¿Por qué cambia la sustentación al girar con viento lateral? ¿Por qué hay viento relativo en el marco de viento?

Empecé a hacer algunas simulaciones con XPlane y pude observar un efecto muy interesante al hacer giros en presencia de viento constante:

Todas las simulaciones se realizan con el XPlane Cessna 172 (?) con el motor apagado en planeo. (Quiero simular una aproximación de emergencia)

Controlo mi avión para que tenga un ángulo de trayectoria de planeo constante y un ángulo de balanceo constante. Sin giro coordinado. Cuando lo hago sin viento, obtengo círculos perfectos con una velocidad aerodinámica real (TAS) que disminuye con la elevación decreciente. Mi controlador de ángulo de planeo no tiene demasiado trabajo para mantener el ángulo de planeo perfectamente constante.

Sin embargo, si enciendo un viento constante, puedo observar,

  • firstly: my circles change to trochoids over ground
  • secondly: my glide angle controller needs to counteract depending on the relative heading to the wind. When I am in a sidewind situation where the wind attacks the outer (higher) wing, the true airspeed is decreasing and when after a half circle the wind attacks the inner, lowered wing, the true airspeed needs to be increased to hold the gliding angle. In the quarters of turning with straight headwind or tailwind, the true airspeed is equal. So this results in a sine-like true airspeed profile with respect to the actual turning heading.

So in principle, I can imagine, that wind attacking the higher wing increases lift as it raises the whole plane from below and when it attacks on the lowered wing, it pushes the whole plane down from above.

Lo que realmente no entiendo es por qué experimento este relativo viento lateral. Mi avión vuela trocoides sobre el suelo en lugar de círculos, ya que el viento se lleva todo el marco del viento. ¿Pero no debería ser el marco de viento sin viento con respecto al avión?

Mi idea ingenua era que todo el avión con su propio marco de viento se mueve constantemente por el viento, y calcular la velocidad aerodinámica real dentro de este marco de viento es lo mismo que en la condición sin viento. (ver, por ejemplo , https://aviation.stackexchange.com/a/26332/30632 )

¿Dónde simplifico demasiado?

¿Cómo funciona su controlador de ángulo de trayectoria de planeo y cómo calcula el ángulo de trayectoria de planeo y el ángulo de trayectoria de planeo objetivo?
Mantener "ángulo de trayectoria de planeo constante y ángulo de balanceo constante" no utiliza ninguna referencia terrestre (excepto la referencia del plano horizontal). Si el viento es constante, no debería haber diferencia; el avión simplemente se moverá con el viento. Pero si mides el "ángulo de la trayectoria de planeo" con respecto al suelo y tratas de controlar el cabeceo para mantenerlo (no es una buena idea para planear), entonces deberías ver la mayor diferencia en los segmentos con viento de arriba/abajo y ninguna con viento de costado. Algo está mal allí. ¿Qué controlas exactamente?
Utilizo la referencia de datos de X-Plane llamada "sim/flightmodel/position/vpath" que se describe como "El paso que la aeronave realmente vuela. (vpath+alpha=theta)". Así que mi suposición fue que esta es exactamente la tangen de la velocidad aerodinámica real dividida por la tasa de caída. Sin embargo, al analizar exactamente mis datos de registro, esto solo es cierto para el vuelo recto y no para girar con el viento. Al girar con el viento, veo nuevamente algunas oscilaciones en la diferencia de la referencia de datos de vpath y el ángulo calculado a partir de TAS y la tasa de caída. Tengo que investigar eso más a fondo.

Respuestas (1)

El viento no puede 'atacar' su ala, porque no hay viento en relación con su avión, solo en relación con el suelo. Estás volando en el aire quieto; el aire quieto en el que estás volando se mueve sobre el suelo.

Su camino sobre el suelo se ve afectado por el viento, por lo que su primera viñeta es correcta. 'Viento' (en el sentido meteorológico) es la parcela de aire en la que vuelas, moviéndose en relación con el suelo.

En su segundo punto, si su velocidad varía, debe deberse a un cambio en los controles, lo que resulta en un cambio de actitud de cabeceo o un cambio en la configuración de potencia. No estoy seguro de lo que quiere decir con "controlador de ángulo de planeo", pero normalmente sería el piloto. Tu velocidad no puede variar como resultado del viento, ya que no hay viento en relación con el avión. Solo al hacer referencia a un marco de referencia externo (mirar al suelo, mirar al GPS) puede decir que hay viento.

Entonces, si está experimentando viento lateral (o cualquier otro viento), es causado por lo que sea que esté controlando la aeronave (piloto o algo en el programa) que hace referencia a algo que no es el aire. Esta experiencia no puede ser causada por un viento constante.

¡Gracias por la explicación! Mientras tanto, descubrí que este extraño efecto fue causado por el uso de "sim/modelo de vuelo/posición/vpath" que se describe como "El paso que el avión realmente vuela. (vpath+alpha=theta)" en X-Plane. Este vpath obviamente no se describe correctamente, pero es el ángulo resultante de la velocidad de avance del avión dividida por la tasa de caída. Al cambiar mi controlador para controlar el ángulo resultante de TAS dividido por la tasa de caída y mantener esto constante, este efecto no ocurre, lo cual está totalmente en línea con su explicación.
¿Por qué cambia la sustentación al girar con viento lateral? ¿Por qué hay viento relativo en el marco de viento?
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