Что создает тягу по линии полета планера?

V - скорость полета. U и w — горизонтальная и вертикальная составляющие V. Остальные векторы — силы; W = вес, K = аэродинамическая сила, L и D — ортогональные компоненты K. Это все силы, участвующие в скольжении.

«Что создает тягу по линии полета планера?» Ничего. В планирующем полете нет тяги. Подъем, сопротивление и вес образуют замкнутый векторный треугольник, что означает, что результирующая сила равна нулю, что означает отсутствие ускорения или замедления. Вектор веса можно разложить на компоненты, перпендикулярные и параллельные вектору сопротивления, но отметить, что у веса есть компонент, параллельный вектору сопротивления, не то же самое, что сказать, что существует сила тяги.

См. эти векторные диаграммы:

Баланс сил в планирующем полете может быть представлен замкнутым векторным треугольником подъемной силы, сопротивления и веса с прямым углом между векторами подъемной силы и сопротивления. Если мы хотим, мы можем также показать вектор воздушной скорости, и мы можем разбить его на его горизонтальную и вертикальную составляющие. Вертикальная составляющая вектора воздушной скорости — это просто скорость снижения.

Все три приведенные выше векторные диаграммы представляют одну и ту же физическую ситуацию. Мы изобразили аэродинамические силы черным цветом, а гравитационную силу — вектор веса — зеленым. Левую и правую диаграммы легче понять, чем среднюю диаграмму, потому что векторы силы расположены в виде замкнутого многоугольника (в данном случае треугольника), который сразу показывает нам, что результирующая сила равна нулю. На правой диаграмме мы также включили вектор воздушной скорости и его горизонтальную и вертикальную составляющие. Обратите внимание, что K - это угол планирования, и обратите внимание, что на правой диаграмме треугольник, образованный векторами силы, и треугольник, образованный векторами воздушной скорости, являются подобными треугольниками. На правой диаграмме сразу видно, почему отношение подъемной силы к сопротивлению также равен коэффициенту планирования в неподвижном воздухе, т. е. отношению горизонтальной скорости к вертикальной скорости (скорости снижения). Обратите внимание, что для высоких соотношений L/D подъемная сила почти равна весу, а горизонтальная скорость почти равна воздушной скорости, поэтому для большинства практических целей мы можем использовать воздушную скорость/скорость снижения, качество планирования и L/D взаимозаменяемо. .

Обратите внимание, что при желании мы можем разбить вектор Веса на две составляющие, одна из которых точно равна по размеру и противоположна по направлению вектору Подъемной силы, а другая точно равна по размеру и противоположна по направлению Сопротивлению. вектор. Последний можно рассматривать как что-то вроде Thrust, но называть его таковым не совсем корректно.

Вектор подъемной силы пропорционален коэффициенту подъемной силы, умноженному на квадрат воздушной скорости. Вектор аэродинамического сопротивления пропорционален коэффициенту аэродинамического сопротивления, умноженному на квадрат воздушной скорости. Отношение между величинами векторов подъемной силы и сопротивления идентично отношению между коэффициентами подъемной силы и сопротивления. Для данной фиксированной формы самолета изменение коэффициента подъемной силы и/или коэффициента лобового сопротивления представляет собой изменение угла атаки. Каждый возможный угол атаки крыла связан с определенным коэффициентом подъемной силы, определенным коэффициентом сопротивления и определенным отношением подъемной силы к сопротивлению. Это верно независимо от того, тяжелый или легкий самолет - изменение веса выражается как изменение воздушной скорости, связанное с любым заданным углом атаки, но не изменение коэффициента подъемной силы, коэффициента лобового сопротивления или подъемной силы:

Крайне важно понимать, что приведенные выше векторные диаграммы будут действительны для полета с некоторым заданным конкретным углом атаки крыла НЕЗАВИСИМО от того, поднимается ли воздушная масса, опускается или ни то, ни другое. Планер не чувствует разницы в направлении и величине действующих на него сил при подъеме в мощной горной волне, чем при скольжении в неподвижном воздухе.

Обратите также внимание, что мы имеем дело только со случаем уровня крыльев. В полете по кругу силы все еще выглядят одинаково при виде сбоку, но воздушная скорость, подъемная сила и лобовое сопротивление выше, чем в полете на уровне крыльев при том же угле атаки, а качество планирования уменьшается, и от головы - на виде мы бы увидели, что часть вектора подъемной силы отклонилась в сторону.

Вернемся к простому случаю полета на уровне крыльев...

Что «питает» планер?

Работа пропорциональна силе, умноженной на расстояние, а мощность пропорциональна силе, умноженной на скорость. В системе отсчета воздушной массы направление движения планера идентично направлению, на которое указывает вектор воздушной скорости. Единственной силой, совершающей работу над самолетом в этом направлении, является составляющая вектора веса, направленная в том же направлении, что и вектор воздушной скорости. Мы можем разбить вектор веса на один компонент, который равен и противоположен вектору подъемной силы, и один компонент, который равен и противоположен вектору сопротивления. Последний компонент - это то, что «приводит в движение» планер, по крайней мере, если смотреть с точки зрения системы отсчета воздушной массы. Последняя составляющая вектора веса будет равна весу * косинусу (угол скольжения). Таким образом, мощность, создаваемая этим компонентом вектора веса, равна (вес * косинус (угол планирования)) * скорость полета). Так получилось, что скорость снижения равна (воздушная скорость * косинус (угол планирования)). Таким образом, мы можем сказать, что сила гравитации = (Вес * косинус (угол планирования)) * воздушная скорость) = (Вес * (косинус (угол планирования)) * воздушная скорость) = Вес * скорость снижения.

Если смотреть из наземной системы отсчета, направление движения планера отличается, когда планер находится в восходящей воздушной массе, и когда планер находится в неподвижном воздухе, поэтому приведенные выше формулы для работы и энергии будут действительны только в неподвижном воздухе. Из наземной системы отсчета направление движения планера иногда бывает горизонтальным или подъемным, и в этом случае вектор подъемной силы можно рассматривать как компонент, выполняющий работу с планером. Но, как отмечалось ранее, направление и величина векторов подъемной силы, сопротивления и веса остаются неизменными независимо от того, какую систему отсчета мы используем для наших векторов скорости.

(Примечание: этот ответ ориентирован на линейный устойчивый планирующий полет. Он не предназначен для случая, когда планер ускоряется. Обратите внимание, что изменение воздушной скорости повлияет на величину всехвекторы аэродинамической силы, и обратите внимание, что любой дисбаланс между L и противоположным компонентом вектора W заставит траекторию полета изгибаться вверх или вниз. Тема того, как, начиная с некоторого дисбаланса между LD и W, планер переходит обратно к стационарному состоянию, когда L, D и W снова находятся в равновесии (при отсутствии корректирующих управляющих воздействий со стороны пилота, обычно через серия постепенно уменьшающихся «фугоидных» колебаний, включающих постоянные изменения угла планирования или набора высоты, вертикальной скорости, воздушной скорости, положения по тангажу и, в некоторой степени, угла атаки), является увлекательной, но выходит за рамки предполагаемого объема этого ответа. То же самое относится к петлям и другим фигурам высшего пилотажа или любой другой форме ускоренного полета.)

Смотрите связанные ответы на связанные вопросы:

У самолета есть двигатель, который ускоряет его полет. Какая сила толкает планер к полету?

«Гравитационная мощность против мощности двигателя» - https://aviation.stackexchange.com/a/56040/34686

«Снижение на заданной глиссаде (например, ILS) с заданной воздушной скоростью — отличается ли размер вектора подъемной силы при встречном и попутном ветре?» -- https://aviation.stackexchange.com/a/56259/34686

«Поднимает ли одинаковый вес при подъеме?» -- https://aviation.stackexchange.com/a/56476/34686

В устойчивом состоянии без ускорения ничто не должно создавать поступательную силу. Инерция указывает на то, что все силы равны. Это верно независимо от того, идет ли речь о наборе высоты, спуске или поддержании постоянной высоты.

При этом всегда будет существовать сила сопротивления, пытающаяся замедлить планер на его траектории полета. Чтобы оставаться на постоянной воздушной скорости, необходимо преодолеть только эту силу сопротивления. Поскольку планер не создает тяги, сопротивление необходимо компенсировать за счет наклона траектории полета вниз, в результате чего часть силы тяжести противодействует силе сопротивления. Если вы разделите гравитацию на координаты x и y, относящиеся к траектории полета, то часть, параллельная траектории полета, противодействует сопротивлению.

Все это при условии отсутствия восходящего потока.

Вам может быть легче понять это с точки зрения энергетического баланса следующим образом: скорость вертикального снижения в футах в секунду планера, умноженная на его вес, дает скорость высвобождения энергии (футо-фунты в секунду), рассеиваемую силами сопротивления, как он спускается. Разделив скорость высвобождения энергии на 550, мы получим мощность, необходимую для поддержания параплана в состоянии планирования. Эта энергия рассеивается за счет силы сопротивления, приложенной к планеру; эта сила, умноженная на воздушную скорость, дает мощность лобового сопротивления. При устойчивом планировании мощность спуска равна мощности лобового сопротивления.

Что создает силу U? Мы знаем, что планер снижается вертикально с постоянной скоростью. Мы знаем, что крыло наклонено вниз под углом. Как это преобразуется в горизонтальную составляющую скорости? Когда «ветер» от вертикального спуска ударяет в нижнюю часть крыла, часть энергии смещает его вбок!

Обратите внимание, что идеально круглый парашют падает прямо вниз. На тонущем планере горизонтальный стабилизатор будет толкать нос вниз, создавая наклон поверхности к ветру. Вот как гравитация (топливо) использует крыло (двигатель) для создания прямой тяги (сила U).

В установившемся режиме траектория полета будет результатом поступательной и вертикальной скоростей (U и w).

Комментарии приветствуются.

АЭРОдинамика. Карандаш и бумага готовы. Проведите прямую линию вдоль нижней части бумаги (земли). Проведите горизонтальную линию посередине листа (горизонтальный уровень полета). Возьмите точку в центре линии полета. Это ваш КГ. Нарисуйте вектор прямо вниз к земле. Это ваш весовой вектор W. Нарисуйте вектор вверх и вправо от CG (равной длины). Это ваша общая подъемная сила Lt. Нарисуйте (с головы до хвоста) горизонтальную и вертикальную составляющие вектора подъемной силы: Lv и Lh.

Что у нас есть? Силы вышли из равновесия. Вертикальный вектор подъемной силы Lv меньше, чем W. Lh не встречает сопротивления. Для этого точка должна ускоряться вниз и в сторону. Что остановит разгон, торможение от скорости. Я понимаю, что это длинная рука по сравнению с анализом Квайта, но он решает (более реалистично) разделение сопротивления на вертикальную и горизонтальную составляющие, сохраняя вектор гравитации вниз и учитывая направление полета V.

Теперь нарисуйте любой планер, который вам нравится.

Вес$W$планера состоит из двух компонентов,$Wt$и Вн.$Wt$находится в том же направлении, что и$V$и$Wn$перпендикулярно$V$. Аэродинамический$F$также имеет два компонента$L$и$D$, где$L$перпендикулярно$V$и$D$параллельно$V$.

Когда$L = Wn$:

$Wt> D$, линейное ускорение планера положительно;$Wt <D$, линейное ускорение планера отрицательно;$Wt = D$, линейное ускорение планера равно нулю.

Некоторые думают, что существуют только$L$,$D$, и$W$на планере. Это не совсем правильно. Проще говоря, на планере действуют только две силы: одна аэродинамическая$F$, а другой гравитация$W$.$L$является лишь компонентом$F$в направлении, перпендикулярном$V$;$D$является лишь компонентом$F$в направлении, параллельном$V$. Некоторые люди думают, что$Wn$не существует, что также неверно.$Wn$является компонентом$W$в направлении, перпендикулярном$V$;$Wt$является компонентом$W$в направлении, параллельном$V$.

Что толкает блок вниз?$V$это скорость, с которой блок движется вниз. Вес блока имеет две составляющие: Wn, перпендикулярная$V$и Wt параллельно$V$.$L$- сила реакции откоса (наклонной плоскости) на блок. Это не$L$толкать блок, который движется вниз, потому что$L$не имеет компонент в направлении$V$. Wt — сила, толкающая брусок вниз.