¿Qué pasaría si un avión perdiera la mitad de su peso al instante?

En vuelo constante, el ascensor$L$generado por las alas es igual al peso cargado de modo que no hay aceleración vertical. Por lo tanto, el ascensor justo antes de que se lance la bomba es

En el intervalo de tiempo justo después de la$10\,000$kg se deja caer la bomba, el ascensor permanece igual hasta que se reduce el ascensor para equilibrar de nuevo la nueva masa de$m_2=15\,000$kg. Durante ese período transitorio, el Lancaster acelerará hacia arriba en

Como señaló @sanchises, el aumento constante en la velocidad ascendente da como resultado una disminución en el ángulo de ataque, por lo que la aeronave volverá a establecerse en un ascenso constante.

El A7E Corsair tenía un peso en vacío de alrededor de 19,000 libras. Su carga de combustible era de 10.500 libras, y con seis bombas de propósito general MK84 armadas de 2.000 libras colgadas debajo del ala, tenía un peso total de alrededor de 42.000 libras. Este fue el peso máximo de despegue, y al salir del gato, la respuesta de la aeronave se sintió perezosa y descuidada mientras realizaba su giro despejado.

Cuando llegamos al objetivo, que era una roca en el Egeo llamada Avgo-Nisi, nos quedaban alrededor de 7,000 libras de combustible. Eso puso al avión en alrededor de 26,000 libras y una carga de bomba de 12,000 libras todavía debajo de las alas. Despejamos el objetivo con un pase bajo antes de subir a la altitud de patrón quemando probablemente unas 1,000 libras. Era un lugar de pesca popular, por lo que queríamos asegurarnos de que el área fuera segura antes de nuestra entrega.

Estábamos en formación de combate cuando nos lanzamos a nuestro picado de 45 grados, armando las torres. Estaba en el ala de mi plomo en una formación suelta alrededor de 400 a 800 pies de distancia. La formación era una posición táctica, y si alguno de nosotros era alcanzado durante las operaciones de combate, el otro estaba lo suficientemente lejos para sobrevivir. Una inmersión de 45 grados parece muy empinada desde la cabina y fuimos rápidos en el punto de liberación. La altitud mínima para este tipo de recorrido era de 2500 pies AGL para mantenerlo fuera del radio de explosión. Estábamos en 1 G cuando lanzamos 24 000 libras de bombas sobre la roca, 12 000 libras cada una.

Observé cómo se lanzaban las bombas desde el avión del líder mientras veía caer las mías en los espejos. Acabo de perder alrededor de la mitad de mi peso total. Inmediatamente sentí que el avión "saltaba". Esta es la forma en que lo caracterizo, y alguien más podría llamarlo un movimiento brusco. Definitivamente fue más fuerte que la nariz plegada que experimentas en el A7E rompiendo la barrera del sonido. El salto no fue desconcertante, pero definitivamente notable. De hecho, fue un cambio bienvenido a lo que parecía una configuración pesada y devoradora de gasolina.

Salimos de la inmersión con fuerza y ​​teníamos nuestras narices altas en un giro cuando sentí que la onda expansiva atravesaba mis órganos internos. Fue una sensación extraña, como si alguien reorganizara la posición de mi estómago. Debo haber estado entre 4,000 y 6,000 pies por encima de las detonaciones y pude escuchar las explosiones sobre todo el ruido en la cabina. Fue masivo.

(Recientemente se hizo una nueva pregunta, luego se cerró como un duplicado, vinculado a esta pregunta anterior).

Respuesta: Tendrías un tono "phgoid"

Hasta que la velocidad del aire disminuya, la sustentación es mayor que el peso.

La trayectoria de vuelo se curva (acelera) hacia el cielo

Hay una reducción muy temporal en el ángulo de ataque, hasta que la dinámica de estabilidad de cabeceo de la aeronave supera la inercia de rotación del cabeceo y levanta el morro en línea con la nueva dirección de la trayectoria de vuelo, restaurando el ángulo de ataque original. Este efecto puede ser despreciable.

El cambio de dirección de la trayectoria de vuelo hace que el vector de peso tenga una componente hacia atrás en relación con la trayectoria de vuelo de la aeronave.

El empuje, la resistencia y el componente de peso hacia adelante y hacia atrás ya no están en equilibrio y la velocidad del aire comienza a disminuir.

Finalmente, la aeronave volverá al equilibrio en un ascenso estabilizado a una velocidad aerodinámica constante, inferior a la velocidad aerodinámica original. Pero es posible que veamos que la actitud de cabeceo de la aeronave "sobrepasa" y "no alcanza" la actitud de cabeceo final de estado estable varias veces, ya que el vuelo varía entre ángulos de ascenso más pronunciados y menos profundos, antes de que esto suceda. Del mismo modo, podríamos ver que la velocidad aerodinámica de la aeronave "no alcanza" y "excede" la velocidad aerodinámica final de estado estable varias veces antes de establecerse en el equilibrio. Básicamente, lo que está sucediendo aquí es que un cambio en el ángulo de ascenso genera un cambio en la velocidad aerodinámica que genera un cambio en la magnitud del vector de sustentación que genera un cambio en el ángulo de ascenso, y da vueltas y vueltas hasta que todo se equilibra. .

Todo esto suponiendo que el piloto no está haciendo correcciones, como mantener una actitud de cabeceo constante, y que la dinámica de estabilidad de cabeceo de la aeronave está actuando para tratar de mantener algún ángulo de ataque recortado determinado y las características dinámicas de estabilidad de cabeceo de la aeronave. son tales que un tono "phugoid" tiende a apagarse eventualmente.

Otra forma de ver esto es lo que sucedería si la IAS aumentara 100 mph, lo que podría ocurrir al entrar en una microrráfaga muy fuerte. Aquí es donde la construcción de modelos y la adquisición de experiencia con el diseño de la cola y la condición del CG/trim pueden proporcionar algunas ideas clave.

Es muy deseable NO tener un comportamiento "fugoidal" cuando el vector sustentación/peso se desequilibra. Hay una relación en el diseño del ala y la cola que es fundamentalmente importante ya que el estabilizador horizontal tiene (con el Lancaster) un brazo de torsión largo y placas de extremo, lo que le da estabilidad direccional. También debemos recordar que el cambio de cabeceo hará que el centro de sustentación del ala también se mueva hacia adelante. La condición de ajuste/ubicación del centro de gravedad también es muy importante.

Entonces, ¿qué pasará? Con el vector sustentación/peso repentinamente desequilibrado, el primer movimiento es hacia arriba. Aceleración vertical. La presión hacia abajo sobre la punta H comenzará a elevar el morro, aumentando el AOA. Cualquier DISMINUCIÓN momentánea en AOA es trivial, la carga aerodinámica de la cola empujará la nariz hacia arriba. El aumento de AoA moverá el centro de sustentación hacia ADELANTE en el ala, elevando aún más el morro. Sin entradas de control del piloto, la velocidad del aire disminuirá, el avión alcanza la cima si su ascenso, y luego descenderá y se recuperará a medida que "se vuelve uno" con la masa de aire y ya no es acelerado por ella.

La condición de ajuste también es muy importante aquí. Uno de los santos griales del vuelo libre es hacer que el avión suba y baje con una ráfaga sin cabeceo excesivo. Esto se logra evitando la colocación del centro de gravedad demasiado hacia adelante, lo que requiere mucho más recorte del elevador hacia abajo. Este es un caso en el que es beneficioso tener el centro de gravedad más atrás y menos recorte del elevador. ¡Mientras la aeronave sea direccionalmente estable, no hay necesidad de tener CG hacia adelante de memoria!

Por lo tanto, reducir repentinamente el peso dará lugar a un ciclo de subida/cabeceo arriba/reducción de la velocidad aerodinámica/cabeceo abajo/recuperación en una aeronave correctamente diseñada y compensada, junto con un alivio considerable para quienes lleven a cabo la tarea.