Почему авиалайнер имеет пологий спуск, когда он тяжелее, в отличие от планеров с балластом?

Если вы можете простить мои ограниченные навыки рисования:

Это переменная / постоянная скорость , которая имеет значение.

• Вес изменяет выносливость (время до земли), а не дальность (расстояние до земли), если скорость регулируется в соответствии с новым весом.
• Вес изменяет скорость для лучшего L/D, но никогда не меняет лучшее отношение L/D (и, следовательно, лучший диапазон)

Для планеров (которые подстраивают скорость под новый вес):

балласт позволяет им лететь быстрее, сохраняя при этом лучшие L/D. Пилот будет увеличивать скорость , чтобы сохранить то же самое (наилучшее) качество планирования, хотя и с увеличенной скоростью снижения (fpm). Вы доберетесь туда быстрее , с увеличенной скоростью, но с тем же расстоянием планирования (в конце концов, до земли).

Для самолетов с двигателями (летающих с заданной скоростью независимо от веса):

пилоты обычно выходят из крейсерского полета с фиксированной воздушной скоростью , обычно намного превышающей наилучшую L/D. Больший вес означает, что дрон намного ближе к оптимальной скорости L/D, поэтому траектория полета намного меньше. Вы доберетесь туда за то же время , но будете намного выше, когда будете тяжелыми.

Или, если так проще думать, легкий самолет намного дальше от своей оптимальной скорости L/D, чем тяжелый, при заходе на посадку. Естественно, это приводит к более крутому спуску легкого.

Обратите внимание, что все это относится к нормальному спуску с крейсерского полета. Конечная скорость захода на посадку непосредственно перед посадкой действительно корректируется с учетом веса большого самолета, а тяжелые самолеты действительно будут иметь более высокое значение V _ref и приземляться немного быстрее.

Почему авиалайнер имеет пологий спуск, когда он тяжелее, в отличие от планеров с балластом?

На самом деле планеры разделяют эту характеристику с авиалайнерами , если мы говорим о полете с некоторой заданной высокой воздушной скоростью, которая значительно выше воздушной скорости для наилучшего соотношения L/D.

Сначала несколько общих замечаний о планирующем полете, основанных на чем-то, заимствованном из другого ответа , но теперь сильно измененном:

• Для простоты все приведенные ниже пункты и все остальное в этом ответе игнорируют небольшие изменения отношения L / D и качества планирования из-за более высокого числа Рейнольдса, связанного с более высокой скоростью полета . Точно так же игнорируются эффекты, связанные с числом Маха или сжимаемостью.

• Для простоты все приведенные ниже пункты и все остальное в этом ответе предполагают отсутствие движения воздушной массы (без ветра, подъема или опускания).

• В этом случае качество планирования такое же, как отношение L/D.

• Для данного самолета в данной конфигурации угол атаки определяет соотношение L/D. Для данного самолета в данной конфигурации наилучшее соотношение L/D всегда достигается при одном конкретном угле атаки. Под «заданной конфигурацией» мы подразумеваем заданную форму, независимо от веса.

• Если угол атаки поддерживается постоянным, увеличение веса увеличивает воздушную скорость, увеличивает скорость снижения и снижает выносливость (время до земли), но не меняет отношение L / D, качество планирования или дальность (расстояние до земли). Таким образом, эффект увеличения веса заключается в смещении каждой точки на графике зависимости воздушной скорости от скорости снижения в сторону более высокой воздушной скорости и более высокой скорости снижения, перемещая каждую точку вдоль прямой линии, проведенной от начала графика через точку на графике. вопрос, а затем расширен дальше вперед. (Скорость полета и скорость снижения «GD» или «зеленая точка» регулируются точно таким же образом на рисунке «H4», приведенном ниже в этом ответе. Диагональная линия представляет эффект увеличения веса при сохранении угла атаки. постоянный.

• Если воздушная скорость поддерживается постоянной, изменение веса изменяет соотношение L/D и качество планирования, а также изменяет выносливость (время до земли) и дальность полета (расстояние до земли). При фиксированной воздушной скорости, значительно превышающей наилучшую скорость L/D, больший вес означает более высокое отношение L/D и более высокое качество планирования, а также меньшую скорость снижения и большую выносливость (время до земли) и большую дальность (расстояние до земли), потому что самолет летит под углом атаки, который ближе к углу атаки, обеспечивающему максимальное отношение L/D.

• Изменение веса изменяет скорость для наилучшего соотношения L/D, но не меняет наилучшее соотношение L/D, которое можно получить.

Теперь по конкретному вопросу -

В вопросе приводится около 737 показателей производительности для спуска на холостом ходу . В этом случае самолет летит по графику воздушной скорости, который зависит только от высоты и не зависит от веса самолета, и значительно превышает воздушную скорость для максимального L/D (т.е. для максимального качества планирования). (Точное значение «.78/280/250» объясняется в этом соответствующем ответе..) Имеет смысл, что более тяжелый самолет покроет больше земли, чем более легкий, потому что более тяжелый самолет летит под углом атаки, который ближе к максимальному углу атаки L/D, чем более легкий самолет. . Точно так же, как если бы вы решили, что собираетесь пролететь с высоты 10 000 футов со скоростью 150 миль в час по приборной шкале на планере, а лучшая скорость L/D будет 50 миль в час по приборной шкале в небалластном состоянии и 70 миль в час по приборной шкале в состоянии с балластом, у вас будет более низкая скорость снижения в балластном состоянии, и вы также преодолеете большее расстояние над землей в балластном состоянии, потому что вы будете лететь ближе к максимальному углу атаки L / D и воздушной скорости.

Если это кажется нелогичным, см. вторую диаграмму в этом соответствующем ответе ASE . Вы можете ясно видеть, что на скорости 190 км/ч более тяжелый планер имеет более низкую скорость снижения, чем более легкий. Это одна из фундаментальных причин, по которой планеры часто несут балласт, чтобы обеспечить меньшую скорость снижения при полете с заданной высокой скоростью полета и, таким образом, оптимизировать характеристики во время гонок.

Это никоим образом не означает, что при полете на воздушной скорости, выбранной для обеспечения максимального угла атаки L/D или любого другого фиксированного угла атаки, более тяжелый авиалайнер имеет другой угол планирования, чем более легкий, или испытывает более низкая скорость погружения, чем более легкая. Ни то, ни другое не было бы правдой. При полете с заданным углом атаки, таким как максимальный угол атаки L/D, более тяжелый самолет будет достигать той же глиссады, что и более легкий, но более тяжелый самолет будет лететь по этой глиссаде с более высокая скорость полета и более высокая скорость снижения.

Одна интересная особенность таблицы 737 заключается в том, что одинаковое время спуска с заданной высоты указано для всех грузов. Возможно, это достаточно близко для приблизительной оценки, но на самом деле более тяжелому самолету потребуется больше времени для снижения с высоты, потому что снижение выполняется не под фиксированным углом атаки независимо от веса, а на фиксированной высоте. График зависимости от воздушной скорости, который значительно выше оптимальной скорости L/D. Единственный способ, которым более тяжелый самолет может преодолеть большее расстояние, летая с тем же графиком отношения высоты к воздушной скорости, что и более легкий самолет, - это снижаться с меньшей скоростью, точно так же, как планер с балластом, летящий на высокой скорости в приведенных выше примерах.

В вопросе также цитируется отрывок из бюллетеня Airbus, в том числе ссылка на скорость полета «зеленой точки»:

1.3.3. Эффект веса

Скорость зеленой точки (минимальный градиент) зависит от веса. В стандартном диапазоне скоростей спуска (от зеленой точки до VMO) скорость и градиент величин снижения уменьшаются при более высоких весах. [курсив добавлен]

Как объясняется в этом связанном ответе , воздушная скорость «зеленой точки» увеличивается с увеличением веса и служит хорошим приближением к воздушной скорости, которая дает угол атаки для наилучшего L / D (наилучшее качество планирования). Поэтому при первом прочтении цитируемый отрывок может создать впечатление, что предложение «В стандартном диапазоне скоростей снижения (от зеленой точки до VMO) скорость и градиент величин снижения уменьшаются при более высоких весах» относится к контексту снижение осуществляется под некоторым заданным целевым углом атаки, независимо от веса, что каким-то образом связано с воздушной скоростью «зеленой точки». Однако, это не так.

Первое предложение на странице 163 цитируемого бюллетеня Airbus начинается словами «При заданном TAS…». Кроме того, первый рисунок на странице 163 цитируемого бюллетеня (рисунок «H4», воспроизведенный ниже) предполагает, что воздушная скорость «зеленой точки» НЕ играет никакой роли в определении «стандартного диапазона скоростей снижения», а также показывает, что « Стандартный диапазон скоростей снижения» значительно выше наилучшей воздушной скорости L/D независимо от веса, а также предполагает, что диапазон «стандартных скоростей снижения» является постоянным независимо от веса самолета. Ясно, что фраза «скорость и градиент величины снижения уменьшаются при более высоких весах» относится к снижению, выполняемому в соответствии с профилем воздушной скорости, который определяется независимо .веса, например профиль «.78/280/250», рассмотренный выше. Это причина того, что скорость снижения и градиент снижения уменьшаются при большем весе — в планирующем полете или в полете на снижении с малой мощностью при заданной воздушной скорости, которая значительно выше максимальной воздушной скорости L / D, более тяжелый самолет летит под более эффективным углом атаки, чем более легкий самолет.

Последнее замечание: на странице 160 обсуждаемого здесь бюллетеня Airbus указано, что «Снижение выполняется на тяге полета на холостом ходу (т.е. на тяге, близкой к нулю)». Как все меняется при более высоких настройках мощности? При более высокой мощности понятно, что тяжелый самолет будет снижаться, в то время как более легкий самолет той же конфигурации, летящий с той же скоростью, все еще будет поддерживать высоту или даже набирать высоту. Следовательно, логически следует, что должна быть какая-то промежуточная установка мощности, при которой при некоторой заданной воздушной скорости получаются точно такие же скорость снижения и угол планирования при двух разных весах.

Мы заявляли, что «в планирующем полете или в полете на снижении с малой мощностью при заданной воздушной скорости, которая значительно выше максимальной воздушной скорости L/D, более тяжелый самолет летит под более эффективным углом атаки, чем более легкий самолет. ". К сожалению, никогда не бывает так, чтобы в горизонтальном полете более тяжелый самолет фактически требовал меньшей тяги, чем более легкий самолет той же конфигурации, летящий с той же воздушной скоростью. Это действительно было бы «получить что-то даром»! В некотором смысле вес можно рассматривать как «топливо» (или, точнее, потенциальную энергию) для самолета, снижающегося при малой мощности или с нулевой мощностью, но ни в коем случае вес не действует как «топливо» для самолета. летит горизонтально (или с набором высоты) по отношению к окружающей воздушной массе.