¿Por qué hay una diferencia entre la velocidad del GPS y la velocidad del indicador?

El indicador de velocidad en la cabina muestra la velocidad aerodinámica indicada . La velocidad aerodinámica indicada suele ser diferente a la velocidad del GPS, debido al viento y los efectos aerodinámicos.

La velocidad del GPS es tu velocidad con respecto al suelo. Si está parado en tierra firme, indica 0. Si indica 100 nudos, estará a 100 NM de donde se encuentra ahora en una hora, siempre que siga volando en línea recta.

La velocidad aerodinámica es la velocidad de la aeronave en relación con el aire circundante. Entonces, si está parado en tierra firme con un viento de 20 nudos en la cara, su velocidad será de 20 nudos. Si viaja a una velocidad aerodinámica de 100 nudos contra un viento de frente de 20 nudos, su velocidad respecto al suelo es de 80 nudos. Si haces una velocidad aerodinámica de 100 nudos con un viento de cola de 20 nudos, la velocidad de tu GPS marcará 120 nudos.

Pero incluso en condiciones de viento en calma, el indicador de velocidad del aire mostrará una lectura diferente a la velocidad del GPS. Esto tiene que ver con la forma en que se mide la velocidad del aire.

La velocidad del aire se mide con un tubo de Pitot. Un tubo Pitot tiene dos puertos de medición de presión. Uno que mide la presión total.$P_t$. Este puerto está frente al flujo de aire entrante. El otro mide la presión estática.$P$y se coloca perpendicular al flujo de aire. La diferencia entre las dos presiones se denomina presión de impacto (aumento de presión debido al flujo de aire que impacta en el tubo de Pitot) y se denota$q_c$.

La presión de impacto está relacionada con la velocidad del flujo de aire al que está expuesto el tubo Pitot. Si el flujo se considera incompresible (que es una aproximación aceptable para velocidades de hasta 200 nudos), la presión de impacto se puede derivar de la ecuación de Bernouilli.

$q_c = \frac{1}{2}\rho V^2$

• $q_c$es la presión de impacto en Pa
• $\rho$es la densidad en kg/m ³
• $V$es la verdadera velocidad aerodinámica en m/s

El indicador de velocidad del aire está calibrado para condiciones estándar del nivel del mar, donde$\rho$es 1,225 kg/m ³ . En realidad, la aeronave volará a gran altura y, por lo tanto, la densidad real del aire es menor. Por lo tanto, la velocidad aerodinámica indicada también será menor. Por ejemplo, si un avión vuela a 75 m/s (alrededor de 146 nudos) a 6000 pies, la densidad será de 1,02393 kg/m ³ .

$q_c = \frac{1}{2} 1.02393 \cdot 75 ^2 = 2879.8 \textrm{ Pa}$

La velocidad aerodinámica equivalente al nivel del mar para el mismo$q_c$es:

$V_{EAS} = \sqrt{\frac{2 q_c}{\rho_0}} = \sqrt{\frac{2 \cdot 2879.8}{1.225}} = 68.6 \textrm{ m/s}$

Su indicador de velocidad aerodinámica marcará solo 68,6 m/s (133 nudos) a pesar de que se está moviendo a 75 m/s (146 nudos) con respecto al aire.

La conversión de la velocidad aerodinámica real a la velocidad aerodinámica equivalente se puede realizar directamente mediante:

$V_{EAS} =V\cdot \sqrt{\frac{\rho}{\rho_0}}$

• $V_{EAS}$velocidad aerodinámica equivalente (m/s)
• $V$velocidad verdadera (m/s)
• $\rho$densidad real del aire (kg/m ³ ).
• $\rho_0$densidad en condiciones estándar del nivel del mar (1.225 kg/m ³ )

Los efectos de la menor densidad en su indicador de velocidad aerodinámica se vuelven más pronunciados cuanto más alto asciende. Una vez que vaya más rápido que aproximadamente 100 m / s de velocidad real, los efectos de la compresibilidad ya no se pueden ignorar y lo anterior ya no se aplica. Los indicadores de velocidad aerodinámica se corrigen por los efectos de la compresibilidad y, por lo tanto, no utilizan la velocidad aerodinámica equivalente , sino que utilizan la velocidad aerodinámica calibrada para la calibración.

$V_{CAS}=a_{0}\sqrt{5\left[\left(\frac{q_c}{P_{0}}+1\right)^\frac{2}{7}-1\right]}$

• $V_{CAS}$es la velocidad aerodinámica calibrada
• $a_{0}$es la velocidad del sonido en condiciones estándar del nivel del mar (340,3 m/s)
• $P_0$es la presión atmosférica estática en condiciones estándar a nivel del mar (101325 Pa)
• ${q_c}$es la presión de impacto

La presión de impacto también es un poco más compleja para el flujo compresible:

$\;q_c = P\left[\left(1+0.2 M^2 \right)^\tfrac{7}{2}-1\right]$

• $P$la presión estática
• $M$el número de Mach

Efectivamente, cuanto más alto y más rápido llegue, mayor será la diferencia entre la velocidad aerodinámica indicada y la velocidad aerodinámica real. Por ejemplo, Mach 0,8 a 40 000 pies sin viento dará como resultado una velocidad GPS de 489 nudos , pero una velocidad aerodinámica calibrada de solo 242 nudos , que es menos de la mitad.

Por lo tanto, a altitudes y velocidades elevadas, la velocidad aerodinámica indicada será inferior a la velocidad respecto al suelo/velocidad del GPS, a menos que tenga mucho viento en contra.

Aquí hay un gráfico muy simple de lo que podrías estar viendo:

_{(fuente: cadblog.net )}

Y es por eso que aterrizamos con viento de frente en lugar de viento de cola, ya que de lo contrario aterrizaríamos a mayor velocidad y necesitaríamos más pista para detenernos.

El GPS mide la velocidad de avance o velocidad absoluta. El tubo de Pitot en la aeronave medirá la velocidad relativa al flujo de aire alrededor de la aeronave.

Aquí hay un gráfico útil de la NASA sobre la velocidad relativa :

Nota al pie: Como Ratchet Freak demuestra en su ecuación, por supuesto, debe recordar que esto es simplificarlo como volar directamente contra el viento y no tener en cuenta la dirección del viento.

Las otras respuestas sobre el viento son ciertas, pero esto no es lo que estás viendo en tu simulación. Lo que en realidad está viendo es la diferencia entre la velocidad aerodinámica real y la velocidad aerodinámica indicada .

La verdadera velocidad aerodinámica es la velocidad real del avión en el aire. Sin viento, esto es lo mismo que la velocidad del avión sobre el suelo. Esto es lo que muestra tu GPS.

El indicador de velocidad del aire, por otro lado, es realmente solo un sensor de "presión dinámica". Funciona midiendo la presión del flujo de aire ram. Pero como sabemos, a medida que asciendes a la atmósfera, el aire se vuelve más delgado, menos denso y de menor presión. Esto hace que el indicador de velocidad aerodinámica sea más bajo que la velocidad aerodinámica real.

La razón por la que se hace de esta manera es porque todas las cosas aerodinámicas importantes que le pueden pasar a un avión (como detenerse) realmente están ligadas a la presión dinámica en lugar de a la verdadera velocidad aerodinámica.

Intentaré dar una respuesta lo más simple posible, pero las velocidades en la aviación requieren un poco de tiempo para entender...

El indicador de velocidad aerodinámica de la cabina (ASI) mide la velocidad aerodinámica indicada , o IAS, medida en nudos. Pero IAS técnicamente no es una velocidad en absoluto. Se puede considerar como una medida de la presión de las moléculas de aire que fluyen sobre el ala.

IAS es la velocidad más importante porque si la presión de las moléculas de aire que pasan sobre el ala es demasiado baja, perderá sustentación y se detendrá. Sin embargo, más velocidad significa más presión.

A gran altura, hay menos moléculas de aire, por lo que hay menos presión sobre el ala. Por lo tanto, para mantener la misma presión en el ala (es decir, para mantener la misma IAS), necesitas ir más rápido. La velocidad aerodinámica real (TAS) mide qué tan rápido vas realmente. En vuelo será más alto que el IAS. A TAS no le importa la presión sobre el ala, es la velocidad en el aire.

Groundspeed (GS) es simplemente el TAS con el efecto del viento añadido. Groundspeed es la velocidad de la aeronave en relación con el suelo. Si tiene un TAS de 200 nudos y un viento de cola de 50 nudos, su velocidad sobre el suelo será de 250 nudos. Esta es la velocidad que mostrará el GPS.

La velocidad aerodinámica indicada es una aproximación de la velocidad del avión en el aire. El viento puede hacer que la velocidad aerodinámica real difiera de la velocidad respecto al suelo (lo que muestra el GPS).

Para convertirlo a velocidad respecto al suelo, debe conocer la velocidad del viento y agregarla.