Как вес самолета влияет на диаграмму Vn?

Ну, отвечая на ваш первый вопрос, вес самолета на самом деле не влияет на диаграмму Vn, потому что эта диаграмма разработана с учетом структурных сил, которые самолет может выдержать без повреждений.

Отвечая на ваш вопрос о связи между маневренностью и весом самолета, эта связь представляет собой просто «простую» физическую проблему. Вам просто нужно знать характеристики самолета, такие как центр тяжести, различные аэродинамические факторы и эффект отклонения поверхностей управления. Когда вы решаете шесть уравнений с шестью переменными дифференциальной системы, вы можете найти, как любая характеристика самолета влияет на его маневренность.

Наконец, как вы говорите, когда вес низкий, необходимая подъемная сила меньше, но это не влияет на диаграмму Vn, потому что n остается более или менее постоянным, потому что:$n=\frac{L}{W}$. Эта диаграмма просто показывает нам, каковы отношения между аэродинамическими силами и весом. Мы все знаем, что вес является одной из проблем для самолета, но он также помогает уменьшить изгибающий момент на корневой части крыла, поэтому последние топливные баки, которые опорожняются на самолете, - это те, которые находятся дальше от фюзеляж.

Когда самолет тяжелее (скажем, баки крыла или баки фюзеляжа, заполненные топливом), определенное количество фунтов силы, создаваемой крыльями, приводит к меньшей перегрузке и, следовательно, меньшему усилию на компоненты фиксированного веса, такие как аккумулятор или двигатель. (с). Поэтому крепления, удерживающие эти части самолета на месте, подвергаются меньшей нагрузке. Следовательно, максимальное усилие, которое может прилагать крыло, измеряется в фунтах или ньютонах, а не в перегрузках, может быть увеличено, опять же при условии, что нас беспокоит нагрузка на такие элементы, как опоры двигателя и т. д. - и именно поэтому маневренная скорость (Va) у многих самолетов увеличивается с увеличением веса самолета. (Ниже скорости маневрирования крыло остановится, прежде чем создаст некоторую критическую силу, которую конструктор сочтет слишком большой.

Проще говоря, если мы устанавливаем скорость маневрирования для защиты креплений предметов фиксированного веса, то все, что имеет значение, — это максимальная перегрузка, которую мы позволяем развивать самолету. Когда самолет тяжелее, для любой заданной перегрузки скорость сваливания будет происходить при более высокой воздушной скорости. Скорость маневрирования — это скорость, при которой самолет глохнет до того, как приложит столько усилий, что повредит конструкцию. Таким образом, если мы устанавливаем скорость маневрирования, чтобы защитить крепления предметов фиксированного веса, не позволяя самолету превышать некоторую заданную перегрузку, то мы можем увеличить скорость маневрирования по мере увеличения веса самолета.

С другой стороны, если бы мы беспокоились о том, чтобы не оторвать крылья от фюзеляжа — если бы это было ограничивающим фактором при установке нашей предельной скорости — тогда не имело бы никакого смысла повышать нашу предельную скорость, поскольку мы увеличиваем вес самолета, на по крайней мере, если бы весь увеличившийся вес шел на фюзеляж. В упрощенном случае, когда вес крыла пренебрежимо мал по сравнению с весом фюзеляжа, когда крыло создает подъемную силу X фунтов, то же самоеколичество силы передается от крыла к фюзеляжу, независимо от того, насколько тяжелый фюзеляж и, следовательно, какова перегрузка. Если весом крыла нельзя пренебречь по сравнению с весом фюзеляжа, то добавление веса к фюзеляжу означает, что меньший процент подъемной силы крыла будет «поглощаться» самим крылом, и для данного X фунтов подъемной силы сила, создаваемая крылом, сила, оказываемая крылом на фюзеляж, и нагрузка на соединение крыла с фюзеляжем будут увеличиваться по мере увеличения веса самолета. В таком случае, если соединение крыла с фюзеляжем является нашей критической проблемой, то имеет смысл уменьшить скорость маневрирования.по мере увеличения массы самолета. С другой стороны, если дополнительный вес идет на крыло (топливо, внешние запасы, подвешенные к крыльям), то для данного X фунтов подъемной силы, создаваемой крылом, часть подъемной силы крыла будет «поглощаться» этим весом. и общая перегрузка в любой данной ситуации будет меньше, и будет меньше силы, передаваемой от крыла к фюзеляжу, и меньше нагрузка на крепление крыла к фюзеляжу, поэтому опять же имеет смысл увеличить скорость маневрирования, поскольку мы увеличиваем вес самолета, если такие области, как крепление крыла к фюзеляжу, являются критически важными.

Точно так же, если большая часть веса распределяется по размаху крыла, изгибающее напряжение на лонжеронах крыла будет меньше при заданной общей силе в фунтах, создаваемой крылом. Таким образом, если лонжероны крыла являются критически важным компонентом, определяющим скорость маневрирования, то если мы увеличим вес, добавив его к крылу, скорость маневрирования должна возрасти, но если мы увеличим вес, добавив его к фюзеляжу, скорость маневрирования должна снизиться .

Итак, это сложно. Самый простой случай — это когда ограничивающей проблемой является нагрузка на крепления предметов фиксированного веса, таких как опоры двигателя, кронштейны аккумулятора и т. д., как описано в начале этого ответа. Насколько я понимаю, это на самом деле самый распространенный случай, и это объясняет, почему на диаграмме Vn скорость маневрирования обычно увеличивается по мере увеличения веса самолета. Опять же, в данном случае мы просто устанавливаем максимально допустимую перегрузку .

«Скорость маневрирования» явно не показана на рисунке, указанном в вопросе , но обычно она возникает в точке, где линия, представляющая максимально допустимую перегрузку, встречается с изогнутым левым краем конверта, представляющим срыв, с некоторой дополнительной безопасностью. добавлена ​​маржа. Приведенное выше обсуждение вопроса о том, следует ли увеличивать или уменьшать скорость маневрирования Va при добавлении веса к самолету, в зависимости от того, где мы добавляем вес, в точности эквивалентно обсуждению того, следует ли нам увеличивать или уменьшать предельную перегрузку. или ни то, ни другое, так как мы увеличиваем вес самолета. Обратите внимание, что на диаграмме Vn добавление веса к самолету сдвинет изогнутый левый край конверта, представляющего сваливание, дальше вправо. Вы можете видеть, как, еслинаша цель просто установить скорость маневрирования таким образом, чтобы предотвратить превышение самолетом некоторой фиксированной максимально допустимой перегрузки, тогда увеличение веса автоматически изменит диаграмму Vn таким образом, что скорость маневрирования увеличится пропорционально квадрату корень увеличения веса. Однако, если цель состоит в том, чтобы ограничить нагрузку на лонжероны крыла или соединение крыла с фюзеляжем, то ситуация может быть совершенно другой, в зависимости от того, где мы добавляем вес.

(Диаграмма, указанная в ответе, не показывает этого, потому что она не показывает скорость сваливания для разных весов. Скорее, она показывает изменение скорости сваливания IAS с высотой , что, вероятно, связано с эффектами Маха, а не с чем-то другим. что мы должны заботиться о самолетах с более низкими характеристиками.)

Связанные вопросы и ответы по ASE--

В : Что такое Vg на этой диаграмме VG?

A: Что такое Vg на этой диаграмме VG?" -- в этом случае самолету (планеру) присваивалась более высокая Vg, максимально допустимая скорость в порывистых условиях, а также более высокая Vne, когда он нес меньший вес. противоположно тому, что мы часто видим в отношении скорости маневрирования Va у легких самолетов Итак, как указано в настоящем ответе, « это сложно ».