He estado leyendo el libro Stick and Rudder de Wolfgang Langewiesche y estoy un poco confundido acerca de la definición del elevador como el "Control del ángulo de ataque" o más bien, la idea de que cada posición del elevador corresponde a un ángulo de ataque único.
Tenía la impresión de que el ángulo de ataque es el ángulo en que el ala se encuentra con el viento relativo. Considere una determinada posición del elevador para un vuelo recto y nivelado a rpm de crucero. Si luego agrego potencia y subo (manteniendo la misma actitud), ¿no es cierto que el ángulo de ataque aumentará porque el viento relativo ahora viene desde el frente y por encima del avión? Si esto es cierto, entonces, ¿cómo puedo conciliar esto con la idea de que el elevador es un control de "ángulo de ataque"? ¿No se basa el ángulo de ataque del avión no solo en la posición del elevador, sino también en el movimiento del avión en el aire?
Si alguien pudiera darme algún consejo para aclarar esto, ¡se lo agradecería mucho!
Wolfgang Langewiesche tiene razón en el orden apropiado de aproximación. Para cada posición del elevador, un avión estáticamente estable se asienta en un ángulo de ataque de equilibrio específico. Así es como funciona la estabilidad estática.
El avión es estáticamente estable si y solo si el aumento del ángulo de ataque provoca un mayor aumento en el coeficiente de sustentación en el perfil aerodinámico de popa (cola para un diseño normal). Luego, al aumentar el ángulo de ataque (mediante una fluctuación aleatoria como la turbulencia), aumenta más la sustentación hacia atrás, el centro de presión general se mueve hacia atrás y la aeronave inclina el morro hacia abajo para devolver el ángulo de ataque a la posición recortada.
Al mover el elevador, ajusta el coeficiente de sustentación en la superficie de control, y el avión debe asumir un ángulo de ataque diferente para cambiar el centro de presión hacia atrás para que coincida con el centro de gravedad. La mayoría de los aviones están diseñados para que sea lo suficientemente rápido como para que, si no mueve demasiado los controles, el ángulo de ataque simplemente siga la posición del elevador.
¿No es cierto que el ángulo de ataque aumentará porque el viento relativo ahora viene desde el frente y por encima del avión?
El ángulo de ataque es alto cuando el viento relativo es de abajo y bajo cuando es de arriba.
Si luego agrego potencia y subo (manteniendo la misma actitud)
Si agrega potencia y deja el yugo recortado, el avión comenzará a acelerar, lo que aumenta la sustentación. Eso hace que el avión acelere hacia arriba, lo que disminuye el ángulo de ataque. Esto disminuye más la sustentación en la cola, por lo que la cola se hunde y el avión cabecea hasta que asume el ángulo de ataque original. En este punto, el ángulo de cabeceo aumenta en la misma cantidad que el ángulo de trayectoria de vuelo.
La aeronave aún se mueve más rápido que la velocidad original debido a la inercia, por lo que la sustentación aún es mayor que el peso y la aeronave continúa acelerando y cabeceando para mantener el ángulo de ataque. Cuando la velocidad vuelve a la ajustada, la aeronave ya está demasiado inclinada, por lo que ahora reducirá la velocidad y volverá a cabecear y repetirá el ciclo. Esto se llama la oscilación Phugoid. En la mayoría de los aviones está amortiguado, pero sigue siendo molesto si no lo contrarresta con un poco de desviación del elevador. Pero si no toca el trim, simplemente detenga el phugoid, el avión se asentará en ascenso a la misma velocidad.
Tiene algunas consecuencias:
Ver también Cómo vuela , específicamente la sección 2.3 habla sobre el trimado y el ángulo de ataque, con más detalles en el capítulo 6 .
Stick and Rudder también afirma en la página 5 que normalmente enseñamos "teoría de la construcción del avión en lugar de volarlo". Tome la fórmula de sustentación y expresémosla en términos que el piloto pueda controlar en vuelo. Suspensión = coeficiente de sustentación x 1/2 densidad del aire x velocidad real al cuadrado x área del ala.
Cuando enseñamos esto en la escuela primaria, instantáneamente vemos que los ojos se nublan en más de la mitad de la clase. Simplificado para los pilotos, la fórmula de elevación se puede mostrar como elevación = (mejor mostrado como proporcional a) ángulo de ataque x KIAS x KIAS.
Ahora solo tenemos dos elementos que entran en la fórmula: AoA y el dial Airspeed. (El área del ala no puede ser controlada por el piloto en vuelo, a menos que vuele algo como el F-111 con un mango de barrido de alas y enormes Flaps Fowler de doble ranura). Velocidad aerodinámica real La velocidad y la densidad del aire interactúan para llegar a la velocidad aerodinámica calibrada (KIAS cuando se ajusta para la instalación), y la figura 5.5 del manual de conocimientos aeronáuticos del piloto (PHAK) muestra una relación lineal entre el coeficiente de sustentación y el ángulo de ataque.
Por lo tanto, cuando está en la cabina, la única forma en que el piloto puede controlar la sustentación es ajustando AoA o KIAS.
Nota: El acelerador no entra en la ecuación de sustentación, a menos que el piloto esté tratando de mantener una velocidad aerodinámica específica mientras maniobra, lo que requiere un movimiento del acelerador para contrarrestar los cambios en la resistencia.
Nota: Trim no entra en la ecuación de elevación. Todo lo que logra el trim es reducir/eliminar la presión de la palanca/horquilla para mantener un ángulo de ataque de no intervención específico (que algunos equiparan con la actitud o la velocidad del aire, pero el trim en realidad solo ordena un AoA de no intervención).
Langewische tiene razón acerca de la posición del elevador (que equivale a la posición de palanca/horquilla) al mando de un AoA específico. Pero, como siempre, hay algunas advertencias como:
Entonces, no podemos simplemente pintar las marcas en la varilla del yugo de control "verde, amarillo, rojo". Anteriormente se habló de "qué puede pasar si el motor se apaga abruptamente mientras un avión está en una subida muy empinada". Lo que realmente sucederá es que el avión rotará hacia abajo para mantener el AoA ajustado y no entrará en pérdida "a menos que" el piloto continúe tirando del yugo hacia atrás (que es lo que casi siempre sucede en esta situación estresante). Hubo algunos otros comentarios sobre volar un fugoide para mostrar estabilidad. El phugoid de tono es excelente para mostrar estabilidad, pero también muestra la relación entre AoA, velocidad, sustentación y posición de palanca/horquilla.
Aquí hay una gran demostración, que se logra mejor en un avión con un medidor G y un indicador AoA. Ajuste el avión para 1-G, velocidad constante, vuelo nivelado. Disminuya la velocidad del avión a un rango donde no todas las barras verdes en el indicador AoA estén iluminadas (lo hago alrededor de 80-90 KIAS). Tire de la nariz unos 20 grados hacia arriba, luego retire la mano de la palanca/horquilla. Controle la posición del yugo: volverá a la misma posición que tenía antes de tirar (he usado una regla para documentar la posición del palo). Mire el indicador AoA (permanecerá casi constante), mire que la palanca/horquilla no se mueva, mire el medidor G pasar a menos uno cuando la velocidad del aire es lenta (en la parte superior) y más de uno cuando la velocidad del aire es alta (como el avión sale). Esto se debe a que la cantidad de sustentación requerida cambia constantemente (L = AoA x KIAS x KIAS),
En cuanto al vuelo de maniobra, la ecuación de sustentación sigue siendo la misma. Al avión no le importa en qué actitud se encuentra, sino cuánta sustentación se requiere. Cuando entras en ese banco de 60 grados (NIVEL, giro 2G, mientras mantienes una velocidad constante con el acelerador), el avión ve la necesidad de generar el doble de sustentación. Dado que la velocidad del aire no cambia, el AoA debe aumentar para duplicar la sustentación; esto se hace tirando hacia atrás de la palanca/horquilla una cantidad específica para comandar ese AoA. hay algun lag? sí, Momentum entra un poco en la ecuación, pero el avión aún reacciona bastante rápido a las entradas del elevador (especialmente cuando está a velocidades más altas). ¿Puedes tirar tan abruptamente que las cosas se descontrolan un poco? Sí.
Otra gran demostración es conseguir un vuelo en un Ercoupe, especialmente uno más antiguo con solo un pedal de freno en el piso. Disminuya la velocidad, tire del yugo completamente hacia atrás, no se detendrá (tal vez pueda acercarse con un tirón súper abrupto, pero luego el avión se estabilizará). Puede obtener una velocidad de descenso bastante buena, pero el elevador no viajará lo suficientemente alto como para mantener una parada. Por lo tanto, conocer la posición física en la que la palanca/el yugo alcanzará la entrada en pérdida AoA (en la configuración, CG, etc., en la que normalmente vuela) le dará otra indicación de cuándo se está acercando a una entrada en pérdida en vuelo 1G o G acelerado. . (No es necesario que sepa exactamente esa posición, solo tenga en cuenta la ubicación aproximada, como si tocara un trombón).
Estoy seguro de que esto será controvertido, pero espero que pienses en estos comentarios y pruebes las maniobras antes de comentar. Esto no pretende ser una discusión sobre cómo construir un avión (las fórmulas aerodinámicas reales se vuelven extremadamente complicadas y, diablos, no podemos ponernos de acuerdo sobre si Bernouli, Newton o Coanda desarrollan sustentación), pero esto significa cómo proporcionar herramientas para que el piloto entienda lo que está sucediendo en vuelo sobre el que tiene "control".
Hay una contradicción incorporada en la pregunta. Usted escribe:
Considere una determinada posición del elevador para un vuelo recto y nivelado a rpm de crucero. Si luego agrego potencia y subo (manteniendo la misma actitud), ¿no es cierto que el ángulo de ataque aumentará porque el viento relativo ahora viene desde el frente y por encima del avión? Si esto es cierto, ¿cómo puedo conciliar esto con la idea de que el ascensor es un control de "ángulo de ataque"?
Ha dado a entender que ha mantenido constante la posición del ascensor a medida que aumentaba la potencia y subía. También ha declarado que la actitud de la aeronave se ha mantenido constante. Has sobre-restringido el problema. El elevador es, en una primera aproximación, un control de ángulo de ataque, no un control de actitud de cabeceo, y no es posible que el ángulo de ataque y la actitud de cabeceo permanezcan constantes a medida que el avión pasa de un vuelo nivelado a un ascenso.
Sin duda, si nos esforzamos lo suficiente, podríamos llegar a un ejemplo exótico en el que un avión en particular podría, de hecho, mantener tanto una posición de elevador constante como una actitud de cabeceo constante cuando se agrega potencia para la transición de vuelo nivelado a ascenso. Por ejemplo, si el motor montado en la nariz tuviera una gran cantidad de empuje hacia abajo, lo que provocaría una gran disminución en el ángulo de ataque cuando se agregara potencia y la posición del elevador se mantuviera constante. La mayoría de los pilotos considerarían que un avión de este tipo es desagradable y antinatural para volar. En una primera aproximación, en la mayoría de las aeronaves, el ángulo de ataque está determinado principalmente por la posición del elevador. Para eso está diseñado el elevador: controlar el ángulo de ataque del ala.
A menudo es cierto que la configuración de potencia tiene alguna influencia en el ángulo de ataque, para una posición de profundidad dada, pero esto es generalmente un subproducto de la ubicación de la línea de empuje y otros aspectos de la geometría de la aeronave, no una característica de diseño intencional. Los diseñadores normalmente se esfuerzan por minimizar tales efectos.
El punto básico de Langewiesche es que si la palanca de control o el yugo no se tira demasiado hacia atrás, el ala no puede entrar en pérdida, independientemente de la actitud de cabeceo de la aeronave. Esto no siempre es exactamente cierto: considere lo que puede suceder si el motor se apaga abruptamente mientras un avión está en una subida muy empinada, o si la cuerda de remolque se rompe mientras un planeador sube muy empinadamente con un remolque de cabrestante. Pero es un buen punto de partida. En una primera aproximación, el elevador controla el ángulo de ataque del ala, no la actitud de cabeceo de la aeronave. La actitud de cabeceo es el resultado del ángulo de ataque del ala y el ángulo de ascenso o descenso, y el ángulo de incidencia en el que el ala está unida al fuselaje.
A menudo escuchamos que "tono más potencia es igual a rendimiento". Y los pilotos a menudo dicen cosas como "lanzar para escalar en Vy". Declaraciones como estas pueden parecer implicar que el elevador está controlando la actitud de cabeceo de la aeronave. Si bien es cierto que cambiar la posición del elevador cambiará la actitud de cabeceo de la aeronave, también es cierto que a medida que variamos la configuración de potencia de inactiva a máxima potencia, encontraremos que cualquier posición del elevador en particular se correlaciona con un ángulo de inclinación específico. ataque mucho más de cerca de lo que se correlaciona con cualquier actitud de tono en particular. Esto también significa que a medida que variamos la configuración de potencia de ralentí a máxima potencia, generalmente encontraremos que existe una buena correlación entre la posición del elevador y la velocidad aerodinámica.1
Notas al pie:
Me parece que el quid del malentendido en su pregunta está aquí:
Si luego agrego potencia y subo (manteniendo la misma actitud)
Si mantiene el elevador en una posición fija y agrega potencia, el avión cabeceará en relación con el suelo, en la medida necesaria para conservar el ángulo de ataque original en relación con el movimiento del avión en el aire (es decir, "viento relativo").
Si por "mantener la misma actitud" quiere decir "mantener el ascensor en una posición fija", entonces su respuesta está en su pregunta. El ángulo de ataque no cambia si no cambias la posición del elevador; si en tu pregunta quieres afirmar esto último, entonces resulta lo primero, tal como dice el libro.
Por otro lado, si quiere decir "mantener la orientación del avión con respecto al suelo", entonces la única forma de lograrlo después de agregar potencia es cambiar la posición del elevador, reduciendo el ángulo de ataque real. Esto niega la premisa de su pregunta.
No está del todo claro en su publicación a qué se refiere, pero de cualquier manera que se interprete, la explicación resultante es consistente con la información sobre la que está preguntando.
Si agrega potencia mientras mantiene la misma actitud, acelerará. A medida que acelere, tendrá que mantener el morro hacia abajo y recortar (cambiando gradualmente su actitud), pero esto en realidad disminuirá en lugar de aumentar el AOA.
A menos que quieras escalar. Si agrega potencia y cabeceo para mantener la misma velocidad aerodinámica, ascenderá con el mismo AOA y velocidad aerodinámica que tenía anteriormente durante el vuelo nivelado.
El viento relativo en un ascenso proviene más de arriba (lo que de otro modo disminuiría, no aumentaría el AOA), pero debido a que aumentó el ángulo de ese viento relativo a la cuerda del ala puede, y lo hace, permanecer igual para una velocidad aerodinámica determinada.
Dado que el elevador controla el cabeceo, también es correcto decir que también controla directamente el AOA, aunque tiene razón en que también depende del movimiento de la aeronave en el aire. (piense en un bucle, con AOA positivo en la parte superior...)
Para una velocidad aerodinámica determinada, existe exactamente un ángulo de ataque distinto posible que da como resultado un vuelo recto estabilizado. Si fuera más alto o más bajo en algún momento, hay una sustentación excesiva o insuficiente y las fuerzas ya no están en equilibrio. Se "ajusta" gracias a la estabilidad longitudinal diseñada por el avión, ya sea reajustando el cambio de cabeceo, el cambio de velocidad aerodinámica o la velocidad de ascenso, probablemente más de estos simultáneamente.
Entonces, puede pensar, para un vuelo directo, que configurar AoA es lo mismo que configurar la velocidad aerodinámica. ¿Quizás es una forma más conveniente? (En giros pronunciados de alta G, esta relación se rompe ya que necesita una mayor velocidad aerodinámica para un AoA dado para proporcionar suficiente sustentación. Aquí, un ajuste que funcione correctamente debería mantener un AoA estable y permitir que aumente la velocidad aerodinámica).
Otro dato a tener en cuenta es que, en una aproximación de primer orden (despreciando actitudes extremas), el control de estabilidad y cabeceo del avión no se preocupa demasiado por el horizonte y la actitud. Es AoA el que define las fuerzas independientemente de si se ve afectado por la actitud o el ascenso. (El cambio en la dirección de la fuerza de la gravedad generalmente tiene un efecto insignificante aquí). El elevador o el asiento no tienen una forma directa de "sentir" la actitud frente al horizonte, por eso es que el valor controlado es AoA.
Por otro lado, su motor se preocupa mucho por la velocidad vertical debido a la potencia disponible. Si ajusta para un AoA (o velocidad) específico, entonces, dependiendo de la potencia disponible, dará como resultado un vuelo horizontal, o ascenderá con el mismo AoA (y por lo tanto, más actitud de morro hacia arriba para compensar el cambio en el flujo de aire relativo), o se hundirá con más actitud de morro hacia abajo.
Su comprensión de AoA es correcta. Si bien los ascensores influyen en el AoA, no lo controlan, por lo que tiene razón en que una posición de ascensor en particular no corresponde a un AoA en particular. Sin embargo, su ejemplo es defectuoso: si aumenta la potencia para escalar, es posible que su AoA no cambie en absoluto, o no de manera significativa.
volante tranquilo
volante tranquilo