Могут ли самолеты взлетать с беговой дорожки?

Обратите внимание, что это больше вопрос по физике, чем по авиации.
Эта тема широко освещалась на сайте Physics Stack Exchange , и ответы на них рекомендуется прочитать всем, кто интересуется задействованными силами и физикой.

Если бы у вас была гигантская беговая дорожка, которая представляла бы собой бесконечную плоскость с бесконечно регулируемой скоростью и могла бы перемещаться по любому из ее размеров, мог бы с нее взлететь самолет?

О нет, только не беговая дорожка!
Аааа! Ну, мы должны были иметь это здесь. ;)
Кто -то построил гигантскую беговую дорожку, чтобы проверить это . Смотрите видео Mythbusters ниже
Следует отметить, что версия xkcd заставляет резьбовую фрезу активно соответствовать скорости колеса, что приводит к конфликту, в то время как этот вопрос просто предполагает, что резьбовая фреза может свободно двигаться, что имеет четкий ответ.
Беговая дорожка не имеет значения. Все, что он может сделать, это крутить колеса. Он не может двигать самолет. «Разрушители мифов» следует рассматривать как развлечение, а не как серьезное научное исследование. Они сделали паршивую работу с этим и продемонстрировали, что самолет может летать.
@ Саймон - я не думаю, что понимаю вашу точку зрения о том, что все Разрушители мифов доказали, что самолет может летать. Они поместили самолет на большой кусок брезента, Джейми тянул брезент в одном направлении, а сверхлегкий разгонялся в другом. Если вы не хотите, чтобы они построили взлетно-посадочную полосу с моторизованным конвейером на бюджет телешоу, я не думаю, что они могли бы проиллюстрировать концепцию лучше. Вы либо сбрасываете со счетов возможность того, что он не вышел бы из-под контроля (когда многие люди спорили с этой точкой зрения), либо вы не понимаете, что показал эксперимент.

Ответы (6)

Все коллективно сказали: «О, Боже, только не этот», потому что этот же вопрос вызывал бурные дебаты в прошлом. Самолеты полагаются на воздушный поток над аэродинамическим профилем (крылья/хвост и т. д.) для создания подъемной силы, которая не зависит от движения шин. Это означает, что при достаточном количестве воздуха, проходящего через крыло, самолет будет летать, даже если он вообще не движется вперед относительно земли.

Вот почему самолеты на перронах в аэропортах должны быть привязаны к земле. Это делается не только для того, чтобы предотвратить их перекатывание, но и для предотвращения взлета, если воздушный поток будет достаточно быстрым над крылом.

Если вас интересует развлекательный сегмент, Разрушители мифов провели довольно научный эксперимент.

Хотя это не идеально, я думаю, что это хорошо объясняет концепции.

Дело не в том, что он не будет двигаться относительно земли, а в том, что беговая дорожка не может остановить его движение относительно земли .
Все, что сделало видео Mythbusters, — это доказало, что колеса самолета могут вращаться со скоростью, вдвое превышающей скорость вращения, необходимую для взлета самолета.
@FreeMan: Колеса вращаются свободно и практически не связаны с самолетом. Подумайте об этом так: если вы ляжете на спину с роликовыми коньками, могу ли я поднять вашу ногу, вращая колеса? Ты говоришь, что я могу.
@slebetman не уверен, что слежу за тобой. Самолет двигался вперед со скоростью X узлов, а Джейми тянул «конвейерную ленту» назад со скоростью X узлов. Крылья создавали достаточную подъемную силу для взлета, но колеса вращались со скоростью 2Х. Таким образом, все видео доказало, что колеса могут выдерживать вращение при 2X, тогда как обычно они вращаются при X. Я прекрасно понимаю, что взлет не имеет ничего общего со скоростью вращения колес, и поэтому я указал, что эксперимент не больше ничего не докажешь.
@FreeMan: Колеса, способные вращаться на скорости X, не имеют ничего общего с тем, чтобы удерживать самолет от движения вперед. Колеса в основном действуют как роликовые подшипники. Единственный способ остановить самолет — взорвать колеса (что теоретически можно сделать с помощью резьбовой мельницы). В физике SE также был ответ, в котором указывалось, что инерция вращения колес может передавать крошечную силу на самолет. Но для заметного эффекта потребовались бы колеса, движущиеся со скоростью света или превышающей ее.
@FreeMan - за исключением того, что вы только что описали требования к взлету самолета с беговой дорожки. Колеса просто должны иметь возможность свободно вращаться на удвоенной скорости взлета без трения оси на более высокой скорости, замедляющей самолет ниже скорости поступательного движения, необходимой для взлета. Таким образом, они доказали, что самолет может взлететь с конвейера.
@slebetman Я думаю, что мы говорим об одном и том же, только с противоположных сторон, поэтому я согласен не согласиться с формулировками наших заявлений, соглашаясь с тем, что конвейерная лента под колесами оказывает незначительное влияние (максимум) на способность самолета взлетать.
«Эксперимент», который докажет, что конвейерная лента не имеет ничего общего со взлетом, заключается в том, чтобы пилот переводил двигатель на крейсерский режим холостого хода, в то время как Джейми тянул ленту в направлении взлета . Колеса вообще не вращались, но в конце концов создавалась достаточная скорость ветра, самолет взлетал, и, при определенных навыках, пилот выбирался наружу, хотя и медленно.

Да.

Самолеты получают свою тягу, используя воздух. Колеса без привода. Сопротивление колес будет ограничивать скорость беговой дорожки, прежде чем самолет больше не сможет взлетать.

Это проще понять, если вы выберете другую систему отсчета. Предположим, что беговая дорожка стоит на месте, но воздух движется вокруг нее в любом направлении с любой скоростью.

Заметьте, я только что описал ветреный день.

Был ли когда-нибудь самолет, который улетел или был поднят в ветреный день?
@SargunDhillon Да. – ссылка на YouTube от slebetman.
Аргумент о ветреном дне несколько ошибочен. Если ветер будет дуть вдоль аэродрома, то самолеты уйдут навстречу ветру.
@Taemyr ничто не мешает самолету включить конвейер бесконечной длины и развернуться против ветра.
@ratchetfreak Я бы сказал, что вопрос подразумевает, что в этом случае резьбонарезная мельница будет работать в другом направлении. По сути поворачивая ветер.
@Taemyr, взлететь с хвостом и/или боковым ветром вполне возможно, просто это доставляет больше хлопот. (помните, что беговая дорожка в вопросе бесконечна во все стороны)
@ratchetfreak Согласен, вопрос эквивалентен взлету с бесконечно длинного аэродрома при ламинарном попутном ветре произвольной силы. Я тоже согласен, что это возможно. - Тем не менее, я думаю, что те, кто утверждает, что самолет не мог взлететь с мельницы, также утверждали бы, что самолет не мог взлететь с этого бесконечного аэродрома. В реальном мире две вещи могут помешать взлету: длина взлетно-посадочной полосы и турбулентность.
@Taemyr Беговая дорожка не имеет ничего общего с тем, откуда дует ветер. Это зависит только от «ветра» (который не упоминается в ОП) и тяги / курса самолета.

Этот вопрос в лучшем случае неоднозначен. Ответы могут быть как «да», так и «нет» в зависимости от того, что делается с самолетом и беговой дорожкой. Дело в том, что для взлета самолета должна быть достаточная скорость полета . Если ветра нет, то воздушная скорость равна путевой .

Если предположить, что нет ветра (навстречу или против самолета), есть два возможных решения.

  • Если самолет неподвижен относительно земли, он не взлетит (так как скорость ветра равна нулю).

  • Если самолет движется относительно земли (с достаточной скоростью), он взлетит.

Предположим, что у нас есть реактивный самолет (просто ради аргумента), и кто-то нажимает на газ, и он начинает двигаться вперед. Теперь, когда беговая дорожка имеет бесступенчатую регулировку скорости, у нас может быть три условия:

  • Если скорость беговой дорожки равна нулю, самолет в конечном итоге создаст достаточную подъемную силу и взлетит.

  • Если скорость беговой дорожки отрегулирована таким образом, что самолет остается неподвижным относительно беговой дорожки , самолет взлетит (поскольку он движется относительно земли и поэтому имеет некоторую воздушную скорость).

  • Если скорость беговой дорожки отрегулирована так, что самолет остается неподвижным относительно земли , самолет не может взлететь, так как скорость земли и воздуха равны нулю. Обратите внимание, что в этом случае скорость самолета относительно беговой дорожки вдвое превышает скорость, с которой работает беговая дорожка.

Если есть ветер, требуемая скорость движения может быть соответствующим образом отрегулирована, но принцип остается тем же. Например, если скорость ветра равна воздушной скорости, необходимой для взлета, самолет взлетит, даже если он неподвижен относительно земли.

Опять же, важным понятием здесь является скорость полета. Неважно, находится ли самолет на беговой дорожке, железнодорожном пути или взлетно-посадочной полосе.

Ваш последний пункт ошибочен, и в этом вся проблема с этой дурацкой «загадкой». Беговая дорожка совершенно не способна преодолеть самостоятельную тягу, создаваемую двигателями, — она не может предотвратить движение самолета относительно земли, а значит, и относительно ветра.
@Dan Пока самолет не взлетит, колеса на земле. Если скорость беговой дорожки соответствует скорости вращения колес (обратите внимание, что беговая дорожка имеет бесконечную скорость, не говоря уже о трении качения), плоскость теоретически может быть неподвижной относительно земли. Эта проблема заключается в том, что вопрос довольно открытый без каких-либо границ.
@aeroalias Как? Физика не соответствует - я думаю, на определенной скорости у вас может выйти из строя подшипник колеса, но пока эти подшипники работают, почти нет связи между прямой тягой и вращением колес.
@Dan Пожалуйста, посмотрите тот же вопрос в Physics Stackexchange для более четкого объяснения того, что я пытаюсь сказать.
Проблема в том, что № 3 невозможен. Независимо от того, насколько быстро работает беговая дорожка, шины самолета вращаются свободно, поэтому просто вращайтесь быстрее, в то время как самолет продолжает делать то, что делал раньше (ускоряется, если он находится под нагрузкой). Иными словами, если бы двигатели были выключены и вы запустили беговую дорожку (при условии, что тормоза не установлены), шины бы вращались, но самолет оставался бы неподвижным. Обратите внимание, что для ясности это игнорирует трение между осью и ступицей колеса и что в конечном итоге оно начнет медленно двигаться, но в вопросе это преодолевается тягой.
Все упускают из виду, что беговая дорожка и то, что она делает, совершенно не имеет значения. Единственное, что он может сделать, это вращать колеса (игнорируя трение, которое является ошибкой округления в задействованных силах). Единственное, что имеет значение, - это воздух над крыльями, и единственный способ, который может быть получен (при условии отсутствия ветра), - это создание тяги самолетом в обычном режиме. Первая половина вашего ответа верна. Вторая половина неверна. Беговая дорожка не может двигать самолет.
Это единственный ответ, в котором подробно рассказывается о различных законных интерпретациях вопроса, поэтому это единственный полный ответ. Тем не менее, есть ошибка в третьем пункте. Чтобы самолет оставался неподвижным относительно земли, относительная скорость между самолетом и беговой дорожкой намного выше, чем в два раза. Беговая дорожка может только замедлить самолет за счет паразитного сопротивления качению в колесах. ИЭ трения.
Из-за паразитных потерь, если самолет развивает достаточную тягу для движения со скоростью 100 км/ч, он будет двигаться со скоростью 99 км/ч только на земле. Если беговая дорожка движется в другом направлении со скоростью 100 км/ч, это замедлит самолет всего на 1 дополнительный км/ч. Это было бы то же самое, как если бы самолет выдавал достаточную тягу, чтобы разогнаться до 200 км/ч: по земле он двигался бы только со скоростью 198 км/ч. Вам нужно, чтобы сила, которую беговая дорожка прикладывает к самолету, равнялась силе, которую самолет прикладывает к воздуху. И ваша беговая дорожка лишь на 1-5% эффективнее замедляет самолет.
@Shane Как бы то ни было, на вопрос можно ответить, только применяя предположения и ограничения. Если вы введете в эту гипотетическую бессмыслицу трение, импульс и сопротивление качению, то она станет совершенно неразрешимой, если только к вопросу не будут добавлены эмпирические границы и ограничения.

Да. На самом деле не имеет большого значения, в каком направлении и как быстро будет вращаться беговая дорожка; самолет взлетит.

Единственным требованием для создания подъемной силы является airдостаточно быстрое перемещение. Скорость создается тягой. Причем тяга авиадвигателя не зависит от скорости движения ("земля" в данном случае будет поверхностью беговой дорожки).

Беговая дорожка может влиять только на скорость относительно земли и не влияет на тягу двигателя. Следовательно, это также не окажет существенного влияния на скорость воздуха, если только не будет действовать сила трения в подшипниках колес. Я предполагаю, что эти силы малы по сравнению с мощностью двигателя.

Единственный шанс, поскольку шасси самолета рассчитано только на ограниченную путевую скорость, беговая дорожка может помешать взлету, вращаясь в противоположном направлении достаточно быстро, чтобы шасси рухнуло.

Если мы проигнорируем трение, беговая дорожка не повлияет ни на путевую, ни на воздушную скорость, если только вы не определяете «путевую скорость» как скорость относительно движущейся поверхности беговой дорожки. Если вы определяете «путевую скорость» как отношение к Земле, на которой находится беговая дорожка (т. е. обычное определение путевой скорости), то путевая скорость будет отличаться от воздушной скорости только тем, какой ветер был в это время.
Какие силы могут привести к разрушению шасси?
@Octopus Трение в подшипниках колес приводит к крутящему моменту на стойках шасси.
«Наземная скорость» я имею в виду относительно поверхности беговой дорожки («земли», с которой взлетает самолет). Беговая дорожка может заставить колеса вращаться быстрее, чем их подшипники могли бы удерживать, двигаясь достаточно быстро в противоположном направлении.
@DavidRicherby Не говоря уже о трении в подшипниках колес и трении о поверхность шины (как с воздухом, так и с поверхностью беговой дорожки), что может привести к возгоранию шестерни.

Теоретически да. На самом деле это зависит.

Теоретически

Мы не учитываем трение в подшипниках колес шасси или между беговой дорожкой и колесами. Это будет означать, что, когда самолет просто простаивает, если беговая дорожка движется, самолет останется неподвижным. Вы можете попробовать это, положив игрушечную машинку на лист бумаги. Если вы будете дергать бумагу туда-сюда, машина на самом деле не будет двигаться. Единственная причина, по которой машина движется, это трение. Если убрать трение в колесах, машина вообще не будет двигаться. Теперь мы установили, что движущаяся полоса не влияет на самолет. Пилот может запустить двигатель и взлететь.

В реальности

Реальный ответ зависит от конструкции и ограничений самолета/беговой дорожки:

  • В реальной жизни в шасси есть трение. Существуют пределы того, насколько быстро колеса могут вращаться, прежде чем они выйдут из строя. Но также был бы предел скорости беговой дорожки.
  • Существуют пределы того, насколько быстро беговая дорожка и самолет могут ускоряться и менять направление. Пилот может заставить беговую дорожку двигаться в одном направлении, а затем развернуться и взлететь в другом.
  • Очень большая беговая дорожка, движущаяся с высокой скоростью, будет создавать ветер. Достаточно сильный ветер может позволить самолету взлететь, даже если он стоит на месте.
    Количество генерируемого ветра будет зависеть от того, насколько гладкой является поверхность и насколько она велика.
«или между беговой дорожкой и колесами». Если не учитывать трение между шинами и беговой дорожкой, колеса даже не будут вращаться. Самолет просто скользил по поверхности беговой дорожки.

У меня тут возникла мысль: если мы рассматриваем идеальную беговую дорожку и идеальные колеса/подшипники на самолете, он не взлетит.

Самолет начинает катиться. Беговая дорожка соответствует скорости колеса, но при этом колеса просто вращаются быстрее — пока самолет катится, беговая дорожка находится в бесконечной гонке с колесом.

Поскольку мы смотрим на совершенную систему, это происходит без ограничений и бесконечно быстро — беговая дорожка (и внешний край колеса) приближается к скорости света. Масса растет безгранично, самолет слишком тяжелый для взлета.

В реальном мире с несовершенными системами приходится что-то уступать.

1) Колеса имеют максимальную скорость. Превысите это слишком сильно, и ваше шасси взорвется. Самолет налетает на беговую дорожку, трение слишком велико, чтобы его преодолеть, его отбрасывает назад, а затем он останавливается.

2) Беговая дорожка имеет максимальную скорость. Если колеса могут выдержать скорость взлета плюс эта скорость, самолет взлетает, иначе #1.

3) Беговая дорожка имеет конечную скорость ускорения. Самолет вполне может взлететь до того, как беговая дорожка наберет серьезную скорость.

Могут ли самолеты взлетать с беговой дорожки?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 7v