Что произойдет, если самолет мгновенно потеряет половину своего веса?

Во время Второй мировой войны у Королевских ВВС была 10000-килограммовая бомба « Большого шлема », которая была сброшена с бомбардировщика «Ланкастер» .

Я предполагаю, что когда это было брошено, самолет накренился вверх.

Есть ли способ узнать, насколько большим и жестоким было бы это движение?

Согласно Википедии, «загруженный Ланкастер» весил 25 000 кг. Я не уверен, включает ли это стандартную бомбовую нагрузку (около 6350 кг) или нет, но в любом случае кажется, что когда «Большой шлем» был сброшен, самолет мгновенно уменьшился бы примерно на половину или две трети. своего прежнего веса.

Есть ли способ оценить, насколько большой скачок вверх это вызовет?

Бомбардировщики открывают спойлеры, когда сбрасывают бомбы. Это сделано именно для того, чтобы предотвратить этот скачок вверх, в основном для точности, чтобы можно было сбросить следующую бомбу без необходимости перенастраивать самолет. Ссылки сейчас нет, но было прикольное видео, где виден ряд маленьких спойлеров на крыле, которые раскрываются один за другим, по мере того, как самолет теряет вес при ковровой бомбардировке.
Если неправильно отбалансировать, можно получить что-то вроде этого (груз вырвался и соскользнул назад): youtube.com/watch?v=4Z7GkV5DqOI
Меняется и центр тяжести. Так что есть необходимость в повторной балансировке самолета.

Ответы (4)

В установившемся полете подъемная сила л создаваемая крыльями, равна весу груза, так что вертикальное ускорение отсутствует. Таким образом, подъемная сила непосредственно перед сбросом бомбы равна

л знак равно м 1 г знак равно 245 250 Н
куда м 1 знак равно 25 000 кг - загруженная масса и г знак равно 9,81 РС 2 есть ускорение свободного падения.

В интервале времени сразу после 10 000 кг бомбы, подъемная сила остается прежней до тех пор, пока подъемная сила не будет уменьшена, чтобы снова сбалансировать новую массу м 2 знак равно 15 000 кг. В течение этого переходного периода Ланкастер будет ускоряться вверх со скоростью

а знак равно л м 2 г м 2 знак равно ( м 1 м 2 м 2 ) г
что работает как восходящее ускорение в две трети «же»:
а г знак равно м 1 м 2 м 2 знак равно 2 3

Как указал @sanchises, постоянное увеличение восходящей скорости приводит к уменьшению угла атаки, так что самолет снова стабилизируется в устойчивом наборе высоты.

Прыжка вверх нет! Разрывы связаны с вертикальными силами и вертикальным ускорением. Вертикальная скорость и высота остаются постоянными, когда происходит падение.
Да, @bogl. Нет резкого «скачка», а плавное движение вверх.
@bogl Нет «прыжка», но определенно есть «толчок» - или, более формально, чрезвычайно высокий рывок в течение очень короткого времени, когда вертикальное ускорение увеличивается от нуля до 2 3 г .
@sanchises Полностью согласен. Это должно быть довольно неудобно.
В любом случае, добро пожаловать в сообщество!
Я думаю, что уменьшение угла атаки следует рассматривать как очень временное - см. мой ответ

Вес пустого A7E Corsair составлял около 19 000 фунтов. Его топливная загрузка составляла 10 500 фунтов, а с шестью вооруженными 2000-фунтовыми бомбами общего назначения MK84, подвешенными под крылом, он имел общий вес около 42 000 фунтов. Это был максимальный взлетный вес, и при отрыве от кошачьего выстрела реакция самолета казалась ленивой и неряшливой, когда вы делали свой разворот.

К тому времени, когда мы добрались до цели, которой была скала в Эгейском море под названием Авго-Ниси, у нас оставалось около 7000 фунтов топлива. Таким образом, вес самолета составлял около 26 000 фунтов, а бомбовая нагрузка в 12 000 фунтов все еще находилась под крыльями. Мы очистили цель с низким проходом, прежде чем подняться на высоту схемы, сжигая, вероятно, 1000 фунтов. Это было популярное место для рыбалки, поэтому мы хотели убедиться, что этот район безопасен перед нашей доставкой.

Мы были в боевом строю, когда перешли на 45-градусное пикирование, взводя пилоны. Я был на крыле своего лидера в рыхлом строю на расстоянии от 400 до 800 футов. Построение было тактической позицией, и если кто-то из нас был ранен во время боевых действий, другой был достаточно далеко, чтобы выжить. Пикирование под углом 45 градусов выглядит очень крутым из кабины, и мы были быстры в точке сброса. Минимальная высота для такого рода бега составляла 2500 футов над уровнем земли, чтобы вы не попали в радиус взрыва. Мы были на 1G, когда сбросили на скалу 24 000 фунтов бомб, по 12 000 фунтов каждая.

Я смотрел, как сбрасываются бомбы с самолета ведущего, и видел, как мои падают в зеркалах. Я только что сбросил около половины своего общего веса. Я сразу почувствовал, как самолет «подпрыгнул». Это то, как я это характеризую, а кто-то другой может назвать это резким движением. Это было определенно сильнее, чем сгибание носа, которое вы испытываете в A7E, преодолевая звуковой барьер. Прыжок не сбил с толку, но определенно был заметен. На самом деле, это было долгожданное изменение того, что казалось неуклюжим, поглощающим газ конфигурацией.

Мы резко вышли из пикирования и высоко подняли носы в повороте, когда я почувствовал, как взрывная волна прошла через мои внутренние органы. Это было странное чувство, как будто кто-то меняет положение моего живота. Должно быть, я находился на высоте от 4000 до 6000 футов над взрывами и мог слышать взрывы сквозь весь шум в кабине. Это было массивно.

Мне нравится этот ответ, хотя некоторые читатели могут счесть его слишком большим объемом информации. - Это очень наглядная демонстрация того, что да, самолет действительно подпрыгивает вверх, сбросив большую часть своего веса, но это далеко не самое захватывающее, что происходит в обычный день при использовании самолета таким образом.
Я ценю ваш комментарий. Спасибо. Используя повседневный опыт авиаперевозчиков, можно понять природу того, что мы делаем. Лучше всего я учился из историй, рассказанных в брифингах, на стендах по безопасности, во время НАТОPS или даже в беспорядке грязной рубашки. Кроме того, я думаю, что среди некоторых распространено заблуждение, что современные бомбардировщики несут меньшую полезную нагрузку, чем старые. Наконец, я думаю, что ценная информация также может быть интересной, но это требует места. Мое намерение, конечно, не состоит в том, чтобы писать для всех. Лично мне нравится сканировать ответ, и, если есть желание, я его прочитаю. Еще раз спасибо.
@ Аарон, приятно слышать от кого-то, кто сделал это и выжил, чтобы рассказать эту историю. Спасибо.
В то время как 12 000 фунтов — это довольно значительная бомбовая нагрузка, она меньше, чем 10 000 кг бомбовой нагрузки, о которой идет речь — Mk84 составляет 925 кг, так что x6 это всего лишь 5550 кг. Опять же, A7 был авианосным. B1-B будет нести 24, то есть чуть более 22 тонн. Относительно Lancaster потерял 40% своего взлетного веса по сравнению с 30% у этого A7, так что в этом смысле произошел некоторый регресс.

(Новый вопрос был недавно задан, а затем закрыт как дубликат, связанный с этим старым вопросом.)

Ответ: У вас была бы подача "фугоид"

Пока скорость не уменьшится, подъемная сила больше веса.

Кривая траектории полета (ускорение) вверх

Существует очень временное уменьшение угла атаки, пока динамика устойчивости самолета по тангажу не преодолеет инерцию вращения по тангажу и не поднимет нос в соответствии с новым направлением траектории полета, восстанавливая исходный угол атаки. Этот эффект может быть незначительным.

Изменение направления траектории полета приводит к тому, что вектор веса имеет компонент, направленный назад относительно траектории полета самолета.

Тяга, сопротивление и продольная составляющая веса больше не сбалансированы, и скорость полета начинает уменьшаться.

В конце концов самолет вернется в равновесие при стабилизированном наборе высоты с постоянной воздушной скоростью, меньшей, чем исходная воздушная скорость. Но мы можем увидеть, как положение самолета по тангажу «выходит за пределы» и «недогоняет» окончательное установившееся положение тангажа несколько раз, поскольку угол полета меняется между более крутыми и более пологими углами набора высоты, прежде чем это произойдет. Точно так же мы можем увидеть, как воздушная скорость самолета несколько раз «недогоняет» и «превышает» конечную установившуюся воздушную скорость, прежде чем установится в равновесие. По сути, здесь происходит то, что изменение угла набора высоты приводит к изменению воздушной скорости, что приводит к изменению величины вектора подъемной силы, что приводит к изменению угла набора высоты, и так по кругу, пока все не придет в равновесие. .

Все это предполагает, что пилот не вносит поправок, например, для поддержания постоянного положения по тангажу, и динамика устойчивости самолета по тангажу пытается удерживать заданный заданный угол атаки, а характеристики динамической устойчивости самолета по тангажу таковы, что "фугоидный" тон имеет тенденцию со временем затухать.

Другой способ взглянуть на это - что произойдет, если IAS увеличится на 100 миль в час, что может произойти при очень сильном микропорыве. Именно здесь построение моделей и приобретение опыта проектирования оперения и условий центровки/компьютерной графики могут дать ключевую информацию.

Очень желательно, чтобы НЕ было "фугоидного" поведения, когда вектор подъемной силы/веса выходит из равновесия. В конструкции крыла и хвостового оперения существует взаимосвязь, которая очень важна, поскольку горизонтальный стабилизатор имеет (у Ланкастера) длинный моментный рычаг и концевые пластины, придающие ему курсовую устойчивость. Мы также должны помнить, что изменение шага приведет к тому, что центр подъемной силы крыла также сместится вперед. Условия обрезки/расположение CG также очень важны.

Так что же произойдет? Когда вектор подъемной силы/веса внезапно выходит из равновесия, первое движение выполняется прямо вверх. Вертикальное ускорение. Давление вниз на удар H начнет поднимать нос, увеличивая угол атаки. Любое мгновенное УМЕНЬШЕНИЕ угла атаки не имеет значения, прижимная сила хвоста будет толкать нос вверх. Увеличение угла атаки сместит центр подъемной силы крыла ВПЕРЕД, что приведет к еще большему наклону носовой части. Без управления пилотом воздушная скорость будет уменьшаться, самолет достигает вершины при наборе высоты, а затем будет снижаться и восстанавливаться, поскольку он «становится единым целым» с воздушной массой и больше не ускоряется ею.

Состояние отделки также очень важно здесь. Один из святых Граалей в свободном полете — это то, что самолет поднимается и падает с порывами ветра без чрезмерной качки. Это достигается за счет того, что ЦТ не размещается слишком далеко вперед, что требует гораздо большего триммирования руля высоты вниз. Это один из случаев, когда выгодно иметь ЦТ дальше назад и меньше триммера руля высоты. Пока самолет стабилен по направлению, нет необходимости механически выдвигать ЦТ вперед!

Таким образом, внезапное снижение веса приведет к циклу подъема/тангажа/снижения воздушной скорости/тангажа/восстановления в правильно спроектированном и отрегулированном самолете, а также к значительному облегчению для тех, кто выполняет эту задачу.

После того, как тангаж стабилизируется, самолет будет набирать высоту, если дроссельная заслонка не будет уменьшена.