G Нагрузка во время сброса полезной нагрузки

В вашем вопросе есть несколько неправильных представлений, которые, как я полагаю, приводят вас к ложному выводу о том, что перегрузки от высвобождения полезной нагрузки могли буквально оторвать крылья у этого самолета:

1. Распыление жидкости не вызовет «внезапной» потери веса. В то время как пожарные самолеты способны выбрасывать большое количество жидкости за один раз, сельскохозяйственные опрыскиватели, подобные изображенному на рисунке, предназначены для распыления на гораздо большей площади. Следовательно, общий вес, потерянный при каждом проходе, довольно незначителен.

2. Потеря общего веса не вызовет резкого и заметного увеличения коэффициента нагрузки. Что бы ни говорила математика, я могу сказать вам из личного опыта стояния в грузовом отсеке C-130, когда тысячи фунтов выкатились из задней части, что ощущаемые перегрузки очень мало ощутимы. (Наоборот, я шел вперед в грузовом отсеке, когда пилот развернулся примерно на 2G, и мои колени подогнулись, швырнув меня на палубу и сломав зуб...)

Таким образом, хотя коэффициент нагрузки будет несколько меняться при внезапном изменении веса, он будет находиться в пределах конструктивных ограничений, на которые рассчитан самолет, и никоим образом не будет учитывать тип резкого разрушения лонжерона, как показано на фотографии.

Если вам интересен подобный случай, у танкера С-130 трагически и драматично оторвало крылья аналогичным образом. Подробнее по ссылке здесь: Катастрофа C-130

Я не помню всех подробностей этого или инцидента, который вы описываете, но обычно имеет место коррозия и / или усталостное растрескивание, и когда наконец происходит катастрофический отказ, это происходит в результате приложения пилотом перегрузок во время отрыва. , а не из-за изменения полной массы из-за сброса полезной нагрузки.

Ваш скептицизм оправдан, и дело не только в том, насколько значительным будет изменение перегрузки, вызванное сбросом полезной нагрузки. Сбрасывание веса с фюзеляжа не приводит к увеличению нагрузки на соединения крыла с фюзеляжем. Фактически, сброс полезной нагрузки с фюзеляжа снижает нагрузку на соединения крыла и фюзеляжа. (Однако сброс веса с крыльев увеличил бы нагрузку на соединения крыла и фюзеляжа.)

Предположим, что самолет весит 10 000 фунтов без полезной нагрузки и может нести полезную нагрузку в 10 000 фунтов. Предположим, что вес крыльев незначителен, поэтому фюзеляж без полезной нагрузки весит 10 000 фунтов. Предположим, что полезная нагрузка находится в фюзеляже.

В прямолинейном полете без полезной нагрузки крылья должны оказывать на фюзеляж усилие в 10 000 фунтов. Таким образом, через каждое соединение крыла с фюзеляжем должно быть передано 5000 фунтов силы.

При прямолинейном горизонтальном полете с полезной нагрузкой крылья должны оказывать на фюзеляж усилие в 20 000 фунтов. Таким образом, через каждое соединение крыла с фюзеляжем должно быть передано 10 000 фунтов силы.

Предположим, что самолет находится в горизонтальном полете с полезной нагрузкой, а затем полезная нагрузка мгновенно сбрасывается. Вес самолета уменьшился вдвое. Воздушная скорость и угол атаки крыльев изначально останутся прежними, поэтому каждое крыло по-прежнему создает силу в 10 000 фунтов, и вся эта сила передается через соединение крыла с фюзеляжем. Нагрузка на стык крыло-фюзеляж не увеличивается. Самолет теперь находится в состоянии +2 G и будет ускоряться вверх. Т.е. траектория полета будет изгибаться вверх. Это восходящее ускорение создаст нагрузку на точки крепления тяжелых компонентов, таких как двигатель, батарея, кресло пилота (включая пилота) и т. д., но не увеличит нагрузку на соединение крыла с фюзеляжем. ¹

Ускорение вверх будет иметь некоторую тенденцию к уменьшению угла атаки крыльев, уменьшению общей подъемной силы и уменьшению общей величины силы, передаваемой через соединения крыло-фюзеляж, а также уменьшению общей перегрузки, но это будет компенсироваться присущей самолету динамикой устойчивости по тангажу (при условии, что полезная нагрузка находилась в центре тяжести), которая будет стремиться поднять носовую часть вверх, чтобы соответствовать восходящей кривой траектории полета и восстановить исходный угол атаки.

Во всяком случае, мы можем видеть, что нет тенденции к отказу стыков крыла и фюзеляжа таким образом, чтобы крылья поднимались вверх относительно фюзеляжа. От крыльев к фюзеляжу передается такое же количество силы, как и до падения, но теперь эта сила используется для ускорения фюзеляжа вверх, а не для поддержки полезной нагрузки.

Теперь предположим, что вес крыльев не пренебрежимо мал. Предположим, что каждое крыло весит 500 фунтов, а фюзеляж без полезной нагрузки весит 9000 фунтов. Теперь при прямолинейном полете с полезной нагрузкой в ​​10 000 фунтов в фюзеляже крылья должны оказывать на фюзеляж усилие в 19 000 фунтов. Таким образом, через каждое соединение крыла с фюзеляжем должно быть передано 9500 фунтов силы.

Теперь, когда полезная нагрузка мгновенно сбрасывается из прямолинейного горизонтального полета, а крылья продолжают лететь с той же скоростью и углом атаки и создают подъемную силу 10 000 фунтов каждое, самолет будет находиться в состоянии 2-G и будет ускоряться вверх. 1000 фунтов подъемной силы будут «поглощаться» каждым крылом, а 9000 фунтов подъемной силы будут передаваться через каждое из двух соединений крыло-фюзеляж на фюзеляж. Таким образом, сброс полезной нагрузки с фюзеляжа фактически уменьшил нагрузку на соединения крыла и фюзеляжа, потому что часть подъемной силы от крыльев используется для ускорения крыльев вверх, а не для поддержки полезной нагрузки в фюзеляже !

Теперь давайте изменим картину и предположим, что полезная нагрузка находится в крыльях, а не в фюзеляже. Предположим, что крылья весят 500 фунтов каждое пустое и 5500 фунтов каждое загруженное. Предположим, что фюзеляж весит 9000 фунтов. В прямолинейном полете в загруженном состоянии крылья генерируют общую подъемную силу 20 000 фунтов, из которых 9 000 фунтов используются для подъема фюзеляжа. 4500 фунтов силы должны передаваться через каждое из двух соединений крыла с фюзеляжем.

Опять же, предположим, что самолет находится в горизонтальном полете с полезной нагрузкой, а затем полезная нагрузка мгновенно сбрасывается. Вес самолета уменьшился вдвое. Скорость полета и угол атаки крыльев изначально останутся прежними, поэтому каждое крыло по-прежнему создает силу в 10 000 фунтов, поэтому самолет ускоряется вверх в условиях 2G. Из 10 000 фунтов силы, создаваемой каждым крылом, 1000 фунтов «поглощаются» крылом, а 9000 фунтов должны передаваться через каждое из двух соединений крыло-фюзеляж на фюзеляж. Усилие на каждом стыке крыла с фюзеляжем удвоилось.

Занятия на дому--

• Сбрасывание веса с фюзеляжа не увеличивает нагрузку на соединения крыла с фюзеляжем. Скорее, если весом крыльев нельзя пренебречь, то сбрасывание веса с фюзеляжа снижает нагрузку на соединения крыло-фюзеляж по мере того, как самолет ускоряется вверх.

• Падение веса с крыльев увеличивает нагрузку на соединения крыла и фюзеляжа по мере того, как самолет ускоряется вверх.

Вы также спросили--

Давайте теперь предположим, что во время полного маневра самолет будет поддерживать прямой и горизонтальный полет, не теряя и не набирая высоту ни на фут.

Это потребовало бы от пилота толкнуть ручку вперед, чтобы уменьшить угол атаки и подъемную силу, создаваемую крыльями, в момент сброса полезной нагрузки. («Толчок» применим только к нашему мысленному эксперименту, когда вся полезная нагрузка высвобождается мгновенно; если полезная нагрузка высвобождается более постепенно, то потребуется более постепенное движение рукояти вперед.) Уменьшение угла атаки крыльев не не создавать каких-либо необычных нагрузок на самолет. И самолет останется в состоянии 1-G.

Сноски--

1. Обратите внимание, что для заданной общей подъемной силы, создаваемой крыльями, чем выше общая масса и вес самолета, тем меньше перегрузка и, следовательно, меньше нагрузка на точки крепления тяжелых предметов фиксированного веса, таких как двигатель, аккумулятор, сиденья пассажиров (включая пассажиров) и т. д. Вот почему для многих самолетов опубликованная скорость маневрирования ниже при уменьшении общей массы и веса самолета. Снижение допустимой скорости маневрирования также снижает общую величину силы, которая может быть создана, когда крыло достигает угла атаки сваливания при полете на маневренной скорости, что сохраняет максимально возможную общую перегрузку постоянной, что сохраняет максимально возможную напряжения, действующие на точки крепления тяжелых предметов фиксированного веса, постоянны. (См. соответствующий вопрос ASEПочему скорость маневрирования зависит от веса? ). Однако этот подход не имеет смысла, если 1) критическими точками, которые могут выйти из строя в первую очередь, являются соединения крыла с фюзеляжем и 2) любой дополнительный вес добавляется к фюзеляжу, а не к крыльям. В этом случае, как показывает этот ответ, до тех пор, пока вес крыльев нетривиален, то для поддержания постоянной нагрузки, оказываемой на соединения крыло-фюзеляж, максимально допустимая подъемная сила должна уменьшаться по мере увеличения нагрузки на фюзеляж . , а это значит, что при увеличении нагрузки на фюзеляж скорость маневрирования должна уменьшаться . Обратное верно, если дополнительный вес добавляется к крыльям, а не к фюзеляжу. См. также этот связанный ответ ASE -Как вес самолета влияет на диаграмму Vn? .