¿Qué sucede exactamente cuando se reduce la potencia en un vuelo equilibrado, recto y nivelado?

Esto tiene sentido y es aproximadamente lo que sucede si reduce el empuje durante un vuelo nivelado y recto compensado. El avión pasará por una serie de oscilaciones amortiguadas, llamadas ' phugoid ' hasta que encuentre su nuevo estado de equilibrio. El nuevo estado será la velocidad aerodinámica original, pero ahora en descenso constante.

Es muy perspicaz al notar que para un ángulo de ataque dado, un regreso a la velocidad aerodinámica exacta que permitió el vuelo nivelado (horizontal) implicaría de hecho un regreso al vuelo nivelado (horizontal). Pero eso no es lo que esperamos que suceda cuando reducimos el poder. Espero que esta respuesta te ayude a entender por qué no.

Cuando ajusta el elevador para volar en línea recta y nivelada sin aceleración (todas las fuerzas equilibradas) a, por ejemplo, 100 nudos, está aliviando la presión necesaria para mantener su avión en ese ángulo de ataque que produce suficiente sustentación para contrarrestar el peso, a esa velocidad aerodinámica particular.

Exactamente correcto.

(porque cualquier aumento o disminución en la velocidad del aire también afectará la sustentación, por lo que la velocidad afectará la cantidad de sustentación que debe crear el AOA para contrarrestar el peso y mantenerse nivelado)

Técnicamente esto no es del todo correcto. La cantidad de sustentación que se requiere para que la ruta de vuelo se mantenga nivelada en lugar de doblarse hacia arriba o hacia abajo es la misma a cualquier velocidad, pero el AoA necesario para crear esta sustentación varía con la velocidad aerodinámica. Tal vez eso es lo que realmente querías decir, o algo parecido.

Entonces, si su velocidad comienza a disminuir, la cantidad de elevación que debe hacer su AOA = aumenta.

Puede ser que la palabra que estés buscando no sea "lift", sino "coeficiente de lift". Aumentar el AoA aumenta el coeficiente de sustentación. La sustentación es proporcional al coeficiente de sustentación multiplicado por la velocidad aerodinámica al cuadrado. Para mantener el vuelo horizontal a medida que disminuimos la velocidad, necesitamos la misma cantidad de sustentación, lo que significa que necesitamos un coeficiente de sustentación más alto, lo que significa que necesitamos un AoA más alto.

O tal vez simplemente quiso decir algo como "si mantenemos el ángulo de ataque constante y disminuimos la velocidad aerodinámica, la sustentación disminuirá, lo que significa que la sustentación tendrá que aumentarse de alguna manera nuevamente para que las cosas vuelvan a estar en equilibrio". Esto es exactamente cierto, independientemente de si ese "de alguna manera" implica un aumento en el ángulo de ataque y el coeficiente de sustentación, o un retorno a una velocidad aerodinámica más alta con el mismo ángulo de ataque y coeficiente de sustentación que teníamos antes.

Pero dado que ha recortado el elevador a esa posición, significa que el AOA está fijo.

Sí, al menos en una primera aproximación. Asumiremos que eso es exactamente cierto para el propósito de esta respuesta.

Entonces, si tu velocidad comienza a disminuir

La velocidad está disminuyendo porque hemos reducido la potencia y el empuje, por lo que la resistencia es mayor que el empuje, provocando temporalmente que la fuerza neta que actúa a lo largo de la dirección de la trayectoria de vuelo sea distinta de cero.

la cantidad de elevación que su AOA debe hacer = aumentada.

Sí, la caída en la velocidad ha causado una pérdida de sustentación, y la sustentación debe aumentarse de alguna manera nuevamente para que las cosas vuelvan a estar en equilibrio.

Mientras tanto, la sustentación es temporalmente menor que el peso. Ahora hay una fuerza neta que actúa perpendicular a la trayectoria de vuelo (es decir, hacia abajo), por lo que la trayectoria de vuelo se dobla (se curva) hacia abajo.

Dado que el ángulo de ataque se mantiene constante, a medida que la trayectoria de vuelo se inclina hacia abajo, la aeronave debe cabecear hacia abajo.

A medida que la trayectoria de vuelo se curva hacia abajo, la gravedad (el vector de peso) adquiere un componente que actúa en parte en paralelo a la trayectoria de vuelo en la dirección de avance, y esto es lo que impulsa el aumento de la velocidad aerodinámica hasta que vuelve aproximadamente al valor inicial.

A medida que aumenta la velocidad aerodinámica, la trayectoria de vuelo deja de inclinarse hacia abajo. En realidad, en la vida real, es probable que veamos que la velocidad aerodinámica se "sobrepasa" ligeramente y luego vuelve a disminuir. A medida que la velocidad aerodinámica "sobrepasa", proporciona el exceso de sustentación necesario para curvar la trayectoria de vuelo hacia algo más cercano al vuelo horizontal, pero no exactamente horizontal. Como has reducido la potencia, terminarás en un planeo descendente.

entonces su velocidad volverá a ser la que solía ser y su AOA recortado seguirá siendo capaz de suministrar esa cantidad exacta de sustentación

Dado que ha reducido la potencia, ahora se encuentra en un planeo descendente. En una primera aproximación, su declaración anterior es verdadera. Es una buena aproximación para ángulos de planeo bajos a moderados. Pero si quieres saber toda la verdad, es que el vector de sustentación es ligeramente menor en un planeo que en un vuelo nivelado, lo que significa que la velocidad aerodinámica es ligeramente menor en un planeo que en un vuelo nivelado con el mismo ángulo de ataque. Para obtener más información, consulte los diagramas vectoriales en esta respuesta relacionada.. Pero realmente no necesita entender esto para responder a su pregunta. Lo más importante que hay que entender es que planear en lugar de volar nivelado es la única forma en que podemos acomodar el hecho de que la resistencia ahora es mayor que el empuje. Vuelva a ver los diagramas vectoriales en la respuesta vinculada: simplemente sustituya mentalmente "arrastrar menos empuje" por "arrastrar" en los diagramas vectoriales y obtendrá la idea.

que tgt con el ascensor a esa misma velocidad aerodinámica es justo para contrarrestar el peso. Entonces el avión volverá a nivelar el vuelo nuevamente.

No, será en un planeo estabilizado. El peso se equilibrará con la componente vertical de sustentación, más la componente vertical de (resistencia al avance menos empuje). Consulte los diagramas vectoriales en esta respuesta relacionada para obtener más información; simplemente sustituya mentalmente "arrastre menos empuje" por "arrastre".

Dado que se reduce la potencia, esperaría que la aeronave continuara perdiendo velocidad y que todo el ciclo de cabeceo hacia abajo y luego de regreso a la posición recta y nivelada continuara y continuara.

Está comenzando a tocar la cuestión de la oscilación "phugoid" del tono, pero eso realmente no tiene nada que ver con el núcleo de su pregunta. Lo más importante que hay que entender es que reducir la potencia mientras se mantiene constante el ángulo de ataque, o mientras se mantiene constante la velocidad aerodinámica, técnicamente no pueden ocurrir ambas cosas a la vez, pero no se preocupe demasiado por eso, permitirá que el avión terminan en un planeo estabilizado, con el peso soportado por la componente vertical de sustentación más la componente vertical de (resistencia al avance menos empuje).

Un par de notas más para cerrar...

Primero, este asunto de que la aeronave tiende a recortarse a una velocidad aerodinámica ligeramente más baja en un planeo que en un vuelo nivelado, si el ángulo de ataque se mantiene constante; rara vez podrá detectar este efecto en la práctica real. Por ejemplo, en un avión con una hélice en el morro, si cambia la configuración de potencia sin tocar el yugo o el control de compensación del elevador, el cambio en la propulsión sobre la cola a menudo causará una cierta cantidad de cambio en el ángulo de ataque. , que impulsará un cambio en la velocidad aerodinámica. En los jets, las líneas de empuje compensadas pueden causar un efecto similar. Es probable que este tipo de efectos empequeñezcan por completo el cambio en la velocidad aerodinámica causado por el hecho de que para el mismo ángulo de ataque, el vector de sustentación y, por lo tanto, la velocidad aerodinámica, debe ser ligeramente menor/menor en planeo que en vuelo nivelado. . Tenga en cuenta que en los diagramas vectoriales en la respuesta vinculada anteriormente, el vector de elevación en realidad no es mucho más pequeño que el vector de peso, siempre que el ángulo de planeo no sea demasiado pronunciado. Y dado que la sustentación es proporcional a la velocidad aerodinámica al cuadrado, solo se necesitaría una reducción muy pequeña en la velocidad aerodinámica para causar esa cantidad de reducción en el vector de sustentación mientras se mantiene constante el ángulo de ataque. Aún así, cuando el vector (arrastre menos empuje) no es cero, debe acomodarse en el triángulo vectorial como se muestra en la respuesta vinculada, lo que significa que la sustentación debe ser, de hecho, un poco menor que el peso. solo se necesitaría una reducción muy pequeña en la velocidad del aire para causar esa cantidad de reducción en el vector de sustentación mientras se mantiene constante el ángulo de ataque. Aún así, cuando el vector (arrastre menos empuje) no es cero, debe acomodarse en el triángulo vectorial como se muestra en la respuesta vinculada, lo que significa que la sustentación debe ser, de hecho, un poco menor que el peso. solo se necesitaría una reducción muy pequeña en la velocidad del aire para causar esa cantidad de reducción en el vector de sustentación mientras se mantiene constante el ángulo de ataque. Aún así, cuando el vector (arrastre menos empuje) no es cero, debe acomodarse en el triángulo vectorial como se muestra en la respuesta vinculada, lo que significa que la sustentación debe ser, de hecho, un poco menor que el peso.

Y segundo, si realiza la reducción de potencia de manera muy gradual, la aeronave se mantendrá cerca de una condición de estado estable. Pasarás sin problemas al planeo de estado estable final y a la velocidad aerodinámica final (que, por todas las razones mencionadas anteriormente, puede o no ser un poco diferente de la velocidad aerodinámica que tenías con la configuración de potencia más alta). Por otro lado, si haces una gran reducción de potencia abruptamente, verás que la velocidad del aire cae significativamente, y luego el morro se inclinará bastante hacia abajo, y luego la velocidad del aire "sobrepasará" muy por encima del valor final de estado estable, y luego el morro se elevará por encima de la actitud final para el planeo, y luego la velocidad aerodinámica "no alcanzará" el valor final. Este es el tono "phugoid" en acción, y es posible que vea varios ciclos antes de que todo se estabilice en un deslizamiento constante.

Parece que tiene un concepto erróneo allí: cuando el componente vertical de la sustentación es igual al peso, esto no significa que el avión volará nivelado. Cuando las fuerzas se equilibren, la aceleración vertical será cero y, por lo tanto, la velocidad vertical será constante (no necesariamente cero).

Entonces, después de que la perturbación inicial y las oscilaciones fugoides resultantes (donde la aceleración vertical oscila entre positiva y negativa) desaparezcan, la aeronave estará en un nuevo equilibrio con aceleración vertical cero y, por lo tanto, una velocidad de descenso constante.

En lenguaje sencillo ....

El tono controla la velocidad. La potencia controla la velocidad y la elevación. Aumentar la potencia para el mismo ángulo de ataque producirá más velocidad y, por lo tanto, más sustentación. Disminuir la velocidad para el mismo ángulo de ataque producirá menos sustentación.

Si solo reduce la potencia y mantiene el cabeceo igual, perderá sustentación y velocidad. Si antes volabas nivelado, ahora te estás hundiendo.

Sí, en realidad es mucho más complicado que esto. Es un equilibrio dinámico entre todos los controles de su avión. Si tiras de la palanca hacia atrás, la velocidad se convierte en altura hasta que el arrastre lo barre todo y dejas de escalar. Si su centro de empuje no está directamente alineado con el centro de arrastre, entonces el tono cambiará a medida que cambie la potencia. (Esta es la razón del accidente del 737 Max) El aumento de la velocidad aumenta la resistencia, lo que hace que el avión sea menos eficiente. Si te inclinas hacia abajo para mantener la velocidad, entonces la resistencia sube y te hundes aún más rápido.

Los cambios de potencia y los cambios de cabeceo son fuerzas dinámicas y la mayoría de los aviones que volará se estabilizarán en algún lugar nuevo. Algunos tardan más que otros. La mayoría tenderá a tambalearse un poco hasta que se asiente. No sueltes el palo, mira por la ventana hacia el horizonte.

Si realmente quiere tener una idea de cómo se relacionan la sustentación y la velocidad, vuele un planeador durante unas horas.