Допустим, я лечу на самолете массой 100 000 кг с перегрузкой 1G при нормальном устойчивом полете. У меня есть гелиевый помощник, который обеспечивает подъемную силу на 50 000 кг (50%). Следовательно, моя аэродинамическая подъемная сила должна обеспечивать подъемную силу вверх 50 000 кг (50%), чтобы оставаться в полете.
Если я выполню, скажем, маневр с креном 60 градусов и создам коэффициент перегрузки 2G для самолета (так что теперь воспринимаемый вес возрастет до 200 000 кг), будет ли подъемная сила каким-то образом масштабироваться с коэффициентом перегрузки или Является ли подъемная сила полностью статической и продолжает обеспечивать положительную подъемную силу в 50 000 кг независимо от коэффициента индуцированной нагрузки? Другими словами, должна ли аэродинамическая подъемная сила обеспечивать 150 000 кг положительной подъемной силы во время маневра 2G, чтобы удерживать самолет в воздухе?
Вероятно, было бы проще думать о нем как о самолете массой 50 000 кг с «нормальным» крылом. Эта неправда сделает вычисление ускорений и скорости поворота неверным (потому что фактическая масса сделает его более медленным). Но крыло всегда должно обеспечивать вертикальную подъемную силу в 50 000 кг, чтобы корабль не разгонялся вниз.
Затем, как и у обычного самолета, крыло должно удвоить (аэродинамическую) подъемную силу под углом 60 градусов. Это позволяет ему иметь 50 000 кг по вертикали, и корабль не опускается.
Если я выполню, скажем, маневр с 60-градусным креном и вызову у самолета перегрузку 2G
Я не предпочитаю этот язык. Коэффициент нагрузки является результатом подъема. Если бы у вас было крыло, которое не могло обеспечить повышенную подъемную силу (оно уже было в точке сваливания), то крен не увеличил бы коэффициент нагрузки. Либо заглохло бы крыло, либо самолет начал бы ускоряться вниз. Сказать, что коэффициент нагрузки увеличился, означает, что подъем уже выполнен.
зависит ли подъемная сила каким-либо образом от коэффициента нагрузки, или подъемная сила полностью статична и продолжает обеспечивать положительную подъемную силу в 50 000 кг независимо от коэффициента индуцированной нагрузки?
Выталкивающая сила постоянна и всегда вертикальна. Вместо того, чтобы исходить от относительного ветра, это происходит от вертикального градиента давления в атмосфере. Таким образом, в простом анализе это не зависит от банковского дела. Но поскольку гравитационное притяжение самолета также постоянно и всегда вертикально, вы можете просто объединить их, чтобы понять, для чего требуется аэродинамическое крыло.
Аэростатическая подъемная сила всегда вертикальна и не создает центростремительной силы при повороте. Если вы выполняете поворот 2G на 60 градусов, общая сила в вертикальном направлении равна аэростатической плавучести плюс общая аэродинамическая подъемная сила (направленная на 60 градусов от вертикали), умноженная на cos (60 градусов). Центростремительная сила является просто аэродинамической и равна полному аэродинамическому подъему, умноженному на sin(60 градусов). Чтобы быть в повороте 2G на 60 градусов, вы должны агрессивно ускоряться вверх — например, поворачиваться на 60 градусов, подтягиваясь в нижней части пикирования.
theta # Bank angle
lift # Expressed as acceleration, pointed theta radians from vertical
lift*cos(theta) + 0.5G of aerostatic buoyancy = 1G # Required for a level turn
2G = sqrt((lift*cos(theta) + 0.5G)^2 + (lift*sin(theta))^2) # Setting the total acceleration equal to 2G.
=> lift*cos(theta) = 0.5G
=> (lift*cos(theta) + 0.5G)^2 = 1G
=> 2G = sqrt(1G + (lift*sin(theta))^2)
=> 3G = lift^2*sin^2(theta)
=> 0.5G = 0.289*lift*sin(theta)
=> lift*cos(theta) = 0.289*lift*sin(theta)
=> cos(theta) = 0.289*sin(theta)
=> theta = atan(0.289)
=> theta = 1.29
=> lift*cos(theta) = 0.5G
=> lift*cos(1.29) = 0.5G
=> lift = 1.803G
1,29 радиана соответствует углу крена 74 градуса.
0.5G = lift*cos(60 degrees)
=> lift = 1G
Общая перегрузка =sqrt((1G*cos(60 degrees) + 0.5G)^2 + (1G*sin(60 degrees))^2)
Общая нагрузка G = 1,32G
2G = sqrt((lift*cos(60 degrees) + 0.5G)^2 + (lift*sin(60 degrees))^2)
=> 4G = (lift*cos(60 degrees) + 0.5G)^2 + (lift*sin(60 degrees))^2
=> lift = 1.703G
Ускорение вверх =1.703*cos(60 degrees) + 0.5G
Ускорение вверх = 2,203G
Чистое ускорение вверх = 1,203G.
Возможно, вы сами ответили на свой вопрос, сказав «воспринимаемый» вес. Обратите внимание, что разворот на 2G не увеличивает вес самолета, поскольку не увеличивает величину ВЕРТИКАЛЬНОЙ подъемной силы, необходимой для удержания его в воздухе. 2G — это то, что вы воспринимаете или чувствуете в самолете. Величина требуемой вертикальной подъемной силы всегда будет равна весу самолета за вычетом вклада подъемного газа. Остальное должно быть обеспечено крылом/двигателем.
Поэтому необходимо определить, способен ли ваш самолет создать достаточную общую подъемную силу, чтобы создать вертикальную подъемную силу 50 000 кг при крене 60 градусов. Это будет настолько близко к вашему максимальному подъему, на который вы осмелились пойти, прежде чем заглохнуть. Другим решением было бы использовать больше гелия или уменьшить угол поворота. Для развлекательных полетов попытка удержать высоту в устойчивом повороте на 60 градусов может не стоить долго продолжаться. Возможно, вы проливаете топливо из-под крыльев.
Если вы все еще хотите это сделать, удалите гелий и посмотрите, поднимут ли крылья сами по себе 100 000 кг в горизонтальном полете. При крене 60 градусов, если мои расчеты верны, вертикальная подъемная сила составит 50 000 кг.
Боб
В постскриптуме этот вопрос применим к сравнению веса и скорости сваливания. "Легкому" самолету нужен меньший угол атаки, чем "тяжелому" при заданной скорости. Для этого тяжелый должен либо увеличивать угол атаки, чтобы удерживать высоту (рискуя сваливания), либо увеличивать скорость (ограниченную безопасной скоростью маневрирования).
Это означает, что «легкий» будет иметь меньшее лобовое сопротивление, что сэкономит топливо в дальней поездке. Можно было бы подумать о том, чтобы наполнить Super Guppy гелием, чтобы выяснить это!
Короткий ответ: «нет». Выталкивающая сила обусловлена совершенно другим принципом и всегда равна одной и той же величине, направленной вверх. Без масштабирования.
Кстати, для вашего частично плавучего самолета, если вы хотите выполнить разворот на уровне 2G, вам потребуется более 60 градусов AOB.
Во многих случаях, если вы все продумаете до крайности, это поможет вам понять промежуточные случаи.
Представьте себе, что в вашем самолете так много гелия, что он имеет нейтральную плавучесть (или летит в достаточно плотной жидкости... представьте себе подводную лодку). Тогда какой угол крена вам понадобится для горизонтального поворота? Вам понадобится 90-градусный AOB для любого горизонтального поворота .
Пилотхед
Джейсон