¿Cómo varía la velocidad máxima con la altitud?

Esta pregunta no está clara porque "velocidad" significa diferentes cosas para diferentes personas, y esto también es específico del motor. Cada avión tendrá un perfil diferente de velocidad vs altitud. En general...

Mach aumentará a medida que aumente la altitud. Esto se debe a que el aire de menor densidad reduce la velocidad del sonido (en un sentido absoluto).

La velocidad aerodinámica real aumentará a medida que mantenga una velocidad aerodinámica indicada constante. Por el contrario, mantener una velocidad aerodinámica real constante aumentará la velocidad aerodinámica indicada a medida que desciende.

Normalmente, un avión de pasajeros no debería ver la verdadera velocidad del aire al nivel del mar. Para los aviones de pasajeros, incluso si sus motores son lo suficientemente buenos para llevarlo allí, el avión tiene un límite estructural de velocidad aerodinámica indicado que le impide acelerar. Puede mantener la misma velocidad (en el límite estructural) a mayor altitud, lo que aumenta su TAS.

Aquí hay un gráfico que debería ayudar a mostrar las relaciones entre la altitud y la velocidad:

Un gráfico simplificado para determinar el número de Mach y la velocidad aerodinámica real a partir de las lecturas del indicador de velocidad aerodinámica:

Volará más rápido por el aire a la altitud a la que coincidan su VNE y su MMO. Más alto que eso, tu MMO está limitando, y puedes volar tu MMO pero tu velocidad aerodinámica indicada disminuirá a medida que asciendas, y tu TAS también disminuirá, ya que la velocidad del sonido (de la cual ahora estás volando es una fracción constante ) está bajando con las temperaturas más frías. Por debajo de esa altitud de cruce, su VNE (es decir, el límite en la velocidad aérea indicada) está limitando, y no importa cuál sea la velocidad del sonido; simplemente no puede volar más rápido que el VNE, y no está obteniendo tanto beneficio del delta entre TAS e IAS a altitudes más bajas.

El punto exacto de ese cruce dependerá del VNE y MMO específicos de una aeronave determinada; normalmente es alrededor de 30.000 'más o menos mil o dos.

Sin embargo, ese NO es el lugar donde los aviones de pasajeros suelen navegar, porque junto con esa velocidad máxima hay MUCHO flujo de combustible ... obtendrán más millas por galón en altitudes más altas (como se explica en otros hilos). Y también a velocidades algo por debajo del "barber pole" (es decir, las más limitantes de VNE o MMO). Pero si desea obtener la mayor cantidad de TAS que puede obtener en su avión y el consumo de combustible, en algún lugar alrededor de 30k y volar en VNE / MMO será suficiente.

Si está tratando desesperadamente de dejar atrás a un MiG y está dispuesto a superar VNE y MMO (ya que esos 'podrían' matarlo, pero el bandido ciertamente lo hará), las matemáticas se volverían más interesantes desde ahora max el empuje y "qué tan rápido eres capaz de ir sin perder el control" comienzan a entrar en escena. Y eso está lo suficientemente lejos del ámbito de las operaciones realistas de las aerolíneas y bastante dentro de las cosas de la Escuela de pilotos de prueba, que no creo que un foro de Internet pueda brindarle respuestas valiosas allí.

A efectos prácticos, 30.000' y volar a VNE = MMO es la respuesta.

No tiene sentido pedir una respuesta simple cuando la pregunta es imprecisa en los detalles y el tema es un poco complicado.

Dicho esto, para la mayoría de los aviones civiles, la velocidad máxima permitida para las operaciones (es decir, el límite certificado) es la más baja entre VMO o MMO, como se explica a continuación. VMO (IAS máx. permitido) es constante con la altitud y máx. El número de Mach permitido MMO también lo es. La velocidad máxima (p. ej., IAS/TAS) para cualquier altitud dada es la velocidad correspondiente al menor de los dos límites.

La velocidad máxima posible (es decir, si bloquea los motores y no le importa si algo se rompe) puede ser muy diferente de la anterior y no se puede responder en general sin definir suposiciones, límites y un avión específico debido a sus diferencias.

Son ambos.

Hay varios efectos que determinan la velocidad máxima:

• A un nivel bajo, una mayor altitud significa que la aeronave tiene que volar a un coeficiente de sustentación más alto para poder llevar su peso. Esto significa que se mueve más cerca del punto polar de mínima resistencia, por lo que creará menos resistencia a la misma velocidad aerodinámica indicada. El empuje máximo cae con la densidad del aire a medida que la aeronave vuela más alto, por lo que el aumento de velocidad es moderado. Esto es diferente para los motores de pistón súper o turboalimentados: aquí, la presión máxima dentro de los motores está limitada y la relación de impulso se puede aumentar con la altitud, por lo que la potencia disponible se puede mantener hasta la altitud nominal, por lo que el aumento de velocidad es más dramático
• A bajo nivel, la velocidad aerodinámica está limitada principalmente por la presión dinámica máxima para la que está diseñada la aeronave y los límites de carga de ráfagas. Superar este límite podría causar problemas de estabilidad como divergencia o autoridad de control reducida, y volar demasiado rápido en una ráfaga vertical podría exceder el factor de carga máximo.
• Otro límite es el aleteo: aquí, una velocidad aerodinámica real máxima limita la velocidad a la que se puede volar la aeronave. Los límites de certificación deben ser un 20 % inferiores a la velocidad de inicio del aleteo.

A gran altitud, el rango de resistencia aerodinámica con la altitud se invierte: ahora el avión debe volar a un coeficiente de sustentación más alto que el de la mejor L/D incluso a la velocidad máxima, y ​​ahora un aumento en la altitud también aumentará la resistencia aerodinámica a la misma presión dinámica. Ahora bien, este efecto corre en la misma dirección que la pérdida de empuje de menor densidad, por lo que la máxima velocidad posible cae rápidamente con la altitud. Pero nuevamente, se pueden aplicar otros límites:

• Por encima del número de Mach operativo máximo M$_\text{MO}$los golpes harán que el vuelo sea incómodo.
• Superación del número de Mach máximo para las características de estabilidad M$_\text{FC}$reduce la estabilidad del cabeceo por debajo de los niveles aceptables.
• Volando por encima del máximo número de Mach de inmersión M$_\text{D}$podría causar un pliegue de Mach excesivo que no se puede recortar.

Sobre de vuelo del Boeing 777 ( fuente de la imagen )

Desde el nivel del mar hasta las ionosferas, primero aumenta porque la resistencia del aire disminuye con la altitud, hasta que, a cierta altitud, la velocidad máxima comienza a disminuir porque el rendimiento del motor disminuye.

Apliquemos conocimientos generales (...y simples) de la ATPL: Existe una relación entre TAS-MN-CAS

El gráfico anterior se puede utilizar como una guía útil para las relaciones entre las referencias de velocidad. Por supuesto, existen algunas limitaciones (Vmo y Mmo). Vea el gráfico a continuación: Cuando subimos a CAS constante, necesitamos cambiar a MN desde un punto o pasaremos por encima de Mmo. Esa es la razón por la que TAS aumenta inicialmente y luego disminuye a medida que continúa subiendo.

La resistencia del aire al movimiento hacia adelante de una aeronave disminuye con la altitud a medida que disminuyen la presión y la densidad del aire, pero la potencia de salida de un sistema de potencia de respiración de aire también tiende a disminuir a medida que se reduce la cantidad de oxígeno presente en un volumen dado de aire. . Uno de los objetivos del diseño de entrada de aire variable en aeronaves de alto rendimiento es aumentar la presión del aire que ingresa al motor, mientras se reduce su velocidad. La velocidad de pérdida de un avión también aumenta con la altitud, de modo que, por ejemplo, la velocidad de pérdida del Lockheed U2 a su máxima altitud operativa (alrededor de 75 000 pies) fue solo 2-3 nudos menos que su velocidad máxima a esa altitud. Finalmente, se llega a un punto en el que la aeronave ya no tiene la potencia disponible para acelerar en vuelo nivelado.

Sí, el blog tiene razón al decir que "a una altitud generalmente alta, el avión volaría más lento, por lo tanto, tendría que ir más bajo para volar más rápido". Como mencionó J. Southworth , el aire se adelgaza a medida que se asciende, los motores de los aviones comerciales necesitan bombear aire a los motores para generar empuje. Esta área donde puede volar a la máxima altitud con el motor que produce la velocidad máxima se llama esquina del ataúd.

En altitudes más altas, la densidad del aire es menor que al nivel del mar. Debido a la reducción progresiva de la densidad del aire, a medida que aumenta la altitud de la aeronave, su velocidad aerodinámica real es progresivamente mayor que su velocidad aerodinámica indicada. Por ejemplo, la velocidad aerodinámica indicada a la que una aeronave entra en pérdida puede considerarse constante, pero la velocidad aerodinámica real a la que entra en pérdida aumenta con la altitud. Luego están las restricciones de resistencia, los diseños de las alas a medida que avanzamos más rápido, el B777 tiene turboventiladores que crean una resistencia excesiva debido a esas tomas de aire abiertas. El diseño del ala es un perfil aerodinámico supercrítico. Estos para limitarlo a 0.8-0.9 mach. más allá de esto, estaría empujando los límites estructurales de los aviones.

La velocidad a mayor altitud con viento en contra lo ayudará a aterrizar más temprano, porque el viento desde atrás aumenta la velocidad de su aeronave. Esto es lo mejor para los pasajeros y la economía de combustible. A nivel del mar, el consumo de combustible es el más alto debido a la densidad / temperatura y la velocidad Mach es menor; la velocidad real es igual a la velocidad aerodinámica indicada/calibrada (no es bueno para la economía).