Как далеко могут планировать самолеты?

Я подозреваю, что этот вес зависит от типа самолета, поэтому давайте предположим, что мы рассматриваем небольшой самолет.

Совершенно верно, она сильно различается. Параметр, о котором вы спрашиваете, называется коэффициентом планирования и напрямую связан с другим параметром, называемым аэродинамическим качеством или отношением L/D . Это фундаментальная характеристика аэродинамики конкретного самолета. Отношение L/D зависит от скорости полета; для определения наилучших характеристик планирования при неработающем двигателе используется отношение L / D при «наилучшей скорости планирования». «Наилучшая воздушная скорость планирования» — это скорость, которая максимизирует отношение L/D, и это максимальное значение известно как L/D _max .

Максимальное отношение L/D (L/D _max ) Cessna 172 составляет около 9, поэтому его аэродинамическое качество составляет около 9:1 — на каждые 9 единиц, пройденных вперед, он теряет 1 единицу высоты. Таким образом, он будет скользить примерно на 9000 футов на каждые 1000 футов доступной высоты. Это довольно типичное значение для небольших самолетов.

Чтобы показать вам, насколько широко это варьируется, современный планер может достигать отношения выше 60: 1, в то время как космический шаттл колебался от примерно 1: 1 на высокой скорости в начале входа в атмосферу до 4,5: 1 на конечном заходе на посадку.

Примечательно, что большие транспортные самолеты, как правило, имеют значительно более высокое отношение L/D, чем небольшие самолеты: Боинг-747 может достичь максимального отношения L/D _{примерно} 17:1. При высоте 33 000 футов (~ 10 000 метров) это означает дальность планирования 100 миль (~ 170 км).

От чего зависит «планируемость» самолета?

Как и выше, его аэродинамическое качество. Очень небрежно говоря, это просто мера того, насколько «аэродинамическим» является самолет, сравнивая его способность создавать подъемную силу с сопротивлением, которое он создает в процессе. Чем лучше его грузоподъемность или чем меньше лобовое сопротивление, тем выше передаточное отношение.

Для получения дополнительной информации я настоятельно рекомендую бесплатную онлайн-книгу по аэродинамике под названием See How It Flies Джона Денкера. Она написана для пилотов, а не для математиков или физиков, поэтому объясняет концепции очень интуитивно без большого количества уравнений. В нем говорится о соотношении L/D и объясняются некоторые факторы, влияющие на него. (В любом случае я бы порекомендовал эту книгу любому пилоту.)

Возможно ли для самолета с двигателем / двигателями использовать это для экономии топлива во время полета, или они слишком тяжелые / иначе не могут этого сделать?

Поскольку качество планирования напрямую связано с отношением L/D (на самом деле это то же самое, что и с ним), можно сказать, что самолеты уже используют его. Чем выше их L/D на крейсерской скорости, тем они будут более экономичными (поскольку потребуется меньшая тяга для противодействия сопротивлению в установившемся полете).

Если вы спрашиваете об отключении двигателей во время захода на посадку/посадку для экономии топлива, здесь на ASE есть еще один вопрос, который конкретно касается этого. (Короче говоря, нет, это непрактично.)

Чтобы привести несколько конкретных примеров:

Cessna 172 может летать на высоте 2000 футов для короткого перелета или на высоте 12500 футов для более длительного полета по пересеченной местности. Мое эмпирическое правило: около 1,5 морских миль на 1000 футов высоты над уровнем земли, таким образом:

• С высоты 2000 футов Cessna сможет пролететь около 3 морских миль (3,5 статутных мили, 5,5 км), и на это потребуется около 3 минут.
• С высоты 12 500 футов, пропорционально, это будет около 18 морских миль (21 статутная миля, 33 км), что дает пилоту достаточно 18 минут для устранения неполадок, поиска подходящего места для посадки и сообщения о затруднительном положении.

Большой реактивный самолет летит выше во время круиза, скажем, на высоте 38000 футов, и имеет лучшее качество планирования.

• С высоты 38000 футов самолет может пролететь от 75 до 100 морских миль (от 140 до 180 км), и на это уйдет около 20 минут.

Скольжение измеряется в так называемом «коэффициенте скольжения». На каждый фут высоты, которую теряет самолет, как далеко он может улететь вперед? Планеры (планеры) имеют коэффициент планирования около 40 к 1. Он может быть намного больше или меньше, в зависимости от модели. Качество планирования Cessna 172, самого популярного самолета с одним двигателем, составляет примерно 10:1. Потерявший всю мощность Boeing 767 на практике достиг качества планирования примерно 12:1.

Самолеты обычно не используют это для экономии топлива. Гораздо эффективнее просто летать на самолете в обычном режиме или на малой мощности, если они хотят сэкономить топливо. Для планирования требовалось включать и выключать двигатель. Это неэффективно в реактивных, турбовинтовых или поршневых двигателях. Однако я считаю, что некоторые беспилотные высотные самолеты могут отключить свои двигатели.

Расстояние планирования действительно сильно зависит от характеристического качества планирования самолета, которое зависит от скорости полета, как описано в ответах выше. Однако приведенные выше ответы предполагают неподвижный воздух, а настоящий воздух никогда не бывает неподвижным.

Если вы скользите при постоянном попутном ветре, вы будете скользить дальше, чем в неподвижном воздухе; устойчивый встречный ветер будет мешать вашему скольжению. (Вы получите ту же скорость снижения и, следовательно, то же время наверху, но вы пройдете разное расстояние над землей.) Если вы находитесь на высоте, может быть трудно определить, в какую сторону дует ветер. если вы уже не знаете или если у вас нет GPS, чтобы вы (или он, автоматически) мог сравнить свою скорость по земле с вашей скоростью по воздуху.

Кроме того, нисходящие потоки уменьшат вашу высоту и, следовательно, дальность планирования; но восходящие потоки сделают обратное. На самом деле, при подходящей погоде пилоты, обученные находить восходящие потоки, — пилоты планеров, например, — могут оставаться в воздухе без двигателя столько, сколько захотят. Однако восходящие потоки, как правило, питаются от солнца, поэтому после наступления темноты становится трудно найти «правильную погоду». Кроме того, восходящие потоки имеют тенденцию быть локализованными и довольно стационарными, поэтому летающие круги, чтобы оставаться в одном, если они слабее, чем вы ожидали, могут использовать больше времени вашего планирования, чем добавляют, и, таким образом, уменьшить общее расстояние над землей, которое вы можете планировать. .

Легкий самолет с двигателем может совершать продолжительный полет с выключенными двигателями, когда траектория его полета совпадает с холмами или горными хребтами, с одной стороны которых дует устойчивый ветер. В определенных средах и погодных условиях эти диапазоны создают подъемную силу волны, которая является достаточно существенной, чтобы обеспечить полет на высокой скорости на высоте более 20 000 футов в шелковистых гладких условиях на протяжении многих тысяч километров. С этими условиями связаны экстремальные роторы за пределами диапазона подъемной силы. Пилоты-планеры (например, Делор в Новой Зеландии, 2500 км, декабрь 2009 г.) установили мировой рекорд дальности полета, используя обширные дальности полета, образующие хребет обоих островов.

"Глайдерность" - это полет. Самолет с неподвижным крылом, управляемый под двигателем, управляем без него. Некоторые самолеты специально спроектированы так, чтобы быть неустойчивыми в полете, например F-16 и F-117. в этих случаях компьютеры помогают обеспечить искусственную стабильность; пока компьютеры работают, самолет все еще управляем без работающей силовой установки.

Коэффициент планирования значительно различается между самолетами с неподвижным крылом. Планеры без двигателя обычно выше 20/1, в то время как многие небольшие самолеты видят 17/1 или меньше. Космический челнок 4,5/1. (Горизонтально/Вертикально)

Эффективность планирования в основном зависит от сопротивления, а не от веса. Например: планеры иногда несут водяной балласт для увеличения веса, поскольку больший вес приводит к более высокой скорости планирования. (Вода сбрасывается, чтобы замедлить самолет перед посадкой.)

FAA публикует руководства для пилотов, и вы можете найти множество других руководств по летной подготовке, доступных в Интернете или в местном аэропорту. В любом руководстве для частного пилота или спортивного пилота основные принципы полета обсуждаются довольно подробно. Обычно они очень понятны и легко читаются.

Один пилот рассказывал мне, что он некоторое время летал над Пиренейскими горами на испанской версии Юнкерса Ю-52 с двигателями на холостом ходу и выдерживал высоту на восходящем потоке горячего воздуха, как это делают планеры, но, вероятно, это скорее исключение, чем любое правило. В литературе о Caravelle Sud-Aviation обсуждался также «планирующий» полет на несколько сотен километров, начинающийся на очень большой высоте и в особых экспериментальных условиях, имевший место до 1964 года. Пилот получил награду после посадки на реактивный авиалайнер с неработающими двигателями; когда он приближался к заброшенной взлетно-посадочной полосе, он понял, что высота слишком велика, он поставил самолет по схеме скрещенных рулей, чтобы он скользил по бокам и терял высоту.

Другие некоторое время летали на DC-3 в перевернутом полете из Гандо, на Гран-Канарии, в Лансароте, также на Канарских островах, только для того, чтобы при посадке обнаружить, что гондолы двигателей были покрыты маслом, поскольку двигатели DC-3 не имели перевернутого полетный картер или «сухой» масляный картер. Один из участников этого рейса DC-3, Фернандо Аймерих-Аликс, поджег реактивный истребитель «Сейбр» или «Супер-Сейбр» на вспаханном поле на том основании, что, по его мнению, показания указателей уровня топлива в баке были неточно высокими, и он скоро закончилось топливо. Когда он достиг земли, топливо, оставшееся в баках каким-то образом обильным, разлилось дождем по всему самолету, и ему повезло, что топливо не загорелось. Он умер в первой половине декабря 2017 года.