Какова связь между скоростью снижения самолета и скоростью?

Если пилот управляет определенным углом глиссады, любое изменение воздушной скорости также изменит вертикальную скорость, потому что оба связаны углом глиссады.$\gamma$.

Обратите внимание, что вертикальная скорость - это скорость воздуха$\cdot\sin\gamma$. Восхождение или спуск не имеет значения; только знак$\gamma$изменения (положительные$\gamma$означает, что самолет набирает высоту). Также тип движителя не повлияет на это основное соотношение.

Поскольку спуск уменьшает потенциальную энергию, какая-то другая энергия будет увеличиваться. Если самолет ускоряется, его кинетическая энергия увеличивается до тех пор, пока увеличение лобового сопротивления не уравновесит прирост энергии. Уменьшение тяги двигателей или развертывание спойлеров ограничит увеличение скорости, но при крутом спуске даже при работающих двигателях на холостом ходу и полном отклонении спойлеров скорость полета возрастет.

То же самое и со скороподъемностью самолета?

Нет. При наборе высоты потенциальная энергия должна быть увеличена, а основным источником энергии являются двигатели. Только теперь на результат будет влиять тип движителя: как скорость самого крутого, так и самого быстрого набора высоты для винтовых самолетов довольно низкие , поэтому увеличение вертикальной скорости обычно сопровождается снижением скорости полета, высвобождая больше избыточной энергии. для скалолазания.

Самолетам также нужно лететь медленно для самого крутого подъема, но им нужно набирать скорость для самого быстрого набора высоты . Это тем более выражено, чем меньше степень двухконтурности двигателей, поэтому истребителям нужна скорость для быстрого набора высоты. Авиалайнеры с турбовентиляторными двигателями находятся между винтовыми самолетами и истребителями и предпочитают умеренную скорость для достижения наилучших характеристик набора высоты.

Это все верно только в стационарном полете. При подтягивании любой самолет может быстро набрать высоту, обменивая кинетическую энергию на потенциальную . Но это переходный эффект - высокая скорость набора высоты будет длиться только до тех пор, пока у самолета есть лишняя скорость, которую можно потратить.

Вот диаграмма Питера с двумя разными скоростями полета, чтобы вы могли видеть разницу в вертикальной скорости:

Другие ответы решают вопрос очень в основном. Если самолет движется по воздуху в направлении своего носа, и этот нос оказывается направленным к земле, то чем быстрее самолет движется по воздуху в направлении своего носа, тем быстрее он будет снижаться. Это простая тригонометрия; «истинная воздушная скорость» самолета - это гипотенуза треугольника, а два других катета представляют собой чистые горизонтальную и вертикальную составляющие этой воздушной скорости, а именно «путевую скорость» самолета и его «вертикальную скорость» (также известную как скорость набора высоты / снижения). При постоянном угле набора высоты или снижения, если вы увеличите свою воздушную скорость, вы увеличите свою путевую скорость и вертикальную скорость.

Другой, более реалистичный способ думать об этом — наоборот; При прочих равных, когда скорость снижения самолета увеличивается, его скорость увеличивается. Это связано с физикой и преобразованием энергии между потенциальной и кинетической формами.

Простой не авиационный пример. Скажем, у вас есть мешок с песком, обвязанный веревкой и пропущенный через шкив над головой. Потянув за веревку, вы поднимаете мешок с песком против силы тяжести на определенную величину. Вы тратите энергию на это и храните часть этой энергии (в идеале всю ее, но в реальном мире есть «неэффективность») в весе, присущем его высоте над землей. Отпустите вес, и гравитация ускорит его на величину, зависящую от времени (и, следовательно, от высоты), так что к тому времени, когда он коснется земли, вся потенциальная энергия, которую вы накопили, подняв вес, была преобразована в кинетическую энергию движения. .

Такое же основное соотношение существует и в самолетах; самолет накапливает энергию, затрачиваемую его двигателем (или в планере, двигателем буксира) на его высоте. Затем самолет может уменьшить высоту, чтобы сохранить (или даже увеличить скорость при истинном пикировании). Это один из самых основных принципов высшего пилотажа, которому учат всех пилотов; вы можете «обменять высоту на воздушную скорость», когда вам нужно больше (или меньше) одного и достаточно другого, чтобы отказаться (или получить).

Механизмы, с помощью которых это происходит, могут быть настолько сложными и эзотерическими, насколько вы хотите; мы можем охватить четыре основные силы полета и то, как разные силы действуют в разных направлениях в зависимости от положения самолета и, таким образом, вносят вклад в различные горизонтальные и вертикальные подкомпоненты движения самолета относительно его носа или земли под ним. Но для ответа на этот вопрос достаточно просто заявить, что при снижении самолет жертвует своей высотой, чтобы получить энергию, и количество этой энергии, не теряемой на сопротивление, увеличивает скорость полета самолета вперед.

Это возвращается к исходному ответу. Когда вы спускаетесь с высоты, ваша воздушная скорость (скорость движения в направлении носа самолета) будет увеличиваться, поскольку потенциальная энергия преобразуется в кинетическую. Поскольку эта поступательная воздушная скорость направлена ​​вниз, пока сопротивление не сдерживает ускорение (например, при более высоком угле атаки, который увеличивает сопротивление за счет увеличения «поперечного сечения» крыльев, непосредственно подвергающихся воздействию воздушного потока), это создает петлю обратной связи; вы снижаетесь, набирая воздушную скорость, что заставляет вас снижаться быстрее, набирая большую воздушную скорость.

Чтобы противодействовать этому, снижающиеся авиалайнеры часто снижают мощность двигателя (поэтому энергия, полученная при снижении, лишь компенсирует уменьшение тяги), увеличивают угол атаки (если самолет движется по траектории «под носом», крылья больше « сбоку» к воздушному потоку, движущемуся мимо них, что увеличивает лобовое сопротивление) и задействовать спойлеры или воздушные тормоза (которые напрямую увеличивают лобовое сопротивление даже при малых углах атаки).

Поэтому, в отличие от ответов, которые были здесь первыми, я говорю, что короткая версия заключается в том, что «в реальном мире» это так не работает ... за исключением некоторых ситуаций, которые обычно рассматриваются как авиадиспетчер.

Когда пилоту дают снижение без дополнительных инструкций, мы обычно снижаемся либо с постоянной скоростью снижения, либо с постоянной воздушной скоростью. AIM говорит, что мы должны снижаться с оптимальной скоростью (не с максимальной скоростью), пока не достигнем 1000 футов заданной высоты, а затем не более 1500 футов в минуту для этих последних 1000 футов. В зависимости от моего расстояния от пункта назначения или другого ожидаемого пересечения ограничения, я обычно выбираю скорость снижения между 1500 и 2500 футов в минуту и ​​использую мощность для поддержания целевой скорости снижения. При использовании этого метода скорость снижения не будет увеличиваться со скоростью, однако мой вертикальный угол траектории полета будет меняться при изменении скорости.

Поведение, которое вы описываете, скорее всего, наблюдается, когда пилоту выдается ограничение на пересечение, или они планируют пересечь самодельное ограничение на пересечение (обычно используется 10 000 футов AGL на расстоянии 30 морских миль от аэропорта). Это эффективно фиксирует вертикальный угол траектории полета, и теперь единственный способ компенсировать изменения скорости — регулировать вертикальную скорость.

При снижении с большой высоты (выше 30 000 футов, в зависимости от самолета) указанная воздушная скорость будет увеличиваться с постоянным числом Маха, пока не будет достигнута целевая воздушная скорость снижения, и вертикальная скорость должна быть увеличена, чтобы компенсировать более высокую высоту над землей. скорость, чтобы ограничить пересечение. С другой стороны, если назначено снижение скорости, то скорость снижения может быть уменьшена, чтобы сделать такое же ограничение пересечения (или самолет просто раньше достигает назначенной высоты, что обычно не является проблемой).

Эта корректировка происходит либо автоматически (системой FMS/автопилотом в режиме VNAV), либо контролируется и корректируется вручную пилотом для соблюдения ограничений пересечения.