2 minuti:

Questi alianti volano più a lungo del tipico aeroplano di carta perché sono ben progettati e sono aerodinamicamente più efficiente. Si noti che la maggior parte di questi alianti di balsa (incluso l'aliante da record mondiale) hanno profili alari imperfetti e con gli occhi. A volte sono anche triangolari o hanno solo i bordi iniziale e finale smussati. Quindi il profilo aerodinamico non è importante quanto il design, l'assetto e il bilanciamento (CG) dell'aereo.

Gli aeroplani di carta non devono risucchiare. Ecco una clip del record mondiale di volo (durata) di un aeroplano di carta:

. Se cerchi su Google il design di quell'aereo scoprirai che ha molto peso in punta (buon bilanciamento / CG) e bordi di uscita piegati (buon assetto).

Quindi le lezioni chiave sono :

  1. Bilancia il tuo aereo (regola il CG). Questo è vero per aeroplani di carta, aerei RC e persino aeroplani reali di tutte le dimensioni. La cattiva CG è la ragione numero uno per cui gli aerei si bloccano. Ci sono formule e regole pratiche per calcolare il baricentro corretto per il tuo aereo, ma per un aeroplano di carta suggerirei semplicemente di sperimentare aggiungendo e rimuovendo il peso del naso (questo è quello che le persone fanno con gli alianti di balsa).

  2. Riduci la resistenza. Per gli aeroplani di carta puoi provare a piegare meglio la piega in modo che la parte piegata sia il più sottile possibile. Gli alianti possono aumentare l'apertura alare e scegliere profili a bassa resistenza aerodinamica per ridurre la resistenza, ma questo non è del tutto applicabile agli aeroplani di carta. Inoltre, ci sono alianti di carta che hanno un'apertura alare relativamente lunga (rispetto ai tipici aeroplani di carta) che possono planare molto bene:

    . Ma questo sta entrando nella categoria forbici e nastro.
#3
+9
Greg Hewgill
2015-09-22 03:16:20 UTC
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Per mantenere in volo un aereo, devi continuare ad aggiungere energia. In un aereo con un motore, l'energia è principalmente sotto forma di carburante.

In un aliante, l'energia aggiuntiva proviene dall'azione di sollevamento dell'aria che sale. I piloti di alianti troveranno aree di aria in aumento (hanno strumenti sensibili per aiutare con questo) e girano in quell'area per aumentare l'altitudine. Una volta raggiunta un'altitudine sufficiente, voleranno in linea più o meno retta verso la loro destinazione, fermandosi lungo il percorso per fare nuovamente il giro e guadagnare più quota.

L'aria che sale può provenire dalle "termiche" (aria calda ribollendo attraverso l'atmosfera), "ridge lift" (aria che sale su un pendio), "wave lift" (prodotto dalle montagne) e altri. Puoi leggere ulteriori informazioni sull'aumento in Sollevamento (impennata). Sono necessarie diverse tecniche di volo per sfruttare al meglio ogni tipo di portanza.

#4
+9
aeroalias
2015-09-22 04:34:49 UTC
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L'aliante e un velivolo di carta sono progettati e gestiti in modi diversi che influiscono sulle loro caratteristiche di stallo.

  • Entrambi gli aerei scambiano una forma di energia (energia potenziale o altitudine) per ottenerne un'altra (energia cinetica o velocità di avanzamento). In generale, gli alianti sono in discesa (controllata) a meno che non incontrino termiche o aria che sale. Questo è ciò che causa il loro volo a vela. Lo stesso accade con qualsiasi aeromobile non alimentato; tuttavia, gli alianti hanno molta altitudine da spendere rispetto agli aerei di carta.
  • Gli alianti sono progettati per essere altamente efficienti dal punto di vista aerodinamico, con rapporti di portanza / resistenza estremamente elevati, usualmente nell'intervallo di 50: 1 o più. Ciò significa che possono planare per distanze estremamente lunghe, lasciati a se stessi. Gli aeroplani di carta non sono così. Tuttavia, con una corretta progettazione, possono essere fatti per volare più a lungo.
  • Gli alianti sono solitamente pilotati da piloti (esperti), che sanno come trovare e utilizzare le suddette termiche, correnti d'aria verso l'alto ecc. che aiuta ad aumentare l'altitudine e a mantenere l'aereo in aria più a lungo.
  • La maggior parte degli alianti sono estremamente stabili rispetto agli aerei di carta (che di solito hanno solo un'ala e nessuno stabilizzatore), il che impedisce loro di stallo quando lasciato solo. In effetti, in alcune vele, il modo migliore per recuperare il controllo è lasciar andare i controlli. Fondamentalmente significa che l'aliante ritorna al volo livellato quando non vengono forniti input di controllo.
#5
+6
Stelios Adamantidis
2015-09-22 03:16:56 UTC
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Confronta 2 cose diverse, l'aereo di carta e l'aliante. Gli alianti sfruttano il tempo per aumentare la loro altitudine e sostenere il volo. Gli aerei di carta non subiscono gli stessi fenomeni meteorologici degli alianti. E ovviamente mancano di superfici pilota e di controllo.

Wikipedia menziona 4 modi per guadagnare energia:

  • Termiche (dove l'aria sale dovuto al calore),
  • Alzata della dorsale, dove l'aria è spinta verso l'alto da un pendio,
  • Alzata delle onde, dove una montagna produce un'onda stazionaria,
  • Convergenza , dove due masse d'aria si incontrano
#6
+5
Simon
2015-09-22 03:17:45 UTC
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Dal momento in cui il traino o il verricello viene rilasciato, l'aliante inizia a scendere. Se l'atmosfera fosse completamente immobile, a parte lo scambio di velocità con l'altezza, presto dovrà atterrare.

Gli alianti sono progettati con rapporti di portanza / resistenza molto elevati. 40: 1, 50: 1 anche 60: 1 o superiore. Rimangono in volo per lunghi periodi a causa di questo e della loro capacità di sfruttare, e l'abilità dei piloti nel trovare, termiche e correnti d'aria verso l'alto causate da turbolenze da creste, montagne ecc.

Gli aerei di carta hanno una completa design diverso (non potresti costruire un aliante come quello che mostri dalla carta) e può volare per molto più tempo di un paio di secondi.

#7
+5
Vladimir F
2015-09-23 13:33:32 UTC
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Molte persone hanno menzionato la differenza nella forma delle ali e dei profili alari. Ma anche se riduci semplicemente un vero aliante fino a un'apertura alare di 5 cm, non volerà come quello grande.

Il numero di Reynolds per l'aereo su piccola scala è molto piccolo e la resistenza viscosa diventa grande. La turbolenza non sarà abbastanza forte da impedire la separazione del flusso ad angoli di attacco che sono ancora OK per il piano reale, perché lo strato limite laminare è più suscettibile alla separazione. La separazione riduce fortemente la portanza generata e può portare allo stallo.

Non significa che il tuo aeroplanino di carta si fermerà sempre, ma devi stare attento con l'angolo di attacco e giocare con il centro di gravità.

I modelli piccoli devono usare speciali profili alari con numero di Reynolds basso, ma non saranno mai efficienti quanto gli alianti più grandi, perché la resistenza di attrito della pelle è così importante. Anche i tipici modelli di alianti radiocomandati sono di solito molto più grandi dei tipici aerei di carta.

#8
+2
Emerald Ocy EmOci
2015-09-22 03:52:18 UTC
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Fondamentalmente, la forma aerodinamica e la forma dell'ala insieme alla potenza della portanza lavorano insieme per mantenere l'aliante per lunghi periodi di tempo.

Devi inserire maggiori dettagli nella tua risposta affinché venga accettata dall'utente che ha posto la domanda.
#9
+2
Richard
2015-09-22 15:08:15 UTC
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In un modo o nell'altro, un oggetto volante deve spingere in aria per continuare a volare. Dato che l'aria è fluida, dobbiamo fare in modo che la variazione della quantità di moto dell'aria sia grande almeno quanto il peso dell'aereo. Ora:

  • forza = differenza in (massa * velocità)

Ma il cambiamento di energia richiesto per farlo da solo è

  • variazione di energia = variazione di (massa * velocità quadrata)

Quindi, per un volo efficiente, vogliamo spingere verso il basso una grande massa d'aria con un piccolo cambiamento nella velocità verticale, piuttosto che una piccola massa d'aria con una grande velocità.

Gli alianti, con le loro ali lunghe e sottili, sono ottimizzati per farlo: volano relativamente lentamente intercettando una massa relativamente grande di aria e spingendoci sopra delicatamente.

All'altro estremo, i jet a decollo verticale, come l'Harrier, devono prendere l'approccio opposto. Devono volare velocemente, quindi in hover spingono verso il basso una massa d'aria relativamente piccola molto rapidamente. Questo è terribilmente inefficiente, quindi un Harrier non può rimanere sospeso a lungo prima che il suo carburante sia esaurito.

Oltre a questo, un aliante è relativamente leggero in quanto non deve trasportare carburante o un motore. Inoltre è reso un liscio e scivoloso possibile per ridurre la resistenza dell'aria.

#10
+1
SeeBenClick
2015-09-22 21:29:37 UTC
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Altre persone hanno già menzionato l'uso del tempo per mantenere la vela a galla più a lungo.

Penso che ti stia chiedendo: "Come funzionano le ali?"

Le ali degli aerei sono modellate su ciò che abbiamo visto in natura. La forma di base è che l'ala è piatta nella parte inferiore e curva nella parte superiore. Questa curva è simile a una curva trovata su una parte di un uovo con la maggior parte della larghezza situata davanti all'ala. (Puoi cercare su google forme più ottimizzate.)

Il movimento in avanti comprimerà l'aria sopra la parte anteriore dell'ala, ma creerà anche una certa resistenza nel processo. La parte successiva dell'ala si assottiglia lentamente fino al bordo d'uscita. Questa porzione dell'ala è l'area che ha lo spazio aereo negativo (portanza). È questo spazio negativo su cui fanno affidamento tutti gli aerei. Anche le pale degli elicotteri e le eliche dei motori fanno uso di questa forma di base.

La propulsione iniziale di un aliante è un rimorchio, ma dopo di che fanno affidamento sulla gravità per la propulsione e sulla portanza creata dalla forma dell'ala, oltre agli assist meteorologici.

Comparativamente, [senza utilizzando strumenti di misurazione specializzati o andando in una spiegazione matematica più alta, la piattezza di] un aeroplano di carta ha [solo trascurabile] portanza [se confrontata con un'ala artificiale ottimizzata o un'ala trovata in natura] e fa affidamento esclusivamente su di te per una sola propulsione [a meno che tu non sia abbastanza fortunato da trovare una griglia di scarico o simili per sorvolare].

"un aeroplano di carta non ha ascensore" questo è sbagliato.
Gli aeroplani di carta infatti generano portanza, ma perdono spinta e si arrestano dopo pochi secondi. Può sembrare così ma non è così.
#11
  0
rbp
2016-01-20 02:26:44 UTC
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Il motivo per cui un aliante può rimanere in piedi è per il semplice motivo che il pilota è lì per leggere il tempo e il terreno e per persuadere l'aereo lungo le aree e le linee di portanza.



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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