Por que / como uma configuração de para-quedas do plano inferior é aerodinamicamente estável?

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Por que / como uma configuração de para-quedas do plano inferior é aerodinamicamente estável?

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Uma das situações mais perigosas possíveis no paraquedismo é o chamado downplane, onde as rampas principal e de reserva são implantadas, e elas se deslocam para os lados do paraquedista até ficarem de lado, da seguinte forma:

(Imagem da Marinha dos Estados Unidos, via Wikimedia Commons; na verdade, trata-se de uma simulação de um plano inferior, com dois paraquedistas e apenas um paraquedas por paraquedista, em vez do negócio real, o que envolveria a implantação de ambos para-quedas a partir de um único paraquedista, mas ilustra muito bem a configuração.)

Isso reduz a área de seção transversal total (como vista pelo fluxo de ar) do conjunto paraquedista-pára-quedas, fazendo com que o referido conjunto acelere para baixo a velocidades acima do ideal, e é por isso que uma situação de downplane é perigosa.

No entanto, está longe de ser óbvio como um downplane seria aerodinamicamente estável; mesmo quando praticamente de ponta a ponta, cada um dos pára-quedas abertos ainda possui um coeficiente de arrasto muito alto,¹ uma massa bastante baixa e (como resultado) uma massa muito baixa coeficiente balístico,² enquanto o pára-quedista preso aos pára-quedas tem um coeficiente de arrasto bastante baixo, uma massa muito maior (em relação aos pára-quedas) e, conseqüentemente, muito Alto coeficiente balístico. Como tal, o paraquedista deve tender a seguir à frente dos dois para-quedas, com as forças aerodinâmicas sobre o último puxando-os para os mortos mais altos³ no centro, a menos que a barra inteira esteja girando rápido o suficiente em torno de seu eixo vertical para que a força centrífuga externa nos dosséis do pára-quedas supere a força de arraste para cima nos referidos dosséis, o que exigiria uma taxa de rotação alta o suficiente para ser letal, mesmo sem levar ao mau funcionamento do pára-quedas conta.

O que supera essas forças aerodinâmicas nos pára-quedas e torna um downplane aerodinamicamente estável?

¹: Embora muito mais baixo do que quando estiver de frente.

²: Medida da não afetação relativa por arrasto aerodinâmico de um objeto que se move através de uma atmosfera de determinada composição.

³: Sem trocadilhos.

falhas pára-quedas pára-quedismo

por Sean 22.06.2019 / 23:01

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Parece que cada pára-quedas tende a adotar uma posição em que uma linha traçada do para-quedista através do centro de pressão da calha fica atrás de uma linha traçada através do para-quedas perpendicular ao vento relativo, em um ângulo igual ao L / D proporção do pára-quedas. Quanto maior a proporção L / D do pára-quedas, mais perto da "retaguarda" a calha pode estar, no quadro de referência do pára-quedista em queda, com o corpo posicionado horizontalmente, conforme a foto. Quanto mais alta a relação L / D de uma pipa em uma corda, mais próxima sua posição em estado estacionário pode se aproximar de uma posição reta "acima da cabeça" do passageiro. Mas um downplane estável deve ser possível mesmo com rampas com uma relação L / D bastante baixa - as rampas simplesmente não seriam posicionadas quase uma em frente à outra, como é o caso na foto. Isso seria análogo a uma pipa com uma relação L / D ruim voando em uma posição que está longe de "sobrecarga" o flyer da pipa. A velocidade desse plano inferior tenderia a ser menor do que o plano inferior ilustrado na foto.

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Os pára-quedas estão sendo puxados para baixo a partir de um único ponto. Isso significa que o fluxo de ar relativo, ou ângulo de ataque, é reto. A elevação é perpendicular à AOA. Mesmo que o pára-quedas esteja parado perto do 90 deg AOA no início, ainda há um pouco de sustentação sendo produzida, que atua a graus 90 em relação ao AOA, criando um componente de empuxo líquido que faz com que os velames se afastem um do outro, reduzindo a AOA à medida que se abaixam e à medida que se tornam mais instáveis pela AOA redutora, a força de sustentação com componente de empuxo líquido perpendicular à AOA fica mais forte, afastando-os um do outro com mais força e diminuindo um pouco mais.

Eventualmente, à medida que se movem para os lados, a AOA continua diminuindo e, portanto, o componente de empuxo líquido da força de elevação diminui, até que seja pequeno o suficiente para ser equilibrado pelo arrasto dos velames.

Se os velames subirem novamente, a AOA sobe, o elevador sobe e o componente de empuxo líquido sobe, levando-os de volta ao arco. Se eles se moverem mais para baixo, o impulso líquido do componente de elevação diminui o suficiente para que o arraste o supere e mova os velames de volta. Em algum lugar lá, tudo se equilibra. Você está em uma condição de equilíbrio estável.

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Os paraquedas estão em uma posição de elevação alta, puxando um contra o outro e, assim, segurando o paraquedista. Se o paraquedista cair mais baixo, ele puxa os paraquedas para uma AOA mais alta, o que dá mais sustentação e puxa o paraquedista de volta. Assim, é estável.