¿Cómo sigue la aeronave propulsándose hacia adelante cuando el flujo de aire y el empuje no están alineados?

Suponga que un avión vuela con un ángulo de ataque de 10 grados y que el ángulo de incidencia entre el fuselaje del avión y el ala, así como el ángulo entre el ala y el soporte del motor también es de 0 grados, la fuerza de empuje es de 10 grados. con respecto a la velocidad de entrada. Mi pregunta es, dado que existe un ángulo entre el flujo de aire entrante y la fuerza de empuje, ¿cómo sigue la aeronave propulsándose hacia adelante en línea recta?

Quiero decir, si descompongo la fuerza de empuje en sus componentes, entonces se puede agregar un componente en la dirección de elevación y otro componente se puede usar para contrarrestar el arrastre. Pero, ¿por qué esto haría que el avión siguiera moviéndose en línea recta? Porque el avión en sí mismo no sabe cómo se debe establecer la descomposición del componente, y también solo ve una fuerza de empuje resultante. Además, teóricamente, puedo hacer el desglose de componentes de la fuerza de empuje usando un sistema de coordenadas diferente, pero aún así, ¿por qué la aeronave seguiría propulsándose en la misma dirección recta?

En tal caso, la elevación es menor que el peso. Consulte Aviation.stackexchange.com/questions/40921/… , penúltimo párrafo, para ver una ecuación real, no limitada al vuelo horizontal por cierto. ¿Seguramente esta pregunta puede ser un duplicado de alguna otra?
Déjame revisar la pregunta que adjuntaste. Si está duplicado, ¿qué debo hacer?
El avión se mueve en línea recta porque el piloto le dice que lo haga.
@RameezUlHaq Para llegar a un estado de vuelo constante, la aeronave inicialmente necesita acelerar hasta esta etapa, por lo que hasta que se alcanza, las fuerzas no están en equilibrio. Una vez que ha alcanzado el estado deseado, las fuerzas se restablecen mediante el uso del acelerador y la palanca para que estén en equilibrio. Para avanzar en un camino recto no se requieren más fuerzas que las que se equilibran.
No descompones las fuerzas, las sumas, las divides por la masa y obtienes la aceleración. Y luego sumas sus momentos, divides por el momento de inercia y obtienes la aceleración angular. Siempre que ambas sumas sean cero (porque el piloto fijó los controles para hacerlo), el avión vuela en línea recta. El desglose de las fuerzas es solo una herramienta matemática para que sea más fácil resumirlas.

Respuestas (2)

Supongamos un vuelo nivelado. Luego, las fuerzas que actúan sobre la aeronave se muestran en el siguiente esquema (no necesariamente a escala):

Efectivo

las fuerzas son:

  • la fuerza aerodinámica total F A , que se divide en dos componentes: ascensor L (perpendicular a la dirección del movimiento) y arrastre D (paralelo a la dirección del movimiento)
  • el peso W
  • el empuje T , aquí actuando ligeramente hacia arriba debido al ángulo de ataque α

Para un vuelo nivelado no acelerado, la suma de todas las fuerzas debe ser cero. Esto es independiente del sistema de coordenadas que utilice para dividir las fuerzas. En nuestro ejemplo, esto viene dado por estas ecuaciones:

L + T pecado ⁡ α = W
T porque ⁡ α = D

En un ángulo de ataque dado, estas ecuaciones solo serán ciertas a una velocidad aerodinámica particular. A mayor velocidad aerodinámica, la sustentación aumentaría dando como resultado un ascenso, que luego cambia el ángulo de ataque. A una velocidad aerodinámica más baja, la sustentación disminuiría dando como resultado un descenso.

Lo que quiero decir es esto: ya que, en un vuelo nivelado, todas las fuerzas que actúan sobre el avión son cero. Pero, ¿por qué el avión se impulsa en la dirección opuesta al arrastre? Puede moverse en cualquier dirección con velocidad constante. Pero, ¿por qué solo en la dirección opuesta al arrastre?
Una fuerza neta provoca un cambio en la cantidad de movimiento (y, por lo tanto, en una masa fija, en la velocidad), pero no tiene nada que ver con la dirección actual de la velocidad. El avión sigue volando hacia adelante porque esa es la dirección en la que volaba antes. La fuerza neta igual a cero simplemente significa que no hay cambio.
Por cierto: la resistencia es, por definición, opuesta a la dirección del movimiento (viento relativo).
Entonces, para que el piloto pueda hacer que un avión vuele en una dirección específica a una velocidad constante, necesita hacer uso de algunas superficies de control para lograr esa dirección de movimiento deseada, y tan pronto como se logre, debe alterar inmediatamente el control. superficies tales que las fuerzas totales sobre el avión vuelven a ser cero? Posteriormente, la aeronave podrá moverse en esa dirección deseada. ¿Estoy en lo correcto?
@RameezUlHaq Sí, eso es exactamente lo que hace el piloto: usa superficies de control para volar el avión y una vez que estás en el camino deseado, ajustas el avión para mantener la fuerza neta en cero sin entradas de control.

El piloto controla la dirección del vuelo con elevador y acelerador. El cabeceo hacia el horizonte está determinado por esta combinación, siempre que la aeronave tenga suficiente sustentación vertical para igualar su peso .

Por lo tanto, para obtener un vuelo nivelado, se reduciría el AOA y/o la aceleración hasta que la suma de los componentes de sustentación vertical sea igual al peso en un ángulo de inclinación cero (hacia el horizonte), como se muestra en la ecuación de sustentación:

L i F t = Área x Densidad x Coeficiente (comba/AOA) x V 2

Como cualquier otro avión, para subir, sumar potencia, para descender, reducir potencia.

Debemos tener en cuenta que el vector de arrastre en la dirección del vuelo debe ser igual al vector de empuje que contribuye a la velocidad en un diagrama de fuerza realista. La descomposición del vector de empuje se realiza para mostrar el componente vertical que contribuye a la sustentación vertical . "TD" ilustra cuánto del vector de empuje total está disponible para la creación de la velocidad aerodinámica. Graficar Vy y Vx mostrará un mayor valor de "TD" para una determinada cantidad de empuje en Vy.

Y aquí (por fin), un diagrama vectorial, dibujado a escala. Tenga en cuenta cuánto arrastre está haciendo el vector de elevación del ala en ángulo.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Entonces uno puede reflexionar: ¿por qué no SLATS de borde de ataque para escalar? Mover el vector de elevación a la vertical hace que TD = ... T!

"Debemos tomar nota de que el vector de arrastre debe ser igual al vector de empuje en un diagrama de fuerza realista". Casi correcto: el vector de arrastre es igual a la componente del vector de empuje paralela al vector de arrastre (es decir, el empuje total debe ser mayor que el arrastre si el motor se montó en el ángulo incorrecto). Normalmente, este pequeño detalle es insignificante, pero dado que mencionas explícitamente el ángulo del motor, pensé que quizás quieras ser un poco más preciso.
"Pitch to the horizon": parece significar actitud de tono, pero podría editarse para ser más explícito. "siempre y cuando la aeronave tenga suficiente sustentación vertical para igualar su peso". Parece implicar que la aeronave no alcanzará el equilibrio hasta que la componente vertical del vector de sustentación sea igual al peso, lo cual no es exactamente cierto incluso en vuelo horizontal, si hay empuje hacia arriba o hacia abajo. . ¿Quizás la respuesta quería decir "siempre que la suma de la fuerza vertical hacia arriba sea igual al peso"?
Re "Debemos tener en cuenta que el vector de arrastre debe ser igual al vector de empuje en un diagrama de fuerza realista". No exactamente , incluso en vuelo horizontal, si hay empuje hacia arriba o hacia abajo. Más bien, para el vuelo horizontal (y solo para el vuelo horizontal, podemos decir que la componente horizontal del empuje es igual a la resistencia.
Re "El empuje hacia abajo se agrega a la mayoría de los montajes de motores de aviones GA, lo que evita esta torpe configuración de fuerzas y permite que el avión vuele más eficientemente en su ala". Podría decirse que, para cualquier velocidad de crucero horizontal, el ángulo de incidencia del ala (en relación con el fuselaje) está optimizado para, cero empuje hacia abajo haría el uso más eficiente del vector de empuje, manteniéndolo puramente horizontal. El empuje hacia abajo puede estar ahí por otras razones, relacionadas con las características de estabilidad de cabeceo, compensando factores tales como la variación del flujo descendente sobre la cola en varios ajustes de empuje, etc.
Podría ser una buena pregunta de ASE: "Suponiendo que el ángulo de incidencia del ala está optimizado para aerodinamizar el fuselaje en algún régimen específico, ¿por qué diseñar cualquier empuje hacia abajo en el soporte del motor?" Una mirada rápida al sitio sugiere que esto no sería un duplicado de ninguna pregunta existente.
Los buenos puntos de @quiet flyer, me refiero a que todos los componentes verticales tienen el mismo peso, incluido el empuje. (Estoy viendo un tótem de elevación vertical, con elevación, empuje, arrastre y... ¡térmicas!). Y sí, el empuje hacia abajo elimina el borde de la estabilidad estática excesiva cuando se agrega una ráfaga de aceleración. Conectar los números para el "triángulo" ha dado buenos resultados en comparación con la tasa de ascenso máxima real para un 172 (alrededor de 750 pies/min). La comparación del empuje del seno frente al coseno a 5 grados muestra una contribución vertical sorprendentemente fuerte con poca pérdida del componente de empuje horizontal.
@quiet flyer pero todavía estoy un poco preocupado por el modelo porque agregar empuje y cabeceo son fuertes entradas de elevación. Cuando piensas en lo que se hace al nivelarse en crucero desde Vy (reducir AOA, reducir el acelerador, recortar) y la maldita cosa todavía aumenta 30 nudos en la velocidad del aire. Entonces, como muchos modelos, es un buen comienzo, pero me pregunto si un poco de arrastre vertical cubriría un poco de elevación excesiva (para cerrar los vectores. Empuje, arrastre, elevación vertical y peso (cualquier contribuyente de seno o coseno también) siempre debe cancelar.
Parece que ha agregado un diagrama vectorial en el que el vector de sustentación del ala no es puramente vertical. ¿Por qué?
Re "pero todavía estoy un poco preocupado por el modelo porque agregar empuje y cabeceo son entradas de elevación fuertes. Cuando piensas en lo que se hace para nivelar el crucero desde Vy (reducir AOA, reducir el acelerador, recortar) y la maldita cosa todavía alcanza 30 nudos en la velocidad del aire": ha reducido el coeficiente de sustentación, por lo que la velocidad del aire debe aumentar, o de lo contrario el avión aceleraría hacia abajo.
@quiet flyer 1. Porque el avión vuela a "un AOA de 10 grados". 2. Porque en algún lugar entre arriba y abajo está el nivel. Tiempo de un descanso.
¿Cómo sigue la aeronave propulsándose hacia adelante cuando el flujo de aire y el empuje no están alineados?
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