Мы знаем, что любой самолет будет сваливаться на своей скорости сваливания (для определенного веса, положения центра тяжести и т. д.), но также и то, что один и тот же самолет всегда будет сваливаться при одном и том же угле атаки.
Я читал, что IAS — это просто простой способ управления AOA, потому что на самом деле все дело в AOA, а не в воздушной скорости. Что при изменении IAS мы меняем относительный ветер и, следовательно, угол атаки. С другой стороны, я знаю, что критический угол атаки не зависит от веса (он всегда будет одинаковым для данного аэродинамического профиля), но изменится скорость сваливания.
Есть также свалки на высоких скоростях... Я в замешательстве. Можем ли мы попасть в стойло, не достигнув критического угла атаки? Какая именно связь между AOA и IAS?
«Можем ли мы попасть в стойло, не достигнув критического угла атаки?» -- нет.
«Мы знаем, что любой самолет будет сваливаться на своей скорости сваливания (для определенного веса, положения центра тяжести и т. д.)» — нам нужно добавить «перегрузку» в этот список параметров. «Скорость сваливания», о которой мы обычно говорим, — это скорость сваливания 1G . Измените вес или перегрузку, и воздушная скорость, соответствующая углу атаки сваливания, изменится.
«С другой стороны, я знаю, что критический угол атаки не меняется с весом» — верно, но для данной перегрузки, такой как 1 g, воздушная скорость, коррелирующая с этим критическим углом атаки, зависит от квадратного корня из вес.
«Какова именно связь между AOA и IAS?» -- если мы знаем IAS, при котором крыло достигает угла наклона сваливания при заданном весе и перегрузке, то мы можем настроить этот IAS для некоторых других условий, умножив на квадратный корень из изменения веса, умноженного на квадратный корень из изменение перегрузки. "Изменение" означает соотношение, т.е. новое деленное на исходное.
Фундаментальная взаимосвязь между AOA и IAS заключается в том, что чистая подъемная сила при любом заданном AOA пропорциональна квадрату воздушной скорости (IAS).
Вот дополнительное осложнение, о котором вы, возможно, не хотите беспокоиться прямо сейчас — «динамическая остановка». Какова непосредственная причина остановки? -- прокрутите вниз до последнего абзаца.
Практическим ответом, который поможет вам понять критический угол атаки и скорость сваливания, будет работа быстрых реактивных двигателей. Самый быстрый способ посадить реактивный самолет — это присоединиться к «обкатке и обкатке», это может быть на любой скорости, но обычно 350 узлов. Будет использоваться разворот с большой перегрузкой от взлетно-посадочной полосы на высоте круга до положения по ветру. Самолет будет втягиваться в поворот до тех пор, пока не будет достигнут бафт сваливания. Это сваливание и связанное с ним сопротивление быстро и легко замедляют самолет до скорости захода на посадку. Поскольку самолет находится выше минимального сваливания и сохраняет много энергии, уменьшение управляющих усилий в любой точке восстановит нормальный полет. Хотя самолет будет испытывать «сваливание» на высокой скорости из-за превышения критического угла атаки, тот же самолет будет сваливаться на скорости около 100 узлов по прямой и ровной поверхности.
Прямой ответ на вопрос («Какова связь между углом атаки и воздушной скоростью?») прост: никак , то есть до тех пор, пока вы не введете контекст и некоторые условия.
Ваш контекст таков: мы хотим, чтобы самолет летал. И не просто «летать», а хотя бы держать уровень. Для этого вам нужна определенная подъемная сила . Подъемная сила используется для противодействия весу , поэтому вам нужно как минимум столько же, чтобы лететь ровно. Кроме того, вам понадобятся дополнительные усилия для выполнения большинства маневров (например, поворотов).
Самолеты создают подъемную силу с помощью крыльев. Если мы для простоты «починим» крыло (то есть забудем о закрылках и других устройствах, изменяющих крыло 1 ), то под управлением пилота останутся только две переменные, влияющие на подъемную силу:
Чем больше каждого, тем больше подъем. Зависимость является квадратичной по воздушной скорости (удвоенная воздушная скорость, 4-кратное увеличение подъемной силы) и более или менее линейной по AoA (пока вы не приблизитесь к сваливанию).
То, что определяет сваливание, на практике определяется исключительно AoA, 2, как вы уже понимаете. Если бы у вас был точный датчик AoA, это все, что вам нужно было бы наблюдать, чтобы избежать сваливания. (Но вам все равно нужно знать , как летит самолет, то есть вышеперечисленные зависимости, чтобы знать, что делать , чтобы этого избежать).
Однако по разным причинам у вас обычно нет такого датчика. В этом случае вы можете использовать воздушную скорость в качестве прокси. Но воздушная скорость связана с AoA через подъемную силу, как мы обсуждали. Вы также должны знать текущий лифт! Откуда ты знаешь? Что ж, в прямом и горизонтальном полете подъемная сила точно равна весу по определению. Вы знаете свой вес, потому что заполнили таблицу веса и баланса перед полетом, верно? Вы также знаете, сколько топлива вы израсходовали до этого момента.
Таким образом, чем тяжелее ваш самолет (скажем, если вы загружаете дополнительного пассажира), тем больше подъемной силы вам потребуется в тех же условиях. И, как мы знаем, мы можем создать эту дополнительную подъемную силу двумя способами: увеличив угол атаки, или увеличив скорость полета, или и то, и другое. Если мы просто увеличим AoA, мы, очевидно, приблизимся к сваливанию, и в какой-то момент мы свалимся - на той же воздушной скорости, на которой мы могли бы летать с меньшим весом. Или, наоборот, если мы «зафиксируем» AoA (скажем, рассмотрим AoA сваливания, которое, как мы знаем, фиксировано), нам потребуется более высокая скорость полета для большего веса. (1,4-кратная скорость полета для двойного веса).
Вот почему ваша скорость сваливания зависит от веса. Это также зависит от перегрузки, когда крылу нужно создать большую подъемную силу, чем вес. (Координированный разворот - это первый маневр, который пилоты усваивают, когда это происходит). Когда в документах (таких как POH) указывается «скорость сваливания», они также указывают вес, при котором она применяется. (Если они этого не делают, они консервативно подразумевают максимально допустимый вес). У них также часто есть графики увеличения скорости сваливания на поворотах (в зависимости от угла крена).
Таким образом, когда мы говорим о « воздушной скорости сваливания », мы понимаем ее как « воздушную скорость, при которой крыло создает необходимую подъемную силу, находясь в сваливающем AoA ». «Необходимое количество», в свою очередь, зависит от рассматриваемых условий: для простейшего случая прямолинейного и горизонтального полета это как раз вес.
1 А так же про лед, жуков и грязь на поверхности и т.д.
2 По правде говоря, истинная воздушная скорость также оказывает влияние через число Рейнольдса (Re), но в контексте ГА этот эффект очень незначителен. Скорость изменения угла атаки тоже имеет значение, но только для очень агрессивных маневров, например, в фигурах высшего пилотажа.
Связь между углом атаки и воздушной скоростью прекрасно объясняется уравнением подъемной силы:
= Плотность воздуха x Площадь крыла x Коэффициент подъемной силы (развал и угол атаки) x V .
IAS — это простой способ контролировать AOA
Теоретически да. На самом деле это не очень практично, потому что воздушная скорость не может быть мгновенно изменена путем добавления тяги. Это особенно верно, когда самолет больше, как авиалайнер.
Инерция (масса) должна быть преодолена, чтобы двигаться вообще, как показано в уравнении ускорения:
= масса х ускорение
Преобразование в: ускорение = сила/масса
Воздушная скорость создает подъемную силу, поэтому мы должны увеличивать тягу до тех пор, пока не достигнем достаточной скорости для полета (как при взлете).
можем ли мы войти в стойло, не достигнув критического угла атаки
Да! Если вы снизите скорость слишком сильно, ваш самолет не будет создавать достаточную подъемную силу, чтобы выдержать свой вес. Самолет будет "проваливаться" с траектории, что увеличивает угол атаки на крыло. Тогда ты остановишься .
Это особенно верно, если ваш центр тяжести слишком далеко назад или (для строителей), если хвост слишком мал.
Есть также высокоскоростные киоски ... я запутался
Не нужно быть. Сваливание происходит, когда угол атаки крыла превышает его предел. Люди глохнут на более высоких скоростях, потому что они слишком сильно пытаются повернуть, например, чтобы добраться до взлетно-посадочной полосы.
Таким образом, лучший способ избежать сваливания состоит в том, чтобы следить за нашей воздушной скоростью (так что нам не нужен высокий угол атаки) и не быть слишком агрессивным с рулем высоты.
Ян