¿Agregar un alto empuje evita que un avión se detenga?

Se puede hacer que cada avión entre en pérdida con una combinación de baja velocidad, ubicación trasera del centro de gravedad y alto factor de carga.

El empuje actúa en la dirección longitudinal del avión. La sustentación actúa en una dirección mayormente perpendicular, por lo que si la aeronave entra en pérdida no depende de su empuje cuando la demanda de sustentación excede la capacidad de sustentación disponible.

Como observas, este no será el caso en una escalada. Sabemos que la demanda de sustentación es menor en un ascenso que en un vuelo constante. Así que tenemos que buscar en otro lado.

El caso obvio es en vuelo de giro cuando la aeronave tiene que contrarrestar no solo la gravedad sino también una fuerza centrífuga. Ahora, la demanda de sustentación puede crecer a múltiplos de eso en vuelo estable y cualquier aeronave se detendrá fácilmente si la masa multiplicada por la aceleración normal supera la capacidad de sustentación de sus alas. Más empuje instalado solo reducirá la tasa de pérdida de energía en un círculo cerrado.

Solo si la autoridad de cabeceo no es suficiente se puede evitar la entrada en pérdida, pero entonces el sistema de control no permitirá recortar el ángulo completo del rango de ataque. Posiblemente, esto podría suceder con una ubicación del centro de gravedad muy adelantada, pero debería colocar esta configuración fuera de los límites certificables.

Como nota al margen: la pérdida depende de algo más que el ángulo de ataque .

La pregunta quizás sea menos sobre las características inherentes de un avión determinado y más sobre cómo se vuela el avión .

Algunos puntos relevantes--

• Con suficiente poder de control, un ala se puede colocar en el ángulo de ataque de pérdida a cualquier velocidad aerodinámica. Incluso si el empuje es mayor que el peso. Por supuesto, en tal caso, a medida que la aeronave se acerca y luego excede el ángulo de ataque de pérdida, la trayectoria de vuelo resultante no sería una línea recta.

• Algunas aeronaves están diseñadas para ser maniobrables más allá del ángulo de ataque de entrada en pérdida, por ejemplo, la maniobra "Cobra" .

• Dada la restricción de una trayectoria de vuelo lineal, cuanto más pronunciado sea el ángulo de ascenso, menor será la fuerza de sustentación. (Para obtener más información, consulte ¿ La elevación es igual al peso en un ascenso? ) Esto significa que cuanto más pronunciado sea el ángulo de ascenso, menor será la carga alar, si definimos la carga alar como fuerza de sustentación por unidad de área alar. Esto significa que cuanto más pronunciado sea el ángulo de ascenso, menor será la velocidad de pérdida sin aceleración. ¹ En ángulos de ascenso muy pronunciados, la velocidad de pérdida sin acelerar parecería caer tan bajo que el concepto de pérdida ya no es muy significativo. ²Si el empuje es mayor que el peso, es posible un ascenso vertical sostenido. Incluso si el empuje es menor que el peso, se puede lograr un ascenso vertical temporal intercambiando energía cinética por altitud. Si el piloto aplica entradas de control según sea necesario para mantener una trayectoria de vuelo puramente vertical , entonces sabemos que ya no importa cuán baja sea la velocidad aerodinámica, el ala aún debe mantenerse en el ángulo de ataque de elevación cero, por lo que el ala no puede alcanzar el ángulo de ataque de pérdida. Por supuesto, si la velocidad del aire cae a cero y luego la aeronave comienza a deslizarse hacia atrás, el ángulo de ataque en ese punto posiblemente esté mucho más allá del ángulo de ataque de entrada en pérdida.

• La misma "descarga" del ala, y la consiguiente disminución de la velocidad de pérdida no acelerada, también ocurre en el vuelo en picado. Por ejemplo, si el piloto está haciendo entradas de control según sea necesario para mantener una trayectoria de vuelo lineal, la aeronave obviamente nunca podría entrar en pérdida en una picada vertical, incluso si el piloto desplegara un paracaídas gigante que hiciera descender la velocidad del aire por debajo de la velocidad normal. nivel de velocidad de pérdida. Pero eso no significa que el piloto no pueda detener el ala tirando de la palanca hacia atrás para "tirar de G" para salir de la picada. La velocidad de pérdida bajo carga G pesada será mucho más alta que la velocidad normal de pérdida en línea recta y nivelada.

Dejando a un lado toda la teoría, para tener una idea de cómo una alta relación empuje-peso puede hacer posibles algunas maniobras extraordinarias, algunas de las cuales involucran ángulos de ataque mucho más allá del ángulo de ataque de pérdida, busque videos en la web de modelos de aviones que vuelan en "3-D", como este . Por supuesto, algunas de las maniobras que involucran esencialmente una velocidad aerodinámica cero, utilizando el lavado de hélice para mantener las superficies de control efectivas, no serían posibles en (la mayoría, si no en todos) los aviones de combate a reacción. No obstante, incluso sin hélice, la vectorización de empuje puede permitir cierta cantidad de maniobras a velocidad aerodinámica cero, como lo demuestra un modelo de avión controlado por radio en este video .

Notas al pie--

1 -- A los efectos de esta respuesta, cuando una aeronave vuela a lo largo de una trayectoria lineal (no necesariamente horizontal), definiremos la velocidad de pérdida no acelerada como la velocidad a la que el ala alcanzará el ángulo de ataque de pérdida si el piloto realiza entradas de control según sea necesario para mantener esa trayectoria lineal mientras la velocidad aerodinámica disminuye lentamente. Esto puede ser un uso poco convencional del término. Ciertamente no es lo mismo que la velocidad de pérdida de 1-G, a menos que la trayectoria de vuelo sea horizontal.

2 -- El "otro lado de la moneda" aquí es que si la velocidad aerodinámica decae a un valor muy bajo durante una subida empinada, entonces un leve tirón de la palanca podría poner el ala en el ángulo de ataque de pérdida mientras crea sólo un leve aumento en la carga G. En otras palabras, si la velocidad aerodinámica cae muy bajo durante un ascenso empinado, puede ser fácil para el piloto provocar accidentalmente una pérdida acelerada a alguna velocidad aerodinámica que todavía está muy por debajo de la velocidad normal de pérdida en línea recta y nivelada, pero por encima de la velocidad no acelerada. velocidad de pérdida correspondiente a la trayectoria lineal de ascenso.

A320, F-16 y aviones de papel entran en pérdida exactamente de la misma manera. Van demasiado lento para hacer suficiente elevación para mantenerse en pie. Intentan generar más sustentación aumentando el ángulo de ataque del ala, pero cuando el ángulo de ataque es demasiado grande, el flujo de aire se separa de la parte superior del ala, creando menos sustentación y mucha más resistencia.

La resistencia lo empeora al reducir aún más la velocidad del avión. La pérdida de sustentación hace que el avión caiga, lo que hace que el ángulo de ataque del aire sobre el ala sea aún mayor.

La solución para los 3 es inclinar el morro hacia abajo para recuperar la velocidad y restablecer el flujo de aire adecuado sobre el ala.

El problema es la cantidad de altitud necesaria para recuperarse. Avión de papel: alrededor de 4 pulgadas. ¿A320? Tal vez 20.000 pies. La masa mucho mayor del A320 hace que sea mucho más difícil de recuperar. Esta es la razón por la que los aviones comerciales se esfuerzan tanto por no entrar en pérdida.

El F-16 es mucho más liviano que el avión comercial, pero aun así necesitaría mucha más altitud para recuperarse que un avión de papel o un Piper Cub.

Ediciones para el editor:

la mayoría de los cazas tienen una relación de empuje a peso > 1, por lo que son más como cohetes.

Cualquier aeronave puede entrar en pérdida si el AOA del ala excede el límite de pérdida. "Volar como un cohete" quema combustible muy rápidamente y es muy poco práctico. Simplemente agregar energía no necesariamente romperá un estancamiento. El AOA del ala debe reducirse. Desafortunadamente para un avión de pasajeros gigante, esto puede implicar ponerlo en una inmersión irrecuperable.

Los aviones de combate no siguen la aerodinámica.

Todo lo que se mueve dentro de la atmósfera terrestre sigue la aerodinámica. Tan pronto como se mueve, se deben considerar los efectos de arrastre para comprender completamente todas las fuerzas involucradas.

casos comunes de estancamiento de aviones de combate y aviones de pasajeros.

Estos eventos son muy poco comunes y potencialmente desastrosos. Es por eso que necesitamos sensores AOA confiables y sistemas de seguridad adecuados para evitar que esto suceda. Para modelar la carga del ala a la escala de un avión de papel, el avión de papel tendría que estar hecho de plomo.