¿Por qué es la resistencia máxima para un avión de pistón al nivel del mar?

El Manual de entrenamiento de vuelo canadiense afirmó esto al hablar de la máxima resistencia:

Para los motores alternativos, la máxima resistencia se logra al nivel del mar.

El libro no explica más por qué. La densidad del aire es mi primera suposición, cuando el motor obtiene una mejor mezcla de aire para quemar con su combustible, y así obtenemos la mayor potencia por la misma cantidad de combustible.

Pero si eso es cierto, en cierto modo contradice por qué el rango máximo está a mayor altitud.

La resistencia consiste en volar durante más tiempo, no más rápido. Al nivel del mar, también puede volar más lento para mantenerse a flote, lo que disminuye la potencia del motor que ya se necesita.
En configuraciones de potencia más bajas, la aleta del carburador limita la entrada de aire. Entonces, a mayor altitud, solo es necesario abrir más la aleta (con el acelerador) e inclinarse para evitar que se use demasiado combustible . Hay mucho aire en la configuración de potencia máxima de resistencia, incluso si sube unos miles de pies.
Pero tiene que quemar más combustible para el mismo empuje a medida que sube, y es una compensación entre un mayor consumo de combustible y los beneficios de aumentar la dispersión de IAS TAS. Los jets realmente brillan en altitudes más altas porque su empuje no disminuye con el aumento de TAS tanto como lo hacen los accesorios.

Respuestas (3)

Intenta trabajarlo desde el otro extremo. Una hélice necesita generar una cierta cantidad de empuje para mantener una determinada velocidad aerodinámica indicada para volar.

En aire más delgado, debe girar más rápido para hacerlo.

Girar más rápido es RPM más altas. RPM más altas significan más fricción del motor .

Se debe quemar más combustible por unidad de tiempo para superar la fricción del motor a RPM más altas.

Las RPM para generar una determinada cantidad de empuje son más bajas al nivel del mar (tal vez más bajas en el Valle de la Muerte (en un día más frío)).

Debido a que el requerimiento de caballos de fuerza para la velocidad de resistencia máxima es mucho más bajo que la salida nominal máxima, la pérdida de caballos de fuerza debido a la menor densidad del aire no es un problema hasta que uno está más arriba. Esta es la razón por la que se requiere "inclinarse" en altitudes más altas.

Pero "densidad del aire" es la respuesta correcta.

¿Qué pasaría si te dijera que es mejor para la resistencia máxima volar bajo, incluso si no hubiera fricción en el motor?
@Sanchises Me interesaría, aunque volar en efecto suelo puede ser peligroso. Aerodinámicamente, IAS produciría una resistencia similar independientemente de la altitud. En la máxima resistencia, el acelerador podría inclinarse o enriquecerse según sea necesario. Podría generar suficiente energía para girar la hélice. Hay suficiente aire para quemar el combustible a, digamos, 5000 pies, porque el motor no necesita desarrollar toda su potencia. La hélice solo necesita girar más rápido en su IAS para desarrollar el empuje. Pero estoy dispuesto a escuchar información adicional si hay más.

El flujo de combustible es en gran medida proporcional a la potencia del motor, que a su vez es en gran medida proporcional a la potencia requerida (hay algunas eficiencias involucradas, pero eso depende de la combinación exacta de motor y hélice; aquí nos interesa la regla general).

La potencia teórica requerida es TAS x arrastre (¡no IAS !). Sin embargo, el arrastre está determinado por IAS. Entonces, la resistencia máxima se alcanza encontrando un óptimo del producto IAS x arrastre ( V BE ), y luego asegurándose de que TAS sea lo más pequeño posible para este IAS, que está al nivel del mar.

TASxDrag (o Thrust) es el estado de energía de la aeronave (por unidad de tiempo). El empuje de salida del motor requerido en un IAS dado es constante. La eficiencia (consumo de combustible por unidad de empuje/tiempo) se ve afectada por las pérdidas por fricción interna del motor (y el AOA de la hélice). Pero su declaración de que TAS debe ser lo más pequeño posible es +.
@Robert Elegí a propósito no incluir la eficiencia del motor y la hélice, porque se pueden reducir (o exacerbar) significativamente al diseñar para un régimen de vuelo en particular. Las cosas que mencioné son fundamentales para volar con un motor alternativo en la atmósfera de la Tierra.

El siguiente documento entra en los detalles. Alcance y resistencia óptimos de una aeronave de hélice de pistón con ala combada

La figura cuatro se salta las matemáticas y proporciona un gráfico.

Más de un vuelo sobre el agua ha aprovechado el efecto suelo al faltar combustible o potencia, lo cual es un análogo del problema de la máxima resistencia.

El artículo está detrás de un muro de pago y tampoco puedo ver las imágenes. ¿Puede proporcionar una imagen similar del dominio abierto?
Oh, lo siento, pensé que estaba disponible públicamente sin costo alguno. Dame un día más o menos y obtendré algo evaluable públicamente, o tomaré un extracto del documento. Una vez más, no quise que las cosas se oscurecieran.
Aquí hay uno que aborda los cálculos de resistencia, pero carece de un buen gráfico. El objetivo es mantenerse en el aire con la mínima potencia, lo que sucede en altitudes de baja densidad. Seguiré buscando una mejor referencia. nptel.ac.in/content/storage2/courses/101104007/Module2/Lec8.pdf
Aquí hay una mejor explicación, pero aún le falta el gráfico claro. Pero se trata de la aerodinámica con bastante claridad. dept.aoe.vt.edu/~lutze/AOE3104/range&endurance.pdf
OK, lo siento por todas las referencias, pero ninguna de estas es perfecta. Sin embargo, en Aerodinámica para aviadores navales, consulte la página 171 y observe la figura inferior. Creo que la interpretación de eso es bastante intuitiva para la mayoría de los pilotos. Puede ver el libro aquí, de forma gratuita: faa.gov/regulations_policies/handbooks_manuals/aviation/media/…
@mongo definitivamente recomendó leer allí. ¡Gracias!
More than one flight over water has taken advantage of ground effect when lacking fuel or power, which is an analog of the max endurance problem.esto no es cierto, si le falta combustible o potencia, desea maximizar el alcance (para llegar a un lugar para aterrizar), no maximizar la resistencia (tiempo en el aire). A menos, por supuesto, que desee maximizar su tiempo en el aire para poder resolver el problema a bordo, pero esto es poco probable.
@ROIMaison, dije analógico. Ante vientos de cola, las soluciones de máxima resistencia se acercan o se convierten en soluciones de máxima autonomía. Pero el punto que pretendía señalar era que el uso del efecto suelo reducía la potencia necesaria.