Digamos que estoy volando un avión que tiene un peso de 100 000 kg con un factor de carga de 1G en un vuelo estable normal. Tengo asistencia de elevación de helio que proporciona 50 000 kg (50 %) de fuerza de elevación ascendente. Por lo tanto, mi sustentación aerodinámica tiene que proporcionar 50 000 kg (50 %) de sustentación hacia arriba para permanecer en vuelo.
Si entro, digamos, en una maniobra de alabeo de 60 grados e induzco un factor de carga de 2G en el avión (por lo que ahora el peso percibido sube a 200 000 kg), ¿la fuerza de sustentación se escala de alguna manera con el factor de carga, o ¿La fuerza de sustentación es completamente estática y continúa proporcionando 50 000 kg de sustentación positiva independientemente del factor de carga inducido? En otras palabras, ¿la sustentación aerodinámica tiene que proporcionar 150 000 kg de fuerza de sustentación positiva durante una maniobra 2G para mantener el avión en el aire?
Probablemente sería más fácil pensar en él como un avión de 50.000 kg con un ala "normal". Esta falsedad hará que el cálculo de las aceleraciones y la velocidad de giro sean incorrectos (porque la masa real lo hará más lento). Pero el ala tiene que proporcionar en todo momento 50.000 kg de sustentación vertical para que la nave no acelere hacia abajo.
Luego, al igual que un avión normal, el ala tiene que duplicar la sustentación (aerodinámica) a 60 grados. Esto le permite tener 50.000 kg en vertical y la embarcación no desciende.
Si realizo, digamos, una maniobra de alabeo de 60 grados e induzco un factor de carga de 2G al avión
No prefiero este idioma. El factor de carga es el resultado de la elevación. Si tuviera un ala que no pudiera proporcionar mayor sustentación (ya estaba a punto de entrar en pérdida), entonces la inclinación no aumentaría el factor de carga. Detendría el ala o el avión comenzaría a acelerar hacia abajo. Decir que el factor de carga ha aumentado me sugiere que el levantamiento ya se ha realizado.
¿La fuerza de sustentación de flotación escala de alguna manera con el factor de carga, o es la fuerza de sustentación completamente estática y continúa proporcionando un valor de sustentación positiva de 50 000 kg independientemente del factor de carga inducido?
La fuerza de flotación es constante y siempre vertical. En lugar de provenir del viento relativo, proviene del gradiente de presión vertical en la atmósfera. Entonces, en el análisis simple, no se ve afectado por la banca. Pero dado que la atracción gravitacional en el avión también es constante y siempre vertical, puede combinarlos para comprender qué debe hacer el ala aerodinámica.
La sustentación aeroestática siempre es vertical y no contribuye con la fuerza centrípeta en un giro. Si estás en un giro de 60 grados de 2G, la fuerza total en la dirección vertical es igual a la flotabilidad aeroestática más la sustentación aerodinámica total (apuntando a 60 grados de la vertical) por cos (60 grados). La fuerza centrípeta es solo aerodinámica y es igual a la sustentación aerodinámica total multiplicada por sen (60 grados). Para estar en un giro 2G de 60 grados, tendría que estar acelerando agresivamente hacia arriba, por ejemplo, girando a 60 grados mientras asciende a través del fondo de una inmersión.
theta # Bank angle
lift # Expressed as acceleration, pointed theta radians from vertical
lift*cos(theta) + 0.5G of aerostatic buoyancy = 1G # Required for a level turn
2G = sqrt((lift*cos(theta) + 0.5G)^2 + (lift*sin(theta))^2) # Setting the total acceleration equal to 2G.
=> lift*cos(theta) = 0.5G
=> (lift*cos(theta) + 0.5G)^2 = 1G
=> 2G = sqrt(1G + (lift*sin(theta))^2)
=> 3G = lift^2*sin^2(theta)
=> 0.5G = 0.289*lift*sin(theta)
=> lift*cos(theta) = 0.289*lift*sin(theta)
=> cos(theta) = 0.289*sin(theta)
=> theta = atan(0.289)
=> theta = 1.29
=> lift*cos(theta) = 0.5G
=> lift*cos(1.29) = 0.5G
=> lift = 1.803G
1,29 radianes es lo mismo que un ángulo de inclinación de 74 grados.
0.5G = lift*cos(60 degrees)
=> lift = 1G
Carga total G =sqrt((1G*cos(60 degrees) + 0.5G)^2 + (1G*sin(60 degrees))^2)
Carga total de G = 1,32 G
2G = sqrt((lift*cos(60 degrees) + 0.5G)^2 + (lift*sin(60 degrees))^2)
=> 4G = (lift*cos(60 degrees) + 0.5G)^2 + (lift*sin(60 degrees))^2
=> lift = 1.703G
Aceleración hacia arriba =1.703*cos(60 degrees) + 0.5G
Aceleración hacia arriba = 2.203G
Aceleración ascendente neta = 1.203G.
Es posible que haya respondido a su propia pregunta diciendo peso "percibido". Tenga en cuenta que un giro 2G no aumenta el peso del avión, ya que no aumenta la cantidad de sustentación VERTICAL requerida para mantenerlo en el aire. 2G es lo que percibes o sientes en el avión. La cantidad de sustentación vertical requerida siempre será el peso de la aeronave menos la contribución del gas de sustentación. El resto debe ser provisto por el ala/motor.
Entonces, lo que debe determinarse es si su avión es capaz o no de producir suficiente sustentación total para generar 50,000 kg de sustentación vertical en un banco de 60 grados. Esto estaría tan cerca de su Clift máximo que se atrevió a aventurarse antes de detenerse. Otra solución sería utilizar más helio o reducir el ángulo de giro. Para el vuelo recreativo, puede que no valga la pena intentar mantener la altitud en un giro sostenido de 60 grados por mucho tiempo. Puede que estés derramando combustible de tus alas.
Si todavía quiere hacerlo, quite el helio y vea si las alas levantarán 100.000 kg por sí solas en vuelo nivelado. En un banco de 60 grados, si mis cálculos son correctos, dará una elevación vertical de 50,000 kg.
Beto
Como secuencia de comandos posterior, esta pregunta es aplicable para comparar el peso con la velocidad de pérdida. El avión "ligero" necesita menos AOA que el "pesado" a una velocidad dada. Por lo tanto, el pesado debe tirar de más AOA para mantener la altitud (arriesgándose a entrar en pérdida) o aumentar la velocidad (limitada por la velocidad de maniobra segura).
Lo que esto se traduce es que la "luz" tendría menos resistencia, lo que ahorraría combustible en un viaje largo. ¡Uno podría pensar en llenar un Super Guppy con helio para averiguarlo!
La respuesta corta es "no". La fuerza de flotación se debe a un principio completamente diferente y siempre es la misma cantidad, apuntando hacia arriba. Sin escalado.
Por cierto, para su aeronave parcialmente flotante, si quisiera hacer un viraje de nivel 2G, necesitaría más de 60 grados AOB.
Muchas veces, si piensas las cosas hasta el extremo, te ayudará a comprender los casos intermedios.
Imagínese, su avión tiene tanto helio que tiene una flotabilidad neutra (o está volando en un fluido que es lo suficientemente denso... piense en un submarino). Entonces, ¿qué ángulo de inclinación lateral necesitaría para un giro nivelado? Necesitarías un AOB de 90 grados para cualquier giro de nivel .
piloto
jason