Как возможно, что расчетные критерии интенсивности турбулентности почти удвоились, а коэффициент перегрузки при маневрировании остался прежним?

https://www.law.cornell.edu/cfr/text/14/25.341

Здесь говорится, что интенсивность турбулентности, используемая для сертификации, составляет 90 футов в секунду. Раньше это было 50 футов в секунду, этот раздел был добавлен в 1981 году. Так что с 1981 года критерии почти удвоились.

Но как возможно, что максимальная маневренная перегрузка осталась точно такой же? Самолет транспортной категории, созданный после 1981 года, до сих пор не может развернуться почти на 8 g.

Разве интенсивность турбулентности на самом деле не выражается как ускорение в кадрах в секунду? 90 кадров в секунду рассчитывается как 2,79G. Гравитационное ускорение Земли на уровне моря составляет около 32 кадров в секунду².
Нет, именно скорость «порывов» (точнее, резких вихрей) и составляет турбулентность. Транспортный самолет, столкнувшийся с участком атмосферной турбулентности с интенсивностью 50 кадров в секунду на крейсерской скорости, вероятно, испытает ускорение около 3+ g или «экстремальную турбулентность».
В этом случае этот вопрос является дубликатом Aviation.stackexchange.com/questions/87868/… .
В нем не рассматривается, почему самолет теоретически может выдержать (например, 7-8+ G) ударов и тряски, но не 7 или 8 G в повороте или петле. В транспортных самолетах конструкции до 1981 г. расхождение было меньше, т.е. пассажирский самолет сломается, если сделает разворот с перегрузкой 4G, и сломается, если встретит турбулентность в диапазоне 4-5G.
Этот вопрос также относится к вашему запросу. Aviation.stackexchange.com/questions/83458/… Предел 90 футов в минуту предназначен для мгновенной силы, а не для постоянной силы в повороте. Boeing проверил свои крылья 787, согнув их до соприкосновения кончиков, и они не сломались.
Мой вопрос сводится к; как самолет может выдерживать очень большие мгновенные силы, но не очень большие длительные силы?
@JuanJimenez, нет, интенсивность турбулентности выражается как разность скоростей при сдвиге ветра. Самой турбулентности присуще ускорение, ускорение вызвано только внезапным изменением условий обтекания самолета и, следовательно, результирующими аэродинамическими силами.
@ ItisTiff_93 речь идет не о мгновенных и устойчивых силах (настолько; сгибание немного сглаживает шипы, что помогает), а скорее о том, насколько большие аэродинамические силы может создать внезапный сдвиг ветра.
@JanHudec, ты должен ответить. Концепция та же, что и у амортизатора/пружины, сглаживающей неровности дороги за счет изгиба (при этом изгиб может вызвать усталость металла). Таким образом, критерии проектирования могут включать длительные и кратковременные нагрузки в любом направлении (с учетом флаттерных/резонансных частот)?
@JuanJimenez Я не верю, что какой-либо самолет когда-либо был испытан и показал, что он выдерживает изгиб крыла до тех пор, пока кончики крыльев не соприкоснутся. Хотите указать источник, я уверен, что это городская легенда? Крылья современных авиалайнеров выдерживают изгиб законцовок намного выше верхней части фюзеляжа.
@ jpe61 Конечно, они трогали, но не себя. :)
Этот вопрос дважды публиковался на Reddit.

Ответы (2)

Интенсивность турбулентности относится к воздуху вокруг самолета.
Фактор длительной перегрузки применяется к самому воздушному судну.
Это яблоки и апельсины, одно нельзя сравнивать напрямую с другим.

В простой модели разворота с большой перегрузкой воздух остается неподвижным, а подъемная сила самолета увеличивается в N раз. Таким образом, его крылья должны быть рассчитаны на нагрузку N*W (с коэффициентами усталости и запаса прочности).

Порывы ветра или турбулентность также создают силы на крыле. Но не столько силы, сколько потребовалось бы для придания самолету такого же ускорения, как кажущееся ускорение воздуха в порыве ветра. Вентилятор, который дует со скоростью X кадров в секунду, не заставляет все объекты в комнате двигаться со скоростью X кадров в секунду.

Порыв со скоростью 90 футов в секунду на неподвижной плоской пластине создаст давление около 12 фунтов на квадратный фут. Нагрузка на крыло современного авиалайнера составляет от 100 до 140 фунтов на квадратный фут. Реальные цифры будут сильно отличаться, потому что это вовсе не статический случай, а проявляется как изменение AoA с увеличением/уменьшением подъемной силы. Тем не менее, это не дополнительные перегрузки, так как это потребовало бы гораздо большей скорости.

Что делает турбулентность опасной и очень заметной, так это скорость изменения ускорения , называемая рывком, а не абсолютное ускорение. Его неустойчивое поведение также способствует вибрации и усталости. Дополнительная сила составляет лишь часть того, что обычно несет крыло, но ее быстрое начало и цикличность могут быть опасными.

Повышенная расчетная интенсивность турбулентности является требованием для учета этих вторичных факторов, а не для увеличения статической прочности конструкции.

90 футов в секунду также составляют ~45 узлов, что в сочетании с поступательной скоростью означает довольно значительное изменение угла атаки. Но это то, что касается скорости проникновения в непогоду — если крыло глохнет до перегрузки, это не проблема.
Я не оспариваю этот ответ, но мне трудно увидеть разницу в перегрузке, вызванной порывом ветра, и перегрузке, вызванной пилотом (автопилотом). После полетов в суровую погоду на борту множества различных самолетов порывы ветра, безусловно, могут вызвать сильные перегрузки на самолетах...
@ Jpe61 Разница в величине. Порывы кажутся интенсивными, но именно их быстрые изменения интенсивности делают их сильными. Фактическое изменение перегрузки меньше возможного за поворот.
Таким образом, в основном старое требование 50 футов / с было просто несоразмерно требованию коэффициента нагрузки, будучи слишком маленьким? Все еще интересно, как быстро меняющаяся нагрузка более требовательна к планеру, чем та же нагрузка, создаваемая более контролируемым образом 🤔
@Jpe61 Нагрузки создают смещение. Кожа огибает заклепки то в одну сторону, то в противоположную. Циклическая нагрузка, составляющая лишь часть расчетной прочности, может вызвать локальную малоцикловую усталость в зонах высокого напряжения. Что касается одиночных нагрузок с высоким рывком, они могут расшатывать незакрепленные неконструктивные детали; при постепенно прикладываемых нагрузках они просто оседают.
Хорошо, теперь понял, имеет смысл. Спасибо 👍

Мой вопрос сводится к следующему: как самолет может выдерживать очень большие мгновенные силы, но не очень большие длительные силы.

Из вашего вопроса можно сделать вывод, что максимальная маневренная перегрузка осталась прежней, а интенсивность турбулентности по расчетным критериям почти удвоилась.

Как это возможно?

Композиты, армированные волокном.

Эти материалы могут выдерживать многократные изгибы намного лучше, чем металлы. Если можно представить многократное сгибание деревянной палки и алюминиевой трубки, обе они могут необратимо деформироваться под одинаковой нагрузкой напряжения при поломке «через колено», но деревянная может быть более устойчива к повторяющимся изгибам без разрушения в определенной точке из-за усталость.

Именно это превосходство более современных материалов и методов строительства в отношении изгиба, «демпфирования» или «поглощения ударов» могло привести к увеличению пределов турбулентного напряжения в критериях проектирования, а также к лучшему пониманию погодных явлений, таких как микровзрывы.

Можно также считать, что «транспортный» самолет не предназначен для экстремальных маневров, а должен летать в любую погоду. Более высокий аспект, более гибкие крылья (как у 787), скорее всего, будут в конструкции.

Ваш ответ, кажется, подразумевает, что критерии проектирования для интенсивности порывов ветра были увеличены, потому что материалы стали более совершенными. Это причинно неправильно, но я предполагаю, что это не то, что вы имели в виду, поэтому я бы изменил формулировку. Самолеты по-прежнему строятся без композитов, армированных волокном, хотя критерии проектирования ужесточаются.
@ Jpe61 вопрос в том, «как это возможно». Можно также перейти на другой структурный уровень, добавив материалы или изменив конфигурацию. Последний абзац, кажется, охватывает «почему», не стесняйтесь редактировать в своем вводе.
Я хочу сказать, что правила меняются для обеспечения безопасности, крайне редко (на ум не приходят примеры), потому что технологии развиваются. Ваша часть « как это возможно » ответила бы на вопрос о том, « как возможно, чтобы современные самолеты выдерживали силу Х ». Здесь возникает вопрос о том, « как возможно, что правило Y изменилось, а кажущееся связанным правило Z — нет? »
@RobertDiGiovanni Я согласен с тем, что FRC - это только один из многих способов улучшить устойчивость к турбулентности. Другие включают клеи, сварку, лучшее клепание, лучшее тестирование. Цельнометаллические самолеты соответствуют тем же требованиям. За исключением 787, A350 и MC-21, большинство производимых в настоящее время авиалайнеров в основном сделаны из металла.
Как возможно, что расчетные критерии интенсивности турбулентности почти удвоились, а коэффициент перегрузки при маневрировании остался прежним?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v