¿Cómo afectan los cambios en las masas de aire, la dirección del flujo de aire y la intensidad a la sustentación?

Tengo una pregunta con respecto al flujo de aire que experimenta un avión durante 3 escenarios distintos:

  1. Una aeronave durante el aterrizaje , experimentando una ráfaga repentina de 40 nudos desde la cola. ¿Cuál sería la consecuencia inmediata: velocidad aerodinámica, sustentación? Todo ello si la aeronave no corrige la situación con cabeceo/empuje del motor.
  2. Un avión de pasajeros que navegaba a 270 IAS , experimentó repentinamente en un área de viento de cola, es decir, el componente de viento de cola del viento en altura cambió y aumentó en 40 nudos. ¿Cómo se vería la velocidad del aire, solo al momento siguiente, y desde allí, levantarse? Con respecto a la situación sin ninguna acción compensatoria por parte del piloto,
  3. Un avión de combate , a 20,000 pies, girando desde 25 grados por segundo, lo que significa hacer 90 grados en menos de 4 segundos, desde una situación de 50 nudos de viento en contra a sin viento en contra. Si la masa de aire es estable y sopla a una velocidad constante de 50 nudos, ¿habría algún cambio en las características de vuelo del avión, lo que significaría un deterioro de la velocidad aerodinámica que tendría que compensar usando el ajuste de cabeceo/empuje? En esta situación, asumimos que al piloto no le importa mantener la velocidad con respecto al suelo o la trayectoria, sino mantener el giro a una velocidad constante de 25 grados por segundo.

Mi pregunta es (y la discutimos en la pregunta anterior): ¿hay algún efecto de disminución en el cambio rápido del flujo de aire que estaba justo adelante y cambió a los lados/atrás, cuando el cambio es causado por el avión mismo, tal como lo presenciamos ( por mí recientemente) en un avión de pasajeros cuando de repente se encontró con una masa de aire diferente ( presencié un aumento de la velocidad del suelo pero una disminución de la IAS, hasta que los Autothroottles ordenaron un ligero aumento en la fuerza).

¿Podría dar más detalles sobre el contexto de su pregunta? Espero que no estemos haciendo su tarea.
Ya entendí el problema, como está escrito aquí: enlace
Related y tenemos otras preguntas sobre cambios repentinos en la dirección del viento que podrían ser útiles.
Con respecto al caso 3, podría ser más instructivo considerar el caso de un ala delta que vuela en círculos a 30 grados por segundo, volando a una velocidad aerodinámica de 20 mph, en presencia de un viento de 25 mph. ¿Qué crees que "siente" el planeador en términos de una tendencia a cabecear hacia arriba o hacia abajo, o de elevarse o descender, o en términos de cualquier tendencia a cambiar la velocidad aerodinámica? ¿Entiendes por qué? Del mismo modo, ¿entiende por qué la técnica de "vuelo dinámico" del albatros depende completamente de la presencia de un gradiente de viento vertical (+ un impulso adicional de los efectos de elevación de la pendiente)? No puede funcionar en una masa de aire uniforme.

Respuestas (3)

En aras de la simplicidad, digamos que la sustentación es producida por el flujo de aire por encima y por debajo de las alas (el resto del fuselaje también contribuye, pero en el alcance de esta pregunta podemos ignorar eso).

La sustentación de cualquier perfil aerodinámico depende básicamente de la velocidad aerodinámica y el ángulo de ataque. Hasta cierto límite, cualquier aumento en la velocidad aerodinámica o el ángulo de ataque equivaldrá a un aumento de la sustentación y viceversa. Entonces, la pregunta:

Caso 1. y 2. La situación es la misma. Un viento de cola repentino de 40 nudos provocará una caída repentina de 40 nudos de la velocidad aerodinámica y una disminución repentina de la sustentación. La velocidad respecto al suelo comenzará a aumentar (lentamente, debido a la inercia del avión). Si no se toman medidas correctivas inmediatas, se perderá algo de altitud. Cerca del suelo esto sería catastrófico.

Caso 3. Asumo un viraje nivelado aquí: durante o después del viraje, el viento no tendrá ningún efecto sobre la velocidad aerodinámica o la sustentación de la aeronave.

El avión vuela incrustado en una masa de aire. Si estamos considerando la aerodinámica (ascensor y demás), todos los cambios realizados en la trayectoria de vuelo del avión se realizan en relación con la masa de aire. Ni el viento, ni el suelo. El viento es simplemente el movimiento de la masa de aire en relación con el suelo.

Si el viento no cambia, nada cambia para el avión (demasiado simplificado, por supuesto, hay temperatura, presión, etc., pero ese no es el tema aquí). En los casos 1 y 2, el viento cambia, ya que la velocidad es momentáneamente diferente (ráfaga). En el caso 3 no hay cambio en el viento.

Su ejemplo del evento que ha presenciado, con una velocidad terrestre creciente y una velocidad aerodinámica decreciente, es un caso simple de volar en una región con viento de cola. El viento de cola reduciría simultáneamente su velocidad aerodinámica y lo empujaría a ir más rápido en relación con el suelo, aumentando su velocidad respecto al suelo. Este evento puede ocurrir como resultado de volar algo perpendicularmente a través de la parte superior o inferior de una corriente en chorro.

Dado que este tema ha resultado ser algo difícil de comprender (aquí y también en esta pregunta) , terminemos esta respuesta con un artículo humorístico en el sitio web de Flying Magazine, que podría ayudar a comprender la idea errónea de girar con el viento: La última palabra sobre el viento a favor. Vueltas, de verdad .

Como nota al margen, en el caso 3 que ha descrito un giro bastante pronunciado sin aumentar la potencia del motor, la aeronave perderá energía durante el giro, lo que resultará en una pérdida de velocidad aerodinámica, si la velocidad aerodinámica no se mantiene con potencia o planeo. También estoy bastante seguro de que una velocidad de giro constante de 25°/segundo es demasiado para sostener para la mayoría de los cazas, incluso con postquemadores completos, y definitivamente es demasiado para que cualquier piloto lo maneje por mucho tiempo. El F-16 tiene una velocidad máxima de giro de unos 27°/seg a unos 380 nudos y 9 g.

Para su respuesta n.º 2, con respecto al avión de combate, sí, un giro nivelado, sin pérdida de velocidad aerodinámica (suponga que se agregó el motor antes del comienzo del giro). Y aún así, tengo dificultades para entender por qué estos ejemplos son diferentes, simplemente porque el avión se autoposicionó en una "masa de aire diferente, al contrario del avión que accidentalmente voló directamente hacia él. Lo que puedo Decir con seguridad es que probablemente debido a la inmensa fuerza y ​​​​la dominación del luchador, con algo más de potencia del motor / un ligero cambio en el tono, el cambio de viento pasa imperceptible.
Pero el viento no cambia...
Edité un poco la respuesta, ¿quizás ahora está más claro?
según su última nota sobre el F16, sí, se trata de eso. pero no hay problema en mantener un turno en, digamos, 15.000 pero exageré un poco. Podemos apuntarlo a 15 grados por segundo, lo que lo convierte en 6 segundos, como se ve aquí: enlace . Estoy de acuerdo con la mayoría de sus respuestas, excepto la última parte: si el avión de combate gira 90 grados en 6 segundos, lo que significa perder un componente de viento en contra, cambia el viento por sí mismo, girándolo 90 grados . Ahora la pregunta es: si un cambio de viento también se hace a sí mismo.
No hay cambio de viento.
Creo que lo que estoy tratando de decir es que un avión que gira rápidamente, como un helicóptero, cambia su propia masa de aire en la que trabaja. Al igual que cuando un helicóptero o un avión que se mueve lentamente gira del viento de frente al viento de cola, experimenta cambios momentáneos en la indicación de la velocidad del aire debido al cambio abrupto de la dirección del viento. Y como estaba buscando una buena referencia, encontré el enlace opuesto completo :)- .
Y otro más.. Los aviones hacen que la teoría de la relatividad esté un poco al margen, debido a su masa y características. ¡Difícil de entender! Aquí está el segundo enlace, ¡dime lo que piensas! enlace
Estoy pensando que si esos artículos dicen que el viento no cambia durante el giro como resultado del giro, tienen razón.
Entendí algo mientras caminaba para comprar cigarrillos ahora, pensando en uno de esos artículos. Voy a publicar la respuesta en un segundo.

Como se mencionó en ¿ Por qué las ráfagas cambian la velocidad del aire durante el aterrizaje, pero el giro (que cambia de dónde viene el viento) no lo hace?

  1. El efecto inmediato será una pérdida de velocidad aerodinámica y sustentación. La velocidad respecto al suelo permanecerá igual. Las fuerzas aerodinámicas de empuje y arrastre se pondrán al día haciendo que la velocidad aerodinámica y la velocidad vertical regresen y la velocidad respecto al suelo aumente. Si no se reconoce, esto podría ser una situación peligrosa. Un viento de cola sostenido hará que su aterrizaje sea largo y plano. Se moverá por el suelo a una velocidad mayor que la deseada a menos que reduzca el empuje y la velocidad aerodinámica. Dado que solo puede reducir la velocidad aerodinámica hasta cierto punto, alternativamente, puede aumentar la velocidad vertical en su velocidad de descenso para mantener su senda de planeo de 3-4°. De cualquier manera, debe observar su velocidad horizontal (sobre el suelo), balanceo sobre el suelo y distancia de aterrizaje disponible para no sobrepasar la pista ni flotar debido a la reducción de la velocidad del viento cerca de la superficie causada por la fricción de la superficie con el suelo.

  2. En un avión comercial que vuela a altitud de crucero, la velocidad no se vería afectada por el cambio en la velocidad del viento. En crucero, el factor de ráfaga es un porcentaje menor de la velocidad de lo que sería al aterrizar. Los instrumentos indicarían una pérdida momentánea de la velocidad aerodinámica y un aumento de la velocidad respecto al suelo y la velocidad vertical negativa (hacia abajo). Esto puede pasar desapercibido para los pilotos, porque sucederá y se recuperará rápidamente a menos que se mantenga el cambio. En cambio, se experimentará como turbulencia.

  3. El efecto práctico en el avión de combate dependería de su velocidad y empuje. Ese giro rápido requeriría mucho banco. Si se mantuviera un alabeo constante en un viraje nivelado con un empuje constante, la velocidad aerodinámica de la aeronave permanecería constante. Pero, su trayectoria terrestre no permanecería constante. El avión se desplazaría a favor del viento. Cuanto más lenta sea la velocidad aerodinámica, más se desviará la aeronave de su radio constante. Cuanto más rápida sea la velocidad aerodinámica, menos aparente será la deriva. La velocidad respecto al suelo estaría determinada por el rumbo de la aeronave en relación con el vector del viento.

Está bien, estaba equivocado. Para entender mejor lo que está pasando, además de decir que el avión vuela incrustado en una masa de aire, es más fácil entender que el giro, por muy rápido que sea, mantiene el equilibrio. es decir, no es abrupto en ningún momento, sino una colección y un giro gradual hacia el viento de cola o viceversa. Esto se entiende más fácilmente mirando cada partícula de aire en la que vuela el avión de combate. cada segundo milisegundo etc.- que el avión gira, las partículas viajan con él a la misma velocidad con relación al suelo, haciéndolo moverse en conjunto. La situación sería diferente si la aeronave girara 90 grados en poco tiempo, haciendo que el aire a su alrededor cambiara de dirección en poco tiempo, como sucede en una cizalladura o inversión.

¡Vaya que fue interesante!

Cerca pero sin cigarro. En el caso de un repentino (infinito g), el viento aún no sería un factor contribuyente. Lea el artículo que vinculé en mi respuesta e intente lo que se describe allí, en su próximo vuelo, por ejemplo.
Quiero corregirme: si cambiamos nuestro vector completamente a una dirección diferente, es decir, básicamente, emitiendo 90 grados a la derecha, entonces experimentaríamos un cambio repentino en la velocidad del aire.
Y no pude encontrar tu enlace.
AHH que vi,,
Cuando pruebes la teoría del artículo en el pasillo de tu avión, trata de lucir profesional para no asustar al pasajero y/o a la tripulación.
Mantendré una nota con tu nombre, por supuesto :)
¿Cómo afectan los cambios en las masas de aire, la dirección del flujo de aire y la intensidad a la sustentación?
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