Можно ли летать прямым и горизонтальным полетом на высокой скорости?

Да, с хорошими двигателями и низким лобовым сопротивлением вы можете лететь прямо и ровно на очень высоких скоростях.

Что с АОА? Она становится меньше, но только до определенного предела. При горизонтальном полете вес самолета равен аэродинамической подъемной силе:

$$W = L =C_L\cdot\frac{\rho}{2}V^2\cdot S$$

Коэффициент подъемной силы зависит от угла атаки ($\alpha$):

$$C_L=C_{L0}+C_{L\alpha}\cdot \alpha$$

Поэтому,

$$\alpha = \frac{1}{C_{L\alpha}}\left(\frac{2W}{\rho V^2 S}-C_{L0}\right)$$

Для очень высоких скоростей первый член в скобках будет близок к нулю, так что желаемая настройка AOA становится

$$\alpha_{V\rightarrow\infty} = -\frac{C_{L0}}{C_{L\alpha}}$$

Этот угол атаки действительно отрицателен для большинства самолетов. Если угол атаки станет меньше, вы не сможете поддерживать горизонтальный полет.

График ниже показывает угол атаки, необходимый для прямого и горизонтального полета на Cessna 172, и сравнивает два члена в скобках уравнения для$\alpha$(умножить на 10 для удобства чтения). Вам нужно будет лететь намного быстрее, чем$V_{NE}$чтобы первый член был значительно меньше второго.

Источник: собственная работа с данными из Wikipedia и polar .

Чтобы лететь на максимальной скорости с уровнем фюзеляжа, вам нужно выбрать правильную высоту.

Посмотрите на картинку ниже: на ней показаны Northrop B-2 (на переднем плане), Rockwell B-1 (посередине) и Boeing B-52 (на заднем плане), летящие строем на средней высоте. Положение фюзеляжа у всех существенно различается.

_{Northrop B-2 (на переднем плане), Rockwell B-1B (посередине) и Boeing B-52 (на заднем плане) летят строем ( источник изображения )}

Почему разница в положении фюзеляжа?

• B-2 предназначен для круизов на средних высотах и ​​имеет довольно высокое удлинение, что приводит к приличному наклону кривой подъемной силы. Здесь он летит близко к расчетной точке и выглядит примерно на уровне. Большой наклон кривой подъемной силы означает, что небольших изменений угла достаточно для корректировки подъемной силы в нестандартных ситуациях.
• B-1A сначала был разработан для сверхзвукового полета и был модифицирован для дозвукового проникновения на малых высотах в B-1B. Здесь он летит в менее плотном воздухе и медленнее, чем его расчетная точка, и вы можете видеть, что ему нужно держать нос вверх. Это усиливается большим углом стреловидности и малым удлинением со сложенными назад крыльями, что приводит к низкому наклону кривой подъемной силы, поэтому требуется относительно большое изменение угла, чтобы летать медленнее и выше, чем предполагалось.
• B-52, в свою очередь, был разработан для очень высоких дозвуковых полетов, поэтому здесь он летает в гораздо более плотном воздухе, что требует от него полета с отрицательным наклоном фюзеляжа для ограничения подъемной силы.

Каждый из трех самолетов будет летать с фюзеляжем примерно на одном уровне с расчетной точкой. Это можно обобщить для любого самолета: все, что нужно для быстрого полета с горизонтальным положением, — это отрегулировать эшелон полета до чего-то близкого к расчетной точке.