Общая направленная вверх вертикальная сила (включая подъемную силу) больше, чем вес при устойчивом подъеме?

из https://aneedforairspeed.wordpress.com/2009/06/27/climbing-descending/

Относительно вопросов о силах при наборе высоты : если какой-либо самолет набирает высоту с постоянной скоростью, превышает ли общая направленная вверх вертикальная сила (включая подъемную силу) вес?

У нас уже есть вопрос, который конкретно спрашивает: «Поэтому мой вопрос также касается суммы всех вертикальных сил: при устойчивом наборе высоты общая направленная вверх вертикальная сила от всех источников (крыло, хвост, двигатели, фюзеляж) больше или равна весу самолета». См. Поднимает ли одинаковый вес при подъеме?
Основная часть вопроса спрашивает об общей восходящей силе, которая может быть истолкована как означающая либо чистую вертикальную силу без учета веса, либо сумму компонентов восходящей силы . Поскольку по крайней мере одна аэродинамическая сила имеет нисходящую составляющую, это не одно и то же. Заголовок спрашивает об общей вертикальной силе, предположительно имея в виду результирующую вертикальную (аэродинамическую?) силу, то есть сумму всех вертикальных сил, кроме веса. Заголовок и основной текст можно немного отредактировать, чтобы они были лучше согласованы и давали более четкое представление о том, о чем вы спрашиваете.
(Поэтому подумайте над тем, чтобы изменить заголовок на «Выше ли сумма направленных вверх сил веса при постоянном наборе высоты?» или «Больше ли результирующая вертикальная аэродинамическая сила веса при постоянном наборе высоты?», в зависимости от того, что вы действительно хотите получить. знать.)
Вопрос «Подъем больше, чем вес в подъеме» был задан 4 года назад, и его редактирование сейчас может привести к несоответствию многих ответов. Он снова был активен, когда был добавлен этот ответ , первоначально указав, что это так. Он получил довольно много отрицательных голосов. В дебатах важно понимать, что восходящая вертикальная сила выше, чем вес при наборе высоты, но подъемная сила не обязательно, в зависимости от наклона вектора скорости самолета.
Интересно, как расплывчатые простые слова могут оказаться... (думаю, именно поэтому диаграмма вектора силы стоит тысячи слов) -- мне все еще не совсем ясно, спрашиваете ли вы о чистой вертикальной аэродинамической силе или о чистой вертикальной аэродинамической силе. вертикальная сила, или вы хотите сложить все восходящие компоненты аэродинамической силы (при этом игнорируя нисходящие компоненты аэродинамической силы) и сравнить это значение с весом - мой ответ Aviation.stackexchange.com/a/56476/34686 на другой связанный вопрос предназначен для решения всех этих различных случаев -
Давай.. F=ма! Если чистое векторное ускорение равно нулю, то сумма всех векторных сил также должна быть равна нулю. То, как вы их называете, или то, как вы разбиваете их на произвольные компоненты, просто выбирает гниды. Если вы определяете и разделяете их каким-либо образом, сумма которых НЕ равна нулю, то вы сделали это неправильно или пропустили одну или несколько из них. Помните, что любая схема, используемая для определения всех сил, является просто ловкостью рук... Настоящие физические, фактические силы — это сила, создаваемая каждой молекулой воздуха/газа, отскакивающей от планера, и винтом, когда он вращается, или турбиной при вращении. реактивный двигатель и т.д. и т.п.
В название было добавлено слово Upwards, означающее голосование за повторное открытие.
Используя вертикальную ракету в качестве модели, ответ, очевидно , да , поскольку вертикальное сопротивление + вес = «общая направленная вверх вертикальная сила» (в установившемся режиме набора высоты). Что делало его таким интересным все эти годы, так это замена более эффективного крыла с тягой, чтобы получить больший угол набора высоты , и сравнение этого с использованием тяги для более быстрого набора высоты, но с меньшим углом . Следовательно, обсуждение Vx, Vy, набора высоты в крейсерском режиме продолжается.
@quietflyer В своем ответе на «Подъем больше, чем вес» вы заявляете: « При устойчивом подъеме чистая вертикальная сила должна быть равна нулю, поэтому чистая вертикальная аэродинамическая сила должна быть равна весу. ». Плюс вертикальная составляющая сопротивления, как показано в ответе.
@Sanchises Теперь вы довольны изменениями?
@Koyovis, пожалуйста, нарисуйте замкнутую векторную диаграмму (еще лучше в масштабе), которая показывает тягу, замыкающую треугольник подъемной силы, плюс тягу, преодолевающую аэродинамическое сопротивление. По сути, это диаграммы тихих летунов плюс «ручка сбоку» для равных, но противоположных векторов сопротивления и тяги. Во всех трех случаях мы видим, как можно использовать избыточную тягу для набора высоты. Не забывайте, что большая воздушная скорость делает большую «ручку», более крутой подъем может быть более низкой скоростью, меньшим вектором подъемной силы, но гораздо большим использованием избыточной тяги для греха угла набора высоты .
Также помните (для винтов) избыточная тяга больше на более низких скоростях полета, так что да, это сложно. Возьмем 2400 фунтов подъемной силы (в горизонтальном полете), 700 фунтов тяги на Vx, 650 на Vy и 550 на крейсерском наборе высоты. Аэродинамическое сопротивление 300 фунтов на Vx, 250 фунтов на Vy, 350 фунтов на крейсерском наборе высоты. Посмотрите, что мы получим. Диаграммы дадут угол набора высоты , тогда мы можем использовать V как коэффициент мощности (F × V), чтобы получить скорость набора высоты .
Как угол sin x V.
@RobertDiGiovanni Эмм ... это был еще один вопрос, пара из них. Суть этого состоит в том, чтобы признать, что не только вес должен быть компенсирован комбинацией направленных вверх сил. Какая бы комбинация ни была, на нее был дан подробный ответ. .
Да, много. TL/DR? Закрытые векторы в масштабе , не видел, особенно для представления вашего вопроса, потому что: сопротивление на Vx выше из-за менее оптимального угла атаки, сопротивление выше на «круизе» из-за менее оптимальной скорости. Vy сочетает в себе лучшее из обоих для максимальной скороподъемности , которая представляет собой наибольшую избыточную мощность, как F × V. Мы оба проповедуем хору, но это звучит хорошо. (и у нас все еще есть эта доступная кривая тяги, о которой тоже нужно подумать).
@Koyovis -- re "@quietflyer В своем ответе на тему "Подъем больше, чем вес" вы заявляете: "При устойчивом подъеме чистая вертикальная сила должна быть равна нулю, поэтому чистая вертикальная аэродинамическая сила должна быть равна весу". Плюс вертикальная составляющая перетащите, как показано в ответе». -- нет, при установившемся наборе высоты результирующая вертикальная аэродинамическая сила, векторная сумма всех восходящих и нисходящих аэродинамических компонентов , должна быть равна по величине весу (и, конечно, противоположна по направлению).

Ответы (4)

Этот вопрос касается исключительно определения, и ответ «да» или «нет» зависит только от того, какие определения вы используете. В ньютоновской физике многие сложные взаимодействия моделируются как одиночные сосредоточенные векторы, которые мы называем «силами». Эти силы имеют хорошие общие свойства с векторами: в частности, мы можем разложить векторы на несколько векторов или сложить несколько векторов в один вектор. Одной из основных причин этого является разложение вектора на компоненты, параллельные некоторой (обычно ортогональной) системе координат.

Важным наблюдением является то, что не существует «истинного» способа представления сил, действующих на планер. Хотя некоторые разложения более популярны, чем другие, все они одинаково верны (если все сделано правильно). Я возьму два примера, один из которых приводит к вашему заключению «да», другой — «нет».

Пример 1. Разложить аэродинамические силы на самолет, параллельные и ортогональные траектории полета. Назовите одного «подъемом», назовите другого «перетаскиванием». Предположим, что «тяга» также параллельна траектории полета. Вес представляется единым вектором, ортогональным Земле, и не разлагается по траектории полета. Теперь возьмем все силы, которые мы разложили по траектории полета, и снова разложим их, но уже ортогонально Земле. Теперь посмотрите только на силы, направленные «вверх», которые при наборе высоты (но не при спуске) устраняют вертикальную составляющую вектора «сопротивления», и сравните ее с вектором веса. С помощью этой сложной процедуры мы можем сделать вывод, что ответ «да».

Пример 2. Объединить все аэродинамические силы на самолете в единый вектор вместо разложения их на подъемную силу и лобовое сопротивление, называемое «суммарной аэродинамической силой». Вектор тяги и веса оставляем без изменений. Опять же, мы разлагаем все векторы по земной системе отсчета. Теперь мы находим, что сумма всех восходящих компонентов точно такая же, как вес. Мы можем сделать вывод, что ответ «нет».

введите описание изображения здесь Примечание: чистая аэродинамическая сила показана на левой диаграмме только для иллюстрации, чтобы показать, что она представляет собой сумму подъемной силы и сопротивления и фактически не является частью баланса сил для примера 1.

Будет ли этот случай также примером 2?
@Koyovis В этом случае подъемной силы нет, есть только сопротивление, поэтому нет разницы в чистой аэродинамической силе и разделенных векторах подъемной силы и сопротивления. Если ваш подъем достаточно крутой, пример 2 изменится с «нет» на «да». (1/2)
В любом случае, это подчеркивает, почему мне интересно, какова практическая ценность вашего вопроса, потому что ответ меняется в зависимости от определений и условий полета. Что именно вдохновило на этот вопрос? (2/2)
Сопротивление, направленное вниз, также присутствует при пологих подъемах, если оно достаточно мало, как в случае с самолетами общего назначения, им можно пренебречь. При работе с аэродинамикой вертолетов и военных самолетов совершенно очевидно, что эту силу необходимо учитывать в вопросах подъемной силы и набора высоты.
@ymb1 тоже без понятия. Я смешал паразитное сопротивление с остальными аэродинамическими силами, потому что смысл здесь в том, чтобы показать, что определения, которые вы используете для разделения сил, действующих на планер, определяют окончательный ответ, а не в разработке полного описания всех сил, действующих на самолет.
Это правильный ответ по причинам, которые @Sanchises хорошо объясняет. Все зависит от определений. Если мы будем очень педантичны в этом вопросе, мы увидим, что в стационарном чисто вертикальном наборе высоты чистая тяга равна весу ПЛЮС лобовому сопротивлению. Так что это способ сказать "да". Но если мы отойдем от «попавшейся» природы этого нюанса, то получим простую задачу ньютоновской механики, которая утверждает, что все силы должны уравновешиваться при установившемся движении.
@Robert Посмотрите на векторные диаграммы. Они слишком масштабны. Имеется избыточная тяга. Баланс сил. Что вы говорите?
Я говорю о равновесии сил после того, как восходящая скорость достигает установившегося состояния во всех случаях . Две схемы не нужны. Таким образом, общая направленная вверх сила равна весу плюс вертикальное сопротивление. Нет необходимости разделять случай с ракетой, случай с самолетом, случай с вертолетом, случай 1, случай 2... Удивительно, но ответ заключается в простой модификации четырех сил, которым учат в летной школе. Тем более, насколько больше тяги требуется для компенсации наклонного вектора. (Я подозреваю, что это может быть настоящим секретом крыльев с «ламинарным потоком», немного наклоняющим вектор подъемной силы вперед ).
@RobertDiGiovanni На двух диаграммах показан один и тот же случай с одинаковыми силами, но они просто представлены немного по-разному, чтобы показать, что используемые вами определения изменяют результат. Пожалуйста, приложите честные усилия, пытаясь понять , что я пишу, вместо того, чтобы делать поспешные выводы.
Я куплю это. Ваши диаграммы (и листовки Quiet) вдохновили меня.

Да.

введите описание изображения здесь

Вертикальные силы - это силы в системе отсчета земных осей. Таким образом, оставаясь в этой системе отсчета, предполагая γ ≈ α при установившемся подъеме вертикальные силы равны:

Вт + Д ⋅ грех  γ − л ⋅ потому что  γ − Т ⋅ грех  γ "=" 0

  • Указывая вниз = + = Вт + Д ⋅ грех  γ
  • Указывая вверх = - = ( л ⋅ потому что  γ + Т ⋅ грех  γ )

Таким образом, чтобы продолжить подъем, общая направленная вверх вертикальная сила, состоящая из комбинации Тяги и Подъемной силы, должна быть больше, чем вес, на коэффициент D * sin. γ

Примечания:

  1. Аэродинамическую силу, направленную вверх, часто называют подъемной силой. Но подъемная сила определяется аэродинамической осью планера и наклоняется в направлении воздушной скорости. Таким образом, для самолета с неподвижным крылом при устойчивом наборе высоты общая вертикальная сила больше веса, но подъемная сила меньше веса.
  2. Если сила, направленная вверх, изменяется, соответственно изменяется и скорость подъема. Существует ускорение, вызывающее изменение аэродинамического сопротивления, которое прекращается, когда силы снова уравновешиваются.
Только в атмосфере постоянной плотности. В действительности самолет теряет скорость набора высоты с увеличением высоты, так что существует термин вертикального замедления, который незначительно снижает вертикальную силу.
Подъемная сила НЕ полная Аэродинамическая сила направленная вверх! Это составляющая всех аэродинамических сил, перпендикулярная плоскости, образованной крыльями и траекторией полета самолета. Если в наборе высоты, то траектория полета наклонена вверх, а не вертикальна, поэтому подъемная сила (если это имеет такое же значение) тоже не вертикальна. Я полагаю, вы МОЖЕТЕ определить его как хотите, но определение его как вертикальной составляющей, когда самолет находится в крутом наборе высоты или снижении (или, если уж на то пошло, на крутом склоне), служит только одной цели - сбить с толку.
@PeterKämpf Самолет также сжигает топливо, что также со временем снижает вес. Рассматриваемый самолет набирает высоту с постоянной скоростью.
@CharlesBretana Спасибо, что указали на ценность того, чтобы задать этот вопрос дважды, один раз о подъемной силе и один раз о чистой восходящей силе. Упоминается в примечании 1. в вопросе.
И какова чистая восходящая сила F-16 при чисто вертикальном наборе высоты? Считаем ли мы силу динамического давления воздуха на передние поверхности самолета отрицательной направленной вверх силой? как насчет силы давления воздуха на задние поверхности планера? Они, конечно, толкают самолет вверх. Они "Лифт"? Разбиение аэродинамических сил на определенные компоненты делается для лучшего понимания, упрощения и обеспечения возможности расчетов. Применение этих произвольных определений в сценариях, где они не помогают, только сбивает с толку.
@CharlesBretana Это вопрос определения осей. Вышеупомянутый вопрос относится к земным осям, избегая запутанного наклона осей аэродинамической системы отсчета.
Я думаю, вы могли бы сказать, что. Я имею в виду, что то, как вы определяете термины (какие оси вы используете для их определения), не только определяет ваш анализ, но и устанавливает контекст для сценария, в котором ваш анализ будет значимым или полезным. неправильные" оси), приводит к бессмысленным или бесполезным выводам. В этом случае важно то, что векторное ускорение ДОЛЖНО быть прямо пропорционально векторной сумме ВСЕХ сил (F=ma)! Любое определение сил или выбор осей, которое ясно не показывает это, бессмысленно или неправильно.
@CharlesBretana В трех измерениях векторные суммы строятся по каждой из трех осей. Оси перпендикулярны друг другу. На рисунке в вопросе показаны соответствующие силы в направлении земной оси по оси Z, дело в том, что существует три вертикальных силы, а не две, которые обычно рассматриваются. Обратите внимание, что он изображает ситуацию при постоянной воздушной скорости и скорости набора высоты.
@Koyovis, на самом деле векторные суммы можно вычислить в любом базисном наборе. Декартовы оси — лишь один из способов сделать это. силы также могут быть разбиты на составляющие, основанные на полярных или сферических осях. Они даже не обязательно должны быть нормальны друг к другу (хотя ненормальный выбор оси приводит к значительным сложностям). Кроме того, когда все соответствующие силы лежат в двумерной плоскости, необходимо выполнить расчеты только на основе выбора двух осей, которые также лежат в этой плоскости. Нет необходимости включать третью ось, когда в этом измерении нет сил.
@Koyovis, наконец, выбор осей, которые следует использовать при разбиении сил на векторные компоненты, имеет решающее значение. Выбор набора осей, который увеличивает сложность необходимых вычислений или запутывает основную физику только потому, что «это стандартные оси» или «мы всегда так делаем», вероятно, не является оптимальным способом заниматься инженерией. Выбор осей должен основываться на решаемой задаче.
Если мы возьмем вопрос оператора в его формулировке (в частности, его использование слова «Вертикальный»), то на самом деле здесь задействованы только ДВА измерения, вертикальная ось (как вы говорите, ось z, перпендикулярная земной поверхности ) и горизонтальной оси, параллельной траектории полета самолета. И есть две силы, которые необходимо разбить на составляющие вдоль этих осей. Сила, сообщаемая тягой двигателя, и полная аэродинамическая сила, действующая на планер. Вертикальные составляющие из этих двух сил действительно должны быть равны и противоположны фиктивной «силе» гравитации.
..плюс вертикальная составляющая сопротивления воздушному потоку.
Ну да, но я бы включил «сопротивление воздушному потоку» как часть «Общей аэродинамической силы» на планере. Мы склонны разделять его множеством способов: «подъемная сила» и «сопротивление», затем мы разделяем «сопротивление» на «сопротивление формы» и «индуцированное сопротивление», где индуцированное сопротивление является компонентом общей подъемной силы, параллельной траектория полета и т.д. и т.п. Но на самом деле все это просто результат удара молекул воздуха о поверхность планера. Каждая молекула, отскакивающая от планера, передает силу, перпендикулярную поверхности в этой точке, пропорциональную изменению импульса молекулы.
Полная аэродинамическая сила представляет собой просто векторную сумму всех этих отдельных молекулярных сил по всей поверхности. Затем, в зависимости от того, какую проблему мы пытаемся решить, или ситуации, которую мы пытаемся понять, мы разбиваем эту векторную сумму на несколько компонентов, ориентированных в направлениях, которые имеют смысл для этой конкретной проблемы или ситуации.

Да всегда , если аэродинамического сопротивления не существует.

Для крылатых самолетов сказанное выше невозможно, поэтому ответ да, всегда.

Важно понимать, что для набора высоты требуется избыточная тяга . Избыточная тяга закрывает треугольник веса/подъемной силы, но не учитывает аэродинамическое сопротивление , которое равно количеству дополнительной тяги, необходимой для поддержания воздушной скорости.

Добавьте эту «ручку» (по направлению полета) к замкнутой векторной диаграмме вертикального подъема и вуаля! Это ваша вертикальная составляющая аэродинамического сопротивления (декомпозированная из вектора аэродинамического сопротивления).

Всегда рядом , на любом подъеме , на любом самолете.

Самолет, у которого отношение тяги к весу меньше единицы, просто должен использовать рампу, сохраняя при этом воздушную скорость против лобового сопротивления .

Комбинация избыточной тяги и подъемной силы поддерживает вес, обеспечивая устойчивый полет с нулевым ускорением (от силы тяжести), в то время как оставшаяся тяга при заданной скорости противостоит аэродинамическому сопротивлению (часть которого используется для создания подъемной силы).

введите описание изображения здесь

Так.

В горизонтальном полете требуется всего около 300 фунтов тяги, так как гораздо более эффективное крыло теперь может нести весь вес.

Если суммарные силы равны нулю, движение будет устойчивым в соответствии со вторым законом Ньютона.

Если вертикальные силы, направленные вверх, равны весу, у нас будут нулевые вертикальные силы и вертикальное движение (зависание).

Если суммарные силы, направленные вверх, превышают вес, мы будем иметь вертикальное ускорение до тех пор, пока сопротивление не установит скорость в устойчивое состояние.

Если все вертикальные силы = весу, самолет может подниматься, зависать или снижаться с нулевым ускорением.

Спасибо Роберт за правки! Не могли бы вы еще раз проверить, нет ли возможных противоречий между вторым и четвертым абзацами. Если да, то я думаю, что следует сохранить параграф четыре.
В пункте 2 сила сопротивления "вниз" = 0, поэтому 2 и 4 не конфликтуют. Простите мою страсть (в редакции). Параграф 4 охватывает все 0 случаев вертикального ускорения, действительно, вертикальные силы по существу делают самолет «невесомым», оставляя сопротивление от скорости. (Теперь мы можем подумать и о дирижаблях).
А, я вижу, сопротивление имеет нисходящий компонент при устойчивом наборе высоты. И мы предполагаем, что это восхождение. И мы исключаем нисходящие компоненты из восходящих вертикальных сил. Тогда это самый медленный подъем = Hower. Не может ли она по-прежнему дать читателю выражение, что нулевая сила всегда должна давать остановку, а не устойчивое движение, как в секундах Ньютона?
Объект в среде с сопротивлением и нулевой суммарной силой замедлится до нулевой скорости. (Если сила сопротивления не включена!). Поскольку мы сравниваем всю восходящую силу с весом, если есть восходящая скорость, то есть и нисходящая составляющая сопротивления, поэтому...
Общая направленная вверх вертикальная сила (включая подъемную силу) больше, чем вес при устойчивом подъеме?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v