¿Cuál es la relación entre la tasa de descenso de la aeronave y la velocidad?

Si el piloto ordena un cierto ángulo de trayectoria de planeo, cualquier cambio en la velocidad aerodinámica también cambiará la velocidad vertical, porque ambos están conectados por el ángulo de trayectoria de planeo.$\gamma$.

Tenga en cuenta que la velocidad vertical es la velocidad del aire$\cdot\sin\gamma$. Subir o bajar no hace ninguna diferencia; solo el signo de$\gamma$cambios (positivo$\gamma$significa que la aeronave sube). Además, el tipo de propulsión no afectará a esta relación básica.

Dado que descender reduce la energía potencial, aumentará alguna otra energía. Si el avión acelera, su energía cinética aumenta hasta que el aumento de la resistencia equilibra la ganancia de energía. Reducir el empuje del motor o desplegar los spoilers limitará el aumento de la velocidad, pero para un descenso pronunciado, incluso con los motores al ralentí y la desviación total de los spoilers, la velocidad de vuelo aumentará.

¿Es lo mismo para la velocidad de ascenso de la aeronave?

No. En una escalada se debe aumentar la energía potencial, y la principal fuente de energía son los motores. Solo ahora el tipo de propulsión afectará el resultado: tanto las velocidades para el ascenso más pronunciado como el más rápido para aviones de hélice son bastante bajas , por lo que un aumento en la velocidad vertical normalmente irá acompañado de una reducción en la velocidad de vuelo, liberando más exceso de energía. para escalar

Los aviones a reacción también necesitan volar lento para su ascenso más empinado, pero deben aumentar la velocidad para su velocidad de ascenso más rápida . Esto es más pronunciado cuanto menor es la relación de derivación de los motores, por lo que los aviones de combate necesitan velocidad para ascender rápidamente. Los aviones de pasajeros con turboventilador se encuentran entre los aviones de hélice y los aviones de combate y prefieren una velocidad moderada para su mejor rendimiento de ascenso.

Todo esto solo es cierto en vuelo estacionario. En un pull-up, cualquier avión puede ganar altitud rápidamente intercambiando energía cinética por energía potencial . Pero este es un efecto transitorio: la alta velocidad de ascenso solo durará mientras el avión tenga un exceso de velocidad para gastar.

Aquí está el diagrama de Peter con dos velocidades aerodinámicas diferentes, para que pueda ver la diferencia en la velocidad vertical:

Las otras respuestas manejan la pregunta de manera muy básica. Si un avión se mueve por el aire en la dirección de su morro, y ese morro apunta hacia el suelo, cuanto más rápido se mueva el avión por el aire en la dirección de su morro, más rápido descenderá. Esto es trigonometría simple; la "velocidad aerodinámica verdadera" del avión es la hipotenusa de un triángulo, siendo los otros dos catetos los componentes horizontales y verticales puros de esa velocidad aerodinámica, es decir, la "velocidad respecto al suelo" del avión y su "velocidad vertical" (también conocida como tasa de ascenso/descenso). En un ángulo constante de ascenso o descenso, si aumenta su velocidad aerodinámica, aumentará su velocidad respecto al suelo y su velocidad vertical.

Otra forma más realista de pensarlo es al revés; en igualdad de condiciones, cuando aumenta la velocidad de descenso de un avión, aumenta su velocidad. Esto se debe a la física y la conversión de energía entre formas potenciales y cinéticas.

Un ejemplo simple no aéreo. Digamos que tienes una bolsa de arena con una cuerda atada alrededor y alimentada a través de una polea en lo alto. Al tirar de la cuerda, levantas el saco de arena contra la fuerza de la gravedad en una cierta cantidad. Usted gasta energía para hacer esto y está almacenando parte de esa energía (idealmente, toda, pero en el mundo real hay "ineficiencias") en el peso inherente a su altura sobre el suelo. Suelte el peso y la gravedad lo acelerará en una cantidad que depende del tiempo (y, por lo tanto, de la altura), de modo que, cuando llegue al suelo, toda la energía potencial que almacenó al levantar el peso se haya convertido en energía cinética de movimiento. .

Esta misma relación básica también existe en los aviones; una aeronave almacena la energía gastada por su motor (o en un planeador, por el motor de una embarcación remolcadora) en su altitud. Luego, la aeronave puede reducir su altitud para mantener (o en una verdadera inmersión, incluso ganar) la velocidad aerodinámica de avance. Este es uno de los principios más básicos de las acrobacias aéreas y se enseña a todos los pilotos; puede "intercambiar altitud por velocidad aerodinámica", cada vez que necesite más (o menos) de uno y tenga suficiente del otro para renunciar (o ganar).

Los mecanismos por los que esto sucede pueden hacerse tan complejos y esotéricos como quieras; podemos cubrir las cuatro fuerzas fundamentales del vuelo y cómo las diferentes fuerzas actúan en diferentes direcciones según la actitud de la aeronave y, por lo tanto, contribuyen con diferentes subcomponentes horizontales y verticales al movimiento de la aeronave en relación con su morro o el suelo debajo de ella. Pero, para responder a esta pregunta, es suficiente afirmar simplemente que cuando un avión desciende, está intercambiando su altitud para ganar energía, y la cantidad de esa energía que no se pierde por la resistencia al avance aumentará la velocidad aerodinámica del avión.

Esto retroalimenta la respuesta original. A medida que desciende de la altitud, su velocidad de avance (la velocidad de viaje en la dirección de la nariz del avión) aumentará a medida que la energía potencial se convierta en cinética. Debido a que la velocidad aerodinámica hacia adelante es hacia abajo, siempre que la resistencia no mantenga controlada la aceleración (como con un ángulo de ataque más alto, lo que aumenta la resistencia al aumentar la "sección transversal" de las alas expuestas directamente al flujo de aire), crea un ciclo de retroalimentación; desciendes, ganando velocidad aerodinámica, lo que hace que desciendas más rápido, ganando más velocidad aerodinámica.

Para contrarrestar esto, los aviones de pasajeros que descienden a menudo reducen la potencia del motor (por lo que la energía obtenida al descender simplemente compensa la disminución del empuje), aumentan su ángulo de ataque (si el avión viaja a lo largo de un camino "debajo" de su nariz, las alas son más " lado" al flujo de aire que pasa por ellos, lo que aumenta la resistencia) y desplegar spoilers o frenos de aire (que aumentan directamente la resistencia incluso en ángulos de ataque bajos).

Entonces, a diferencia de las respuestas que estaban aquí primero, digo que la versión corta es que "en el mundo real", no funciona de esa manera ... excepto en algunas situaciones que comúnmente se ven como un controlador de tráfico aéreo.

Cuando a un piloto se le da un descenso, sin instrucciones adicionales, generalmente descenderemos a una velocidad de descenso constante o a una velocidad aerodinámica constante. El AIM dice que debemos descender a una velocidad óptima (no la velocidad máxima) hasta dentro de los 1000 pies de la altitud asignada, y luego no más de 1500 fpm para los últimos 1000 pies. Dependiendo de mi distancia desde el destino u otro cruce esperado restricción, normalmente elijo una velocidad de descenso entre 1500 y 2500 pies por minuto y uso la potencia para mantener mi velocidad aerodinámica de descenso objetivo. Al usar este método, la velocidad de descenso no aumentará con la velocidad; sin embargo, el ángulo de mi trayectoria de vuelo vertical cambiará a medida que cambie la velocidad.

Es muy probable que el comportamiento que usted describe se vea cuando se emite una restricción de cruce al piloto, o cuando planea cruzar una restricción de cruce hecha por sí mismo (comúnmente se usa 10,000 pies AGL a 30 millas náuticas desde el aeropuerto). Esto corrige efectivamente el ángulo de la trayectoria de vuelo vertical, y ahora la única forma de compensar los cambios de velocidad es ajustar la velocidad vertical.

Al descender desde altitudes elevadas (más de 30 000 pies, según el avión), la velocidad aerodinámica indicada aumentará con un número de Mach constante, hasta que se alcance la velocidad aerodinámica de descenso objetivo, y la velocidad vertical debe aumentarse para compensar el terreno más alto. velocidad para realizar la restricción de cruce. Por otro lado, si se asigna una reducción de velocidad, entonces la tasa de descenso puede reducirse para hacer la misma restricción de cruce (o la aeronave simplemente alcanza su altitud asignada antes, lo que normalmente no es un problema).

Este ajuste ocurre automáticamente (por el FMS/piloto automático en modo VNAV), o es monitoreado y ajustado manualmente por el piloto para cumplir con las restricciones de cruce.