Зачем планеру водяной балласт? Если он пытается удержаться в воздухе без двигателя, не лучше ли было бы сделать его как можно легче?

Масса не влияет на максимальное расстояние, только на максимальную выносливость.

Например, представьте два идентичных самолета A и B: A весит на 50 кг меньше, чем B. При отсутствии ветра (горизонтального/вертикального) и скорости наилучшего планирования оба планера приземлятся в одном и том же месте.

Однако более легкий самолет А прилетит позже, чем В, так как скорость наилучшего планирования меньше, чем у В. В заключение можно сказать, что дополнительная масса увеличивает только крейсерскую скорость, но не дальность полета.

Соревнования по планерному спорту в большинстве случаев представляют собой маршрут, который вы должны пролететь за максимально короткое время. Это значит, что если у вас выше скорость наилучшего планирования, вы сможете летать быстрее на соревнованиях.

Единственным недостатком более высокого веса является то, что ваша подъемная сила в термиках будет снижена, а из-за более высокой скорости вам будет труднее центрировать термики.

В некоторой степени также возможно смещение центра тяжести (ЦТ) с добавленной нагрузкой. Чем дальше от заднего предела, тем выше максимальное расстояние. Это потому, что у вас будет меньше прижимной силы от необходимого стабилизатора. (Если ЦТ находится на переднем пределе, вам нужно будет тянуть ручку управления, чтобы лететь ровно, поэтому сопротивление больше). Однако я думаю, что это скорее положительный побочный эффект, и большую часть времени вода используется для более быстрого полета.

Источник: я пилот планера и в настоящее время прохожу обучение ATPL.

В дополнение к другим ответам, давайте посмотрим на эту диаграмму L/D(=E) заманчивого DG-1000 от DG Flugzeugbau (но не бойтесь, это справедливо для всех планеров):

Наилучшее отношение L/D одинаково для разных нагрузок на крыло, но происходит при разных скоростях — чем выше нагрузка, тем выше скорость. Вы также можете видеть, что минимальная скорость / скорость сваливания также выше при более высоких нагрузках.

Следующая диаграмма показывает полярную кривую :

Вы можете видеть, что минимальная скорость снижения возникает при минимальной нагрузке. Чем тяжелее груз, тем дольше вам придется кружить в одном и том же термике для заданного набора высоты.

Загрузка — это компромисс между более высокой средней скоростью и менее эффективным набором высоты. В случае сильных термиков и/или длинных интервалов глиссады оптимум смещается в сторону большего, в слабых условиях - в сторону меньшего балласта или его отсутствия. Хорошо то, что вы можете слить воду довольно быстро (также частично), так что на соревнованиях вы обычно склонны доливать (и на всякий случай сливать), а не запускать свет ( например, Quintus может вместить до 250 литров!)

Кормовой балласт в вертикальном хвостовом оперении иногда используется для балансировки переднего ЦТ, вызванного водой в крыльях — в зависимости от вашего корабля частичный сброс может быть проблематичным.

Конечно, есть много философских и тактических дебатов, касающихся спора «вода или нет воды», но как только вы обогнали идентичный, более легкий корабль с полными крыльями и без потери высоты, вы увидите, насколько забавным может быть балласт (до тех пор, пока следующий термик, то есть).

Я настраиваюсь с опозданием более чем на 3 года, потому что я не полностью удовлетворен ответами здесь. Да, Лнафцигер, когда хочешь не спать как можно дольше, самолет должен быть как можно легче. Но иногда вам нужно быстро спуститься: это когда добавляется водяной балласт.

Сила права: водяной балласт ускоряет все. Но это еще не все.

Также у StallSpin есть хороший момент: чем выше нагрузка на крыло, тем меньше помех от порывов ветра.

Но есть два момента, которые также следует учитывать:

1. Более высокая скорость означает более высокое число Рейнольдса. Поскольку это число показывает отношение силы инерции к силе вязкости, это означает, что сопротивление трения относительно меньше . Следствием этого является то, что планер с более высокой нагрузкой на крыло действительно летит немного дальше, чем легкий планер, когда оба летят с наилучшей скоростью L/D. Разница невелика, но дает более тяжелому кораблю еще одно преимущество в скорости, когда он может покинуть последний термик на один оборот раньше, чем более легкий планер.

   Но более высокое число Рейнольдса имеет еще большее значение на низкой скорости: управление по крену значительно улучшается при использовании водяного балласта. В диапазоне чисел Рейнольдса, характерных для внешнего крыла планера на малых скоростях (много меньше миллиона), увеличение скорости заметно улучшает сопротивление сваливания и управляемость.

_{Коэффициент сопротивления трения плоской пластины в зависимости от числа Рейнольдса ( источник изображения ). Кривая для планера находится между полностью ламинарной и полностью турбулентной. Обратите внимание на двойные логарифмические оси.}

2. Тактика: Водяной балласт используется в основном в соревнованиях, и когда несколько самолетов делят один термик, каждый пилот ждет, пока остальные перелетят в следующий термик. Наблюдение за другими подсказывает ей/ему, где находится лучший маршрут для минимальной потери высоты. Это даже заставляет самых высоких пилотов в термике открывать свои скоростные тормоза, просто чтобы не покинуть термик первым. С водяным балластом скорость набора высоты снижается (большая глубина и больший радиус поворота значительно снижают скорость набора высоты планера), поэтому пилот с водяным балластом даже будет иметь тактическое преимущество в фазе набора высоты, управляя более тяжелым кораблем.

Ответ Силы в значительной степени является ответом, но также учтите, что масса = инерция. Чем больше вы весите, тем меньше вероятность того, что вас побеспокоит какая-либо внешняя сила (турбулентность). Более легкий самолет более маневренный, но он также будет много подпрыгивать.

Тем не менее, я не могу комментировать, насколько балласты влияют на планер.

Ответ Силы очень хорош. Но утверждение «дополнительная масса увеличивает только крейсерскую скорость, но не пройденное расстояние», верное для любого планирования, не принимает во внимание тот факт, что условия, подходящие для парения, обычно существуют в течение ограниченного времени каждый день, поэтому увеличение крейсерской скорости определенно увеличивает расстояние.

Точка зрения StallSpin о снижении влияния турбулентности на планер с балластом имеет большое значение. Лучше всего это видно при полете по хребту, который при сильном ветре может быть очень неровным. Планер с балластом, испытывая меньшее ускорение, вызванное неровным воздухом, может лететь быстрее и ниже, где горизонтальная составляющая ветра меньше, что требует меньшего угла наклона краба.

Еще один фактор, о котором не упоминают существующие ответы: если вы летите на двухместном планере в одиночку, вы можете добавить балласт, чтобы скорректировать свой центр тяжести.

Планеры легкие, поэтому пропажа человека может существенно повлиять на центр тяжести. Двухместные самолеты оптимизированы для полетов с двумя людьми на борту. Я даже видел, как свинцовый балласт использовали в носовой части планера, когда очень худой и маленький стажер летел с грузным инструктором на заднем сиденье.

В дополнение ко всему хорошему содержанию во всех других хороших ответах следует сделать еще одно замечание: когда воздушная масса движется горизонтально и / или вертикально, коэффициент планирования над землей отличается от коэффициента планирования через воздушную массу, и поэтому коэффициент планирования над землей отличается от отношения L / D.

При планировании против встречного ветра максимально достижимое аэродинамическое качество относительно земли выше, когда планер тяжелый, чем когда он легкий . Вы легко убедитесь в этом сами: начиная со второй диаграммы в этом связанном ответе , удлините горизонтальную ось влево достаточно далеко, чтобы включить начало графика. Теперь поставьте карандаш на точку (x=50 км/ч, y=0). Начиная с этой точки (x = 50 км/ч, y = 0), наклон линии, проведенной по касательной к кривой зависимости воздушной скорости от скорости снижения, представляет собой наивысшее достижимое качество планирования при встречном ветре со скоростью 50 км/ч в воздухе, который не является ни восходящим, ни направленным. тонет. Вы можете видеть, что линия, касательная к кривой с балластом, более плоская (т.е. имеет меньший наклон), чем линия, касательная к кривой без балласта.

Если учесть, что когда планер выполняет задание, возвращающееся в исходную точку в ветреный день, он неизменно тратит больше времени на полет со встречной составляющей ветра, чем с попутной, то это не тривиальный момент.

Естественно, этот эффект еще более заметен, если мы проведем нашу касательную от (x=100 км/ч, y=0), представляя наилучшее достижимое аэродинамическое качество при полете против встречного ветра со скоростью 100 км/ч.

При парении на склоне радиоуправляемого миниатюрного планера при сильном ветре нередко возникают условия, когда легко нагруженный планер вообще с трудом продвигается вперед и просто опускается почти вертикально на землю, в то время как тяжело нагруженный планер почти вертикально опускается на землю. версия того же самолета может летать намного ближе к максимальному углу атаки L / D и, таким образом, может двигаться вперед на высокой скорости, сохраняя высоту или набор высоты.

Точно так же, если мы возьмем график, рассмотренный выше, и продлим ось y вверх так, чтобы она простиралась до положительных значений для y, и начнем рисовать нашу касательную из точки (x=0, y=0,2 м/с), мы можем найти максимально достижимое аэродинамическое качество относительно земли при нисходящем потоке 0,2 м/с и нулевом встречном/попутном ветре. Опять же, линия, касательная к кривой с балластом, более плоская (т.е. имеет меньший наклон), чем линия, касательная к кривой без балласта. При нисходящем потоке максимально достижимое аэродинамическое качество относительно земли выше, когда планер тяжелый, чем когда он легкий.Поскольку воздух между термиками часто в какой-то степени опускается, это тоже не тривиальный момент. Один из случаев, когда пилот планера, скорее всего, заинтересован в максимизации своего аэродинамического качества над землей, - это когда он или она летит в тонущем воздухе, и в этой ситуации помогает балласт.

Тот же метод можно использовать для нахождения максимально достижимого аэродинамического качества относительно земли в опускающемся воздухе, включающем компонент встречного ветра. В этом случае действительно очень помогает балласт - максимально достижимое аэродинамическое качество по отношению к земле будет намного выше у параплана с балластом, чем у параплана без балласта.

Один момент, не упомянутый явно в других ответах, заключается в том, что в сильный парящий день никто не летает в лучшем случае L / D. Предположим, что подъемная сила сильная и подъем не представляет проблемы. Балласт до максимальной брутто. Круиз между термиками на скорости 100 узлов. Скорость снижения при той же воздушной скорости будет намного выше, если не нести балласт.

Вы можете легко увидеть это, проверив полярные диаграммы, представленные в этом связанном ответе . Посмотрите на вторую диаграмму - график зависимости скорости снижения от воздушной скорости для трех различных нагрузок на крыло. 100 узлов это примерно 180 км/ч. При наибольшей нагрузке скорость опускания при этой воздушной скорости составляет 1,8 м/с, а при самой легкой загрузке скорость опускания при этой воздушной скорости составляет 3 м/с. Это на 66% выше скорость погружения.

При полете с определенной воздушной скоростью, которая намного выше оптимальной скорости L/D, балласт фактически увеличивает расстояние, компенсируемое той же потерей высоты.