¿Cómo varían la actitud, la velocidad y la altitud al aumentar el tono?

He estado luchando con la siguiente pregunta por un tiempo, agradecería mucho alguna ayuda y explicación de por qué .

Guión:

  • Estoy navegando en mi Cessna: actitud de crucero 2300 RPM ajustado para 95.

  • Lanzo hacia arriba, digo 1 pulgada de contrapresión y lo sostengo.

Inicialmente, el avión comienza a ascender y disminuye la velocidad, pero ¿qué sucede después?

¿Cómo se verá el avión en, digamos, 5 minutos conmigo todavía manteniendo esa inclinación de 1 pulgada hacia arriba, qué actitud, velocidad y altitud tendrá?

¿Está hablando de una pulgada de contrapresión medida por la contrapresión para obtener ese desplazamiento en el horizonte artificial o la contrapresión para obtener inicialmente una pulgada de movimiento hacia atrás del yugo?
Te puede interesar leer el conocido libro de aviación "Stick and Rudder". El capítulo 1 trata de la relación entre actitud, velocidad, peso y ángulo de ataque.
Volarás más despacio y ascenderás, pero la cantidad de cambio depende de la estabilidad estática del avión. Sin saber eso, no puedo ser más preciso.
Terry: Creo que quiere decir qué efecto tiene el tono en las 4 fuerzas. Para responder a su pregunta, creo que se refiere a cualquier desviación del elevador en relación con la posición de crucero recortada, solo para tirar de la columna de control 1 pulgada hacia atrás en relación con el crucero, lo que significa la más mínima desviación del elevador hacia arriba.
Mi actitud mejora con el tono y la velocidad...
Una pulgada no es una medida de presión. ¿Quiere decir que mueve el yugo una pulgada hacia atrás de su posición de compensación en las circunstancias existentes? Si es así, modifique la pregunta para decirlo.
PD: ¿por qué no probarlo y ver?
PPS después de que pasen esos 5 minutos, ¿sigue manteniendo la misma PRESIÓN que aplicó inicialmente, lo mejor que puede? ¿O todavía está sosteniendo el yugo exactamente 1 pulgada hacia atrás de su POSICIÓN de compensación original? Si es lo último, ¿cómo lo sabe? ¿Marcaste la posición con un lápiz de grasa o algo así, en el vástago que sobresale del panel de instrumentos? ¿Envolviste (y pegaste) un papel alrededor del tallo para poder hacer marcas con lápiz? ¿Ajustó un tornillo de banco con abrazadera de chapa (con mordazas acolchadas, por supuesto) en el vástago en la moldura para mostrar el lugar donde sobresalía del panel?
He hecho todas esas cosas y son buenas formas de explorar los efectos del cambio en la POSICIÓN del yugo de control. sin tener en cuenta la PRESIÓN. Además, simplemente puede apretar los dedos con fuerza alrededor del vástago donde sobresale del panel para marcar el lugar y tratar de no dejar que se deslicen.
¿O quiso decir que aplica continuamente la misma fuerza o PRESIÓN (lo mejor que puede) que INICIALMENTE movió el yugo una pulgada hacia atrás de su posición recortada, sin tener en cuenta su posición ACTUAL? Ese sería un escenario completamente diferente. Por lo tanto, la pregunta necesita una aclaración antes de que pueda responderse. La pregunta podría conducir a un conjunto de respuestas bastante interesante, pero primero debe aclararse un poco para que quede más claro cuál es la pregunta real.
El punto es que, a medida que cambia la velocidad del aire, también lo hace la posición recortada del yugo de control, y también lo hace la fuerza o presión necesaria para mantener el yugo a una distancia determinada de su posición recortada actual u original. Entonces, su pregunta está haciendo malabarismos con muchas variables, sin dejar en claro cuáles son las que pretende mantener constantes.

Respuestas (2)

Bueno, sabías ser específico sobre el avión, las RPM, la velocidad aerodinámica y la actitud.

Tirar del yugo hacia atrás sin cambiar nada más creará un exceso de sustentación y comenzará un ascenso. Este es el único punto en el escenario en el que tiene un exceso de sustentación porque: aumentar el AOA aumenta la resistencia.

Luego, el avión reduce la velocidad por 2 razones. Primero, un AOA más alto significa más resistencia. En segundo lugar, a medida que el avión se eleva, el vector de gravedad contribuye cada vez más al vector de arrastre. (Un avión que desciende, con el morro "abajo", permite que la gravedad contribuya al empuje).

Específicamente para un 172, hay 2 resultados. En este caso, es probable que se produzca un ascenso constante a una velocidad aerodinámica más baja. Si se tira con más fuerza del yugo, el avión sigue cabeceando y entrando en pérdida (con más potencia y/o velocidad aerodinámica puede hacer un bucle, pero no apostaría por ello a 90 nudos, 75 % de potencia en vuelo nivelado en un 172).

¿Pero 5 minutos después? A medida que asciende, el motor produce cada vez menos empuje. Suponiendo estabilidad estática (un sello distintivo de un 172 correctamente equilibrado con CG, verificado antes del vuelo), la velocidad de ascenso disminuirá hasta que el avión tenga suficiente empuje para continuar ascendiendo. Entonces volará nivelado a su velocidad aerodinámica recortada . (Si tiene suficiente oxígeno y no hay viento de frente, su velocidad respecto al suelo será mayor).

Pero esto proporciona una idea de lo que está haciendo cuando sube en primer lugar. Dado que el ala es alrededor de 4 veces más eficiente que la hélice para producir sustentación, cabecear hacia arriba y "usar la hélice para ascender" no funciona muy bien. Resulta que el mecanismo de estabilidad estática funciona tan bien en una escalada como en cualquier otro lugar. A medida que el avión se eleva y reduce la velocidad, se pierde suficiente sustentación para que el avión se hunda (aunque el morro esté hacia el cielo). El hundimiento inclina el morro hacia abajo, lo que aumenta la velocidad, lo que aumenta la sustentación. esto funciona en cualquier configuración de potencia, desde planeo hasta máxima potencia. .

Podemos ver, "5 minutos" más tarde, el avión ya no puede ascender, pero seguirá estando estáticamente estable a su velocidad mínima, así que... corta la energía y disfruta del vuelo a casa a esa velocidad (si puedes lograrlo) , o al menos recuerda CARB HEAT ON.

Y también, consulte el POH para ese gráfico de envolvente de vuelo, y recuerde, tirar demasiado del yugo también puede exceder los límites de G.

Gracias chicos. Entonces, lo que está diciendo es, desde nuestro crucero a 95 IAS, digamos 2000 de altitud, entraremos en un ascenso, nuestra velocidad disminuirá y ascenderemos lentamente hasta, digamos, a 10,000 pies, finalmente la curva de potencia requerida se encuentra con la curva de potencia disponible, nuestro avión se detiene. subiendo (digamos a la nueva velocidad de 80/70), ¿y la velocidad aumentará de nuevo al crucero 95?
Lo siento, Robert, no estoy seguro de que te esté siguiendo. Entiendo que subirá y cuando alcance la potencia requerida = potencia disponible, la subida se detendrá. Pero, ¿cuál sería el nuevo crucero IAS? Está diciendo que navegará a su velocidad aerodinámica recortada. ¿No era esa velocidad aerodinámica recortada 95?
No, porque cambiaste la moldura tirando del yugo hacia atrás.
Ohh, creo que estoy empezando a entenderlo. Así que nuestra nueva altitud de crucero será más alta, la velocidad será más baja: gracias.
@leha007 bueno, de todos modos estás recibiendo comentarios. La velocidad de compensación no cambiará, pero sí la velocidad de ascenso . Si va a la altitud máxima, suelte el yugo , su velocidad de compensación vuelve a 95 y su avión volverá a su altitud original, porque no tiene empuje suficiente para hacer 95 indicado en esa altitud.

La respuesta general es algo como esto:

El vuelo nivelado, en su forma más básica, implica un equilibrio de 3 factores:

  1. ¿Qué tan rápido vas, en relación con el viento?
  2. ¿Cuál es el ángulo de ataque (AOA) de sus alas, relativo al viento?
  3. ¿Qué tan denso es el aire por el que estás volando, según la altitud, la temperatura, la humedad, etc.?

La velocidad y el AOA son variables que controlas indirectamente, a través del acelerador (al aumentar el empuje) y el yugo (al usar el elevador para alterar el tono), respectivamente. La cuestión es que cambiar una variable (velocidad, AOA o densidad) requiere que una o ambas de las otras cambien para mantener el equilibrio. ¿Quiere permanecer en crucero nivelado a una altitud de densidad dada después de bajar el acelerador? AOA debe aumentar. Si el AOA permanece igual, la aeronave comenzará a hundirse porque la densidad de corriente no puede proporcionar suficiente sustentación con esa combinación de AOA y velocidad.

Eso explica algunos de los "por qué". Ahora consideremos su escenario. Has eliminado el acelerador de la ecuación. El empuje es fijo y no se puede cambiar. Esto significa que para cualquier cambio en AOA, la densidad debe proporcionar el equilibrio. A menos que ya esté en su velocidad de pérdida, un ligero aumento en AOA sin bajar el acelerador iniciará un ascenso a una velocidad de avance más lenta porque esta nueva combinación de AOA y velocidad está produciendo un exceso de sustentación en la densidad del aire actual. Ha cambiado la velocidad de avance por una fuerza de elevación adicional. Debido a que el acelerador y el nuevo cabeceo ahora están fijos, el avión simplemente ascenderá a su nueva velocidad y AOA hasta que la altitud y la temperatura reduzcan la densidad del aire exterior al nuevo punto de equilibrio. En este punto, la aeronave volverá a estar configurada para vuelo nivelado a la nueva altitud de densidad. También, porque la densidad cambiará gradualmente, así también la tasa de ascenso disminuirá gradualmente. Probablemente tomará un buen tiempo para nivelarse completamente.

APÉNDICE:

El tema de la "elevación" siempre genera discusiones porque, técnicamente, la elevación puede generarse en cualquier dirección, según la definición de elevación que esté considerando. Un avión que se mueve por el aire de costado, aún puede crear una pequeña cantidad de fuerza lateralmente, que se opone a la gravedad, aunque las alas no produzcan ninguna fuerza. Un helicóptero en vuelo estacionario está utilizando todo su flujo de aire acelerado para contrarrestar la gravedad, pero un cambio en la inclinación del disco del rotor divide esa fuerza total entre sustentación (gravedad opuesta) y empuje (frente opuesto). Un avión acrobático que cuelga de su puntal utiliza un flujo de aire acelerado de la misma manera. Un avión que vuela boca abajo crea sustentación que simultáneamente se opone a la atracción de la gravedad Y hacia la parte inferior del avión.

Además, los principios de Bernoulli funcionan igual de bien en cualquier orientación. Un perfil aerodinámico combado asimétricamente montado verticalmente aún creará un área de menor presión en un lado que en el otro, y aún es capaz de alterar el ángulo de ataque para ajustar la desviación. ¿Es este ascensor? La definición de física simple diría "No" porque no se opone a la gravedad. Un análisis aerodinámico del perfil aerodinámico diría "Sí", el perfil aerodinámico está creando sustentación de acuerdo con su orientación, que en este caso, solo afecta la guiñada.

Sería bueno si todo el mundo pudiera estar de acuerdo en que la sustentación es la suma de todas las fuerzas que actúan en oposición a la gravedad, y el empuje es la suma de todas las fuerzas que contrarrestan la resistencia, independientemente de si estas fuerzas son proporcionadas por el perfil aerodinámico o la hélice (que sigue siendo una serie de perfiles aerodinámicos!). Desafortunadamente, por ahora, a menudo se requiere una aclaración cuando se discute este problema en compañía educada.

Para terminar, me gustaría que considerara esto: en su escenario, la razón por la que su avión se ralentiza es porque, al igual que el helicóptero, su disco de apoyo se inclina, dividiendo su potencia entre elevación y empuje. La resistencia del avión permanece, por lo que la carga adicional de sustentación es lo que reduce la velocidad. Las alas, por otro lado, ya no soportan la carga completa de la gravedad opuesta, por lo que la sustentación que producen SÍ se reduce, pero solo porque ahora comparten esa carga con la hélice.

Gracias chicos. Entonces, lo que está diciendo es, desde nuestro crucero a 95 IAS, digamos 2000 de altitud, entraremos en un ascenso, nuestra velocidad disminuirá y ascenderemos lentamente hasta, digamos, a 10,000 pies, finalmente la curva de potencia requerida se encuentra con la curva de potencia disponible, nuestro avión se detiene. subiendo (digamos a la nueva velocidad de 80/70), ¿y la velocidad aumentará de nuevo al crucero 95?
Sí, subirás. Sí, su velocidad disminuirá. 10,000 pies es especulativo: depende de los factores que afectan la densidad del aire y la cantidad de ajuste que ya ha aplicado. Dudo que suba 8,000 pies desde una pulgada del yugo de popa (especialmente antes de quedarse sin gasolina). Sí, cuando las curvas estén en equilibrio, volverás a estar en vuelo nivelado.
No, no aumentará la velocidad una vez que vuelva a nivelar el vuelo. Esta será la nueva altitud de densidad que respalda el vuelo nivelado para esta nueva combinación AOA/Velocidad: el aire es más delgado, por lo que tiene menos empuje, por lo que tiene menos exceso de potencia para hacer que ascienda, justo hasta que esté nivelado y pueda mantener la nueva velocidad, más lenta. velocidad (80 o 70 nudos, la que sea).
¡Entiendo! Gracias.
Y otro para ver si entiendo, digamos que desde el crucero aplico contrapresión, pero esta vez no bloquee la columna de control y la suelte. ¿Subirá el avión hacia arriba, luego hacia abajo, luego hacia arriba y luego hacia abajo en una serie de oscilaciones decrecientes hasta que vuelva a la misma altitud en 95?
@Aaron Holmes gracias, su explicación refuerza un concepto que está en proceso de mejora en este sitio: la sustentación es mayor que el peso en una escalada . Mucha gente aquí pensó que era menos. En cualquier configuración de potencia/compensación, un avión estáticamente estable se inclinará hacia arriba (si es demasiado rápido) o hacia abajo (si es demasiado lento). El acelerador determina el ángulo con respecto al horizonte y la elevación vertical determina el ascenso o descenso . Cuando un 172 se lanza hacia arriba, el componente de empuje vertical es insuficiente para reemplazar la sustentación vertical (proporción 1:4) y el ángulo de ascenso del avión se equilibra en función del empuje .
@RobertDiGiovanni -- Re "la sustentación es mayor que el peso en una escalada". -- no. No en un ascenso de estado estable estabilizado. En tal caso, la sustentación es menor que el peso. Consulte, por ejemplo, Aviation.stackexchange.com/a/56476/34686 .
@quiet flyer: vea la respuesta mejor calificada en el enlace que publicó. En este caso, estamos definiendo la sustentación de la forma en que lo haría un físico, como "la suma total de todas las fuerzas que actúan contra la gravedad", en lugar de "la suma total de todas las fuerzas que actúan perpendicularmente hacia la parte superior de la aeronave".
Este morirá duro, pero debe hacerlo. La primera sustentación vertical es la sustentación coseno, por lo que la sustentación debe ser mayor que el peso si el avión está inclinado hacia arriba o hacia abajo. ¡Recuerde, usar el ala siempre es más eficiente que empujar o arrastrar! En segundo lugar, cualquier contribución de empuje vertical es solo 1/4 (para un 172) de la sustentación vertical perdida desde el cabeceo. En un "estado estable estabilizado", todas las fuerzas hacia arriba = peso, lo que esencialmente hace que la aeronave "ingrávida" y el empuje actúe contra la resistencia. Muy feliz con Aaron, porque Rho también entró. Rho también es parte de la ecuación de elevación, ya que aumenta el AOA.
@Robert, ¿cómo llegaste a tu figura de 1/4? Si está hablando de "contribución de empuje vertical", entonces no es directamente comparable con la sustentación y depende en gran medida del cabeceo. Digamos que estábamos nivelados (inclinación = 0), 0 % de componente de empuje, 100 % de sustentación. Pitch up 5°: ahora la pérdida de sustentación 1 − porque ⁡ ( 5 ° ) ≈ 0.4 %, ganancia de empuje pecado ⁡ ( 5 ° ) ≈ 8.7 % Si tenemos en cuenta L/D ≈ 10, todavía hay una ganancia del 0,87 % en números absolutos frente a una pérdida del 0,4 %.
@Zeus a 95 nudos, 1/4 de relación de empuje a elevación en realidad sería un poco generoso, y (para Clarke Y) L / D es mucho mayor que 10 (en AOA óptimo). Pero me gusta mucho su esfuerzo por conectar números en lugar de discutir apasionadamente. Trabajo al revés de la realidad, tanto Vy como Vbg son más rápidos que V min se hunden porque... El rendimiento de Vy es mucho mejor que el de Vx porque...? Al final, "el componente de empuje vertical" es discutible para obtener el mejor rendimiento (que necesita a la máxima altitud). El empuje solo se opone al arrastre (en la dirección en que vuela el avión). El ala hace el levantamiento.
Por lo tanto, la mejor manera de escalar es configurar el AOA en el nivel óptimo y acelerar ligeramente (Vy). El aumento de la altitud trajo esto a casa tan bien, cuanto más alto vas, menos puedes cabecear (porque ya no puedes ir más rápido). La curva de empuje frente a la velocidad del aire para la hélice de paso fijo de 172 s lo hace un poco más confuso (y el Vx mucho más lento incluso es posible).
@Robert, es bastante obvio que el ala es el dispositivo aerodinámico más eficiente. Pero aún así, no puedo ver cómo lo relacionas con la eficiencia de la utilería. La interpretación literal de su "cualquier contribución de empuje vertical es solo 1/4 de la elevación vertical perdida del cabeceo" es el cálculo que he hecho, solo que con un resultado diferente. Se sabe que la mejor L/D de C172 es un poco menos de 11, por lo que a 95 nudos es probablemente alrededor de 8, y cuanto más baja es, mayor debe ser el empuje, así como su contribución vertical.
Bueno, feliz de seguir trabajando en ello. Un Cessna de 2400 lb vuela bien con 600 lb de empuje, pero no puede subirse a la hélice (¡se queda corto con 1800 lb!). La mejor manera es usar el ala. En este caso, aumentar el AOA con el mismo ajuste de empuje provoca un ascenso. Una reducción de la velocidad aerodinámica de 95 a 70-80 (ver curva de resistencia) le da al avión (menos resistencia aerodinámicamente y más empuje) la capacidad de ascender, y lo hace hasta que el factor Rho ya no lo permite. Ahora, si estuviera en el otro extremo de la curva de potencia, como Langewische, tirar del elevador causaría un "deslizamiento blando" de mayor resistencia .
Pero el "componente de elevación vertical" puede existir para un F-16, pero no para un 172. Se debe usar empuje para mover el avión, dejando que el ala más eficiente lo levante.
¿Cómo varían la actitud, la velocidad y la altitud al aumentar el tono?
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