¿Por qué la entrada del elevador mueve la bola coordinadora de giro en giros pronunciados?

En un giro pronunciado estás haciendo cambios de potencia, cambios de cabeceo y también haciendo correcciones constantes con el alerón para mantener el ángulo de alabeo, sin siquiera darte cuenta. Una vez establecido en el viraje, algunos aviones requieren un poco de alerón en el viraje para mantener el ángulo de inclinación lateral, algunos mantienen la inclinación lateral con un alerón neutral y otros requieren un alerón superior para evitar el desnivel. Las entradas de los alerones superior e inferior inducen fuerzas de guiñada adversas que cambian constantemente y van y vienen, los efectos de torsión cambiantes del motor con ajustes de potencia producen fuerzas de guiñada cambiantes, y la precesión del giroscopio de la hélice debido a los movimientos de cabeceo inducen fuerzas de guiñada que van y vienen. , y hay baches, y comienzas a correr hacia tu propia estela.

En otras palabras, estás en una máquina arrastrada por un gran giroscopio que produce un par de torsión que se desliza y se desliza en un gas con media docena de fuerzas y momentos que interactúan simultáneamente. Con todas las fuerzas y entradas sutiles que suceden durante un turno, no creo que puedas identificar y actuar sobre un solo fenómeno como ese. Lo que tienes que hacer es, bueno, simplemente hacer lo que sea necesario para mantener el ángulo de inclinación, la altitud y centrar la bola y no pensar demasiado.

Si vuela planeadores, que usan una cuerda de guiñada que es más sensible que una bola, incluso sin los efectos de par y giroscopio de un motor, la cuerda de guiñada se desplaza de un lado a otro mientras gira, aparentemente independiente de la posición del alerón. el tiempo. Por lo general, haces golpes de timón en conjunto con el alerón, pero a veces la cuerda de guiñada parece tener mente propia y simplemente haces lo que tienes que hacer con los pies.

Es importante darse cuenta de que la "bola" simplemente rueda de un lado a otro en un tubo de vidrio curvo para indicar la dirección de las fuerzas G netas. También se le conoce como inclinómetro. Lo que está sucediendo en su giro pronunciado es que la orientación del elevador/ala ahora está en un ángulo con respecto a la gravedad, por lo que tirar "hacia arriba" también reduce su radio de giro, forzando la "bola" hacia afuera. En un giro pronunciado, el ascensor se vuelve más "parecido a un timón". Si gira a 90 grados, el elevador ES su timón, y el timón inclinará su morro hacia arriba o hacia abajo.

Tu pensamiento de "pisar la pelota" es correcto, ya que la entrada del timón hará que el morro vuelva a la línea de vuelo coordinado, lo que ayudará a mantener la altitud. Intente agregar un poco más de potencia también .

Tirar mucho más del elevador para mantener la altitud en un giro pronunciado no es una buena técnica, ya que puede conducir a una caída en pérdida o en espiral. A veces, simplemente rodar a un ángulo de inclinación lateral ligeramente más bajo es suficiente.

Revisaría esto con un instructor, pero un poco de "timón hacia el cielo" puede ayudar aquí. Coordine y vea cuánto acelerador necesita para mantenerse nivelado.

Si el avión está perdiendo altitud en un vuelo coordinado y aplico presión en la palanca trasera para cabecear y corregir... Por el contrario, si el avión está ganando altitud y libero la presión en la palanca para descender

Lo que realmente quieres hacer es cambiar tu técnica.

Su objetivo (suponiendo, por ejemplo, un AOB constante de 60 grados) es rodar hacia el giro, establecer su G (2G = lo que necesita para un AOB de 60 grados) y luego bloquear la contrapresión mientras varía su AOB para establecer su posición de nariz relativa al horizonte. ¿Escalada? Inclínate un poco para dejar que tu nariz se deslice hacia abajo y luego reinicia el banco para que se mantenga fijo en el horizonte. Mira lo que te da. ¿Descendente? Haz lo contrario. Pero no bombees la nariz para subir o bajar. En particular, si está cerca de un AOA perdido, puede cruzarlo y perder el control.

Esto suavizará su vuelo y dará como resultado giros de radio constante.

Cuando practico giros pronunciados, me encuentro con un fenómeno inusual. Si el avión está perdiendo altitud en un vuelo coordinado y aplico presión con la palanca trasera para cabecear y corregir, noto que la bola se balancea hacia el exterior del viraje, lo que indica una condición de derrape. Por el contrario, si el avión está ganando altura y libero la presión de la palanca para descender, la bola siempre gira hacia el interior del giro, lo que indica un deslizamiento.

Esta pregunta me sorprendió. De hecho, sus observaciones son consistentes con una declaración de Wolfgang Langewiesche en su clásico de aviación "Stick and Rudder". Afirmó que al girar ¹ , un deslizamiento lateral a menudo es causado por una "ascensión insuficiente" y, a menudo, debe solucionarse aumentando la contrapresión del elevador en lugar de agregar un timón interior. Pero nunca he encontrado que su afirmación sea consistentemente cierta y durante mucho tiempo he creído que es uno de los pocos errores significativos en su excelente libro. ²

Descubrí que las entradas muy pronunciadas del elevador al girar que crean cambios muy significativos en la carga G producen breves y pequeñas excursiones de la bola de deslizamiento en la dirección predicha por la idea de Langewiesche. Creo que estos son producidos por cambios tridimensionales complejos en la trayectoria de vuelo que están más allá del alcance de los análisis simples. O para tomar una situación algo relacionada, en un wingover que implica un alabeo completo de 90 grados, si se permite que la aeronave "flote" sobre la parte superior con una carga G bastante baja (que implica poca o ninguna presión sobre la palanca de control) , sin aplicar el timón inferior, la bola de deslizamiento/derrape y/o la cuerda de guiñada mostrarán un deslizamiento bastante pronunciado a medida que la aeronave "cae" hacia tierra. ³

Pero en maniobras de giro simples que involucran solo cambios moderados en la dirección de la trayectoria de vuelo en el plano vertical (es decir, solo cambios moderados en la velocidad de ascenso o descenso), no he encontrado que las entradas del elevador desempeñen un papel en la coordinación de giro (en el sentido de evitar resbalones y patines) de cualquier manera consistente. (En los aviones de hélice de un solo motor, definitivamente puede haber un efecto debido al factor p, pero la dirección del efecto dependerá de la dirección del giro). aviones de motor y ultraligeros (incluidos algunos con un motor de empuje montado en alto), y varios planeadores diferentes.

El tema ha sido de especial interés para mí, porque en la comunidad del ala delta, al menos en los EE. UU., ha existido durante mucho tiempo la idea de que las entradas de tono "correctas" al entrar en un giro mantendrán la ruta de vuelo "coordinada", mientras que entradas de cabeceo inadecuadas harán que el planeador "deslice lateralmente". En la misma línea, se cree que una entrada intencional de cabeceo con el morro hacia abajo mientras el planeador está entrando en un giro, o está girando, produce un "deslizamiento lateral" muy pronunciado. (Si es cierto, esto sería compatible con la idea de Langewiesche como se señaló anteriormente). Se han dedicado muchas páginas en manuales de capacitación y artículos de revistas a las "explicaciones" de estos supuestos fenómenos. Si bien tiene sentido usar la palabra "coordinado" para describir el uso armonizado de todos los controles de vuelo disponibles para producir los resultados deseados, y las únicas entradas de control disponibles en ala delta son entradas de cambio de peso de cabeceo y balanceo, he encontrado la idea de que las entradas de cabeceo tienen algo que ver con causando o evitando que el deslizamiento lateral en alas delta sea una completa "pista falsa". Algunos pilotos de ala delta parecen estar confundiendo las sensaciones de un giro acelerado y en picado con las sensaciones de un verdadero giro "deslizante". Extensos experimentos con cuerdas de guiñada y bolas de deslizamiento y deslizamiento en alas delta sugieren que el deslizamiento lateral en las alas delta está relacionado casi por completo con He encontrado que la idea de que las entradas de cabeceo tienen algo que ver con causar o prevenir el deslizamiento lateral en alas delta es una completa "pista falsa". Algunos pilotos de ala delta parecen estar confundiendo las sensaciones de un giro acelerado y en picado con las sensaciones de un verdadero giro "deslizante". Extensos experimentos con cuerdas de guiñada y bolas de deslizamiento y deslizamiento en alas delta sugieren que el deslizamiento lateral en las alas delta está relacionado casi por completo con He encontrado que la idea de que las entradas de cabeceo tienen algo que ver con causar o prevenir el deslizamiento lateral en alas delta es una completa "pista falsa". Algunos pilotos de ala delta parecen estar confundiendo las sensaciones de un giro acelerado y en picado con las sensaciones de un verdadero giro "deslizante". Extensos experimentos con cuerdas de guiñada y bolas de deslizamiento y deslizamiento en alas delta sugieren que el deslizamiento lateral en las alas delta está relacionado casi por completo concuando el ángulo de alabeo es constante, y este ligero deslizamiento observado en un viraje con peralte constante tiende a ser mayor cuando la velocidad aerodinámica (y la velocidad de descenso) son bajas que cuando la velocidad aerodinámica (y la velocidad de descenso) ) son altos , exactamente opuestos a lo que predeciría la "sabiduría convencional" de la comunidad (y la idea de Langewiesche). Parte de la confusión puede deberse al hecho de que en algunos ala delta, especialmente aquellos con anédrico pronunciado, "tirar" de la barra de control mientras se rueda desde el nivel de las alas a un giro puede producir un marcado aumento en la velocidad de balanceo., produciendo así un deslizamiento lateral bastante pronunciado, que finaliza muy pronto después de que la velocidad de balanceo vuelve a cero. De todos modos, en resumidas cuentas, el deslizamiento lateral en los ala delta se produce principalmente por la guiñada adversa mientras se rueda , y para una velocidad de balanceo dada, este deslizamiento debido a la guiñada adversa no se reduce moviendo la barra de control hacia adelante para "coordinar" el movimiento. virar y reducir la ganancia de velocidad aerodinámica y la pérdida de altitud. Tirar de la barra hacia atrás mientras se mantiene el planeador en una inclinación constante no hace que el planeador se deslice lateralmente mientras se sumerge y acelera. (Fin de la tangente, pero puede ayudar al lector a comprender por qué he dedicado bastante tiempo a explorar estas relaciones también en aeronaves más "convencionales".el avión probado.)

Supongo que está volando un avión de hélice de un solo motor con un motor montado en la nariz que gira en la dirección "convencional" (en el sentido de las agujas del reloj como lo ve el piloto). ¿Es esto cierto? ¿Ha demostrado que los fenómenos son consistentemente verdaderos mientras gira en ambas direcciones?

A riesgo de contradecir tanto el OP original de la pregunta como el estimado Wolfgang Langewiesche, sugeriría que este no es un efecto que pueda replicarse consistentemente en ambas direcciones en una amplia variedad de aviones. Estaría más interesado en ser dirigido a imágenes de video u otra verificación que sugiera lo contrario, ¡idealmente con los pies de los pilotos claramente visibles fuera de los pedales del timón!

¿Alguien más puede confirmar esto?

No estoy seguro de si el OP quiso decir (por "esto") que su teoría se refería a lo que estaba sucediendo, o simplemente a los fenómenos observados, pero me gustaría ver respuestas publicadas (o respuestas de chat) por otros miembros de ASE que son capaz (o incapaz) de confirmar los fenómenos observados, con detalles sobre el ángulo de alabeo y si el efecto es transitorio (relacionado con cambios en la contrapresión del elevador y la velocidad del aire) o duradero (perdurable mientras la aeronave está ascendiendo o descendiendo, incluso con constante de actitud de cabeceo), y confirmación de que el efecto se observó en ambas direcciones de giro, etc., independientemente de cuál se crea que es el mecanismo subyacente. ⁴

Notas al pie:

1. Langewiesche no especificó que el giro debe ser pronunciado para que se observe este fenómeno. OP menciona giros "empinados". Es posible que mis propios experimentos descritos en esta respuesta se hayan centrado principalmente en giros de 45 grados de banco o menos: necesito revisar las notas para obtener más detalles para actualizar la memoria.

2. Contenido similar, ¿quizás inspirado en el contenido de "Stick and Rudder"? - apareció en algunas ediciones (¿alrededor de 1969?) De un libro llamado "Modern Airmanship", editado por Neil D. Van Sickle. En ediciones posteriores, como la octava edición de 1999 editada por John F. Welch, Lewis Bjork y Linda Bjork, este contenido se eliminó.

3. Podemos pensar que los deslizamientos son causados ​​fundamentalmente por cualquiera de dos fenómenos: (uno), una asimetría aerodinámica que crea un par de guiñada que solo se equilibra cuando la aeronave está volando en una condición de deslizamiento, con la nariz guiñada para apuntar hacia el "fuera" o "lado alto" de la dirección real de la trayectoria de vuelo, o (dos) una demanda repentina de una mayor tasa de rotación de guiñada (si la nariz debe permanecer alineada con la trayectoria de vuelo), que la inercia rotacional de guiñada de la aeronave tiende a resistir, hasta que se logra un ángulo de deslizamiento lo suficientemente grande como para crear un par de torsión de guiñada significativo para superar la inercia rotacional de guiñada y aumentar la tasa de rotación de guiñada. A medida que la velocidad aerodinámica alcanza un mínimo en la parte superior de un wingover, y las fuerzas aerodinámicas son bajas, mientras que la tasa de curvatura hacia la tierra de la trayectoria de vuelo (debido a la gravedad) alcanza un máximo, el último efecto probablemente describe mejor la razón del deslizamiento lateral visto en este punto. Cuanto más pronunciado es el ángulo de alabeo, más exige la curvatura hacia la tierra de la trayectoria de vuelo una rotación de guiñada en lugar de una rotación de cabeceo, si el morro debe permanecer alineado con la trayectoria de vuelo.

4. Algunas palabras más sobre el posible "mecanismo subyacente", o la falta del mismo, para que el aumento de la contrapresión tienda a causar un derrape, y la disminución de la contrapresión tienda a causar un deslizamiento, como informó OP: el efecto inmediato del aumento de la contrapresión la presión sobre la palanca o el yugo parecería ser una fuerza aerodinámica aumentada que actúa "directamente hacia arriba" en el marco de referencia del tubo del inclinómetro (bola de deslizamiento-derrape) y, por lo tanto, no debería influir en la desviación de la bola de deslizamiento-derrape. (Tenga en cuenta que la bola de deslizamiento-derrape no responde a algún tipo de "equilibrio" entre las fuerzas aerodinámicas y la gravedad, sino que responde únicamente a las fuerzas aerodinámicas) .El efecto del aumento de la contrapresión en la palanca o el yugo es una velocidad aerodinámica más baja y, por lo tanto (para el mismo ángulo de alabeo), un radio de giro más bajo, una velocidad de giro más alta y una velocidad de rotación de guiñada requerida más alta. Parecería que cuando se aplica contrapresión adicional en la palanca o el yugo y la velocidad del aire cae y el radio de curvatura de la trayectoria de vuelo disminuye, y la velocidad de giro aumenta, y la velocidad de rotación de guiñada requerida también aumenta, la inercia rotacional de guiñada de la aeronave Tendría cierta tendencia a mantener el morro demasiado inclinado hacia el "exterior" o el "lado alto" de la trayectoria de vuelo (básicamente un efecto de "retraso"), lo que debería producir algún deslizamiento lateral temporal .(no resbalar). Sin embargo, la observación de OP es que el aumento de la contrapresión tiende a causar un derrape. No puedo conciliar esta discrepancia. Por supuesto, cuanto más pronunciado es el ángulo de inclinación, menos cambios en la velocidad de giro implican cambios en la velocidad de rotación de rotación de guiñada: en ángulos de inclinación pronunciados, la dinámica en juego involucra principalmente el eje de cabeceo.

Imagine un avión inclinado en cuatro escenarios. En cada escenario el avión mantiene la misma velocidad vertical (no acelera hacia arriba ni hacia abajo).

1. El avión está inclinado pero no gira. La aeronave crea 1G de sustentación girando en ángulo por el cielo de manera descoordinada y no gira en absoluto. La dirección de elevación apunta directamente hacia arriba, y la bola se mueve a una posición opuesta, apuntando directamente al suelo.

2. El avión está inclinado, pero en un resbalón. El avión gira pero no tanto como debería dado el ángulo de inclinación lateral. La aeronave está generando 1G de sustentación en la dirección vertical, pero no suficiente sustentación en la horizontal para poner el vector combinado perpendicular a las alas. La pelota cae parcialmente hacia el suelo.

3. El avión está en un giro coordinado. La aeronave está generando 1G de sustentación en dirección vertical y suficiente sustentación en dirección horizontal para poner el vector combinado perpendicular a las alas. La bola está centrada en el indicador.

4. El avión está derrapando, está girando más rápido de lo que debería dado el ángulo de alabeo. La aeronave sigue generando 1G de sustentación en la dirección vertical, pero ahora está generando más de la cantidad requerida en la dirección horizontal, y el vector combinado está más allá de la perpendicular. La bola se mueve hacia el exterior del turno.

La parte esencial aquí es que, a menos que la aeronave esté entrando en un ascenso o saliendo de un picado, está produciendo 1G de sustentación en la dirección vertical. Si el plano aumenta o disminuye la cantidad de sustentación total producida, la dirección del vector cambiará en consecuencia. Si la dirección del vector no coincide con el ángulo de alabeo, no estará coordinado. Demasiado alabeo o poca sustentación provoca un deslizamiento, muy poco alabeo o demasiada sustentación provoca un derrape.