A posição do manche poderia ser usada como um indicador de ângulo de ataque?

Para um determinado conjunto de parâmetros de configuração, CG, peso, potência, carga G, teoricamente você poderia usar a posição do manche como uma indicação de estol se aproximando. O problema é que a localização real variaria com todos esses parâmetros; portanto, se você tivesse um dispositivo indicador de estol que estivesse medindo e exibindo a posição do manche, seria necessário variar constantemente a calibração com a configuração de potência, posição da aba, carga G e todo o peso e centro de gravidade.

Portanto, pegue o aparato que você teria desenvolvido para ir para o chão para medir onde está o bastão e mova-o para a asa com uma palheta que é soprada no fluxo de ar limpo, faça com que esse indicador seja acionado e pronto ! Não é necessário ajustar nenhuma variável de configuração e você sabe exatamente onde está em relação à parada o tempo todo e em todos os regimes de vôo.

Vou contradizer todo mundo um pouco e dizer que a ideia tem algum mérito.

Se considerarmos o problema matematicamente, em perfeitas condições (ar calmo, vôo reto e nivelado, const tudo), então pode ser útil pensar no controle do elevador como um controle AoA. Muitas pessoas, incluindo pilotos, não conseguem perceber o forte elo aqui. Portanto, pelo menos para fins educacionais, podemos dizer que sim.

Contudo, mesmo nessas condições, devemos enfatizar que estamos apenas falando sobre curso estável condições, quando tudo se estabiliza em valores constantes / constantes novamente. Quando você move o manche (o que você pode fazer muito rapidamente), a aeronave não reage instantaneamente (nem estritamente proporcionalmente). Haverá efeitos de transição de complexidade variável, e muitos dos estudos científicos da Flight Dynamics são exatamente isso. No entanto, um avião 'bom' estável se acomodará em algo (desde que tenha capacidade para isso, por exemplo, potência), e esse novo AoA refletirá a nova posição do manche.

Por esse motivo, na prática é mais útil pensar no elevador aparar controlando a AoA constante do que o próprio elevador: normalmente usamos trim para exatamente essas condições estáveis, e usamos o elevador para 'dinâmica'.

Obviamente, como todos disseram, na prática existem muito mais variáveis ​​(que na verdade variar) e um sensor AoA adequado não é tão complicado. Mesmo a posição do manípulo / compensação para um dado AoA em estado estacionário variará dependendo da localização do CG, pois precisará de uma quantidade diferente de percurso para o mesmo efeito. No entanto, existem alguns prático casos em que a posição do stick faz uma proxy razoável para a AoA, apesar de ter um sensor de AoA.

Primeiro, o stick permite separar intencional AoA muda dos acidentais (por exemplo, devido a rajadas de vento). Às vezes importa. Segundo, pode ser mais rápido (para alterações intencionais): o stick mostrará o desejado AoA antes que um seja realmente alcançado. Essas duas coisas são usadas em pelo menos um sistema de controle que eu conheço: o controle do cone do nariz do MiG-21bis.

O cone precisa ser movido para a frente em áreas mais altas, para que as ondas de choque supersônicas não entrem na entrada. No entanto, você não quer movê-lo constantemente a cada pequena rajada; ao mesmo tempo, a unidade não é tão rápida e você deseja antecipá-la antes que o AoA perigoso seja atingido. Portanto, a posição do stick é usada como entrada para este sistema nesta aeronave, em vez do verdadeiro AoA (disponível).

A dinâmica da aeronave certamente relaciona o ângulo de ataque e a posição do manete, mas não são relacionados um a um. Existem dinâmicas complexas envolvidas. Alguns exemplos:

1. Você pode pegar o manche e, a uma velocidade lenta da aeronave, alterne rapidamente entre as paradas e a AOA da aeronave não o acompanhará. A resposta da AOA à posição do stick não é instantânea (em velocidades lentas).
2. Você pode consertar o bastão e voar em turbulência, e a AOA estará em todo o lugar enquanto o bastão estiver fixo. Novamente, é um modelo dinâmico de relação entre a posição do stick e a AOA.
3. Você pode mudar a posição do CG queimando combustível e a relação da posição do manípulo / AOA mudará.

"Stick and Rudder", de Langewiesche, enfatiza a idéia de que o elevador é fundamentalmente um controle do ângulo de ataque, e que limitar o movimento de ré do stick de controle impedirá a asa de alcançar o ângulo de ataque do estol.

Mas aqui está um problema fundamental com a idéia de usar a alavanca de controle como um indicador de ângulo de ataque - ela pode funcionar bem em um vôo no nível das asas, não acelerado (sem loop), mas no vôo de rotação, a alavanca muitas vezes deve ser posicionado MUITO MAIS A DISTÂNCIA para definir a asa em um determinado ângulo de ataque do que em um vôo no nível das asas.

Por exemplo, quando um avião a vela é pequeno, o manche geralmente fica muito atrás - em uma posição que produziria um estol no vôo no nível das asas. Isto é especialmente verdade se o CG estiver bastante adiantado.

Existem vários planadores (por exemplo: Slingsby Swallow) que foram projetados para ter um lançamento de elevador bastante limitado no interesse da prevenção de estol, em que pilotos pesados ​​que voam perto da borda dianteira do envelope de CG permitido descobrem que em uma curva térmica, mesmo colocando o manche à ré contra o batente à ré produz um ângulo de ataque claramente inferior ao ângulo de ataque que produziria a taxa mínima de afundamento. Em outras palavras, eles são forçados a voar muito rápido. Mesmo que os mesmos pilotos pudessem desacelerar bem abaixo da velocidade mínima de afundamento e, talvez, até a velocidade de estol, em um vôo no nível das asas.

Várias explicações defeituosas foram oferecidas sobre o porquê disso. A verdade é que, se a trajetória de vôo está se curvando, o vento relativo também está se curvando. Ou, dito de outra maneira, como a aeronave está girando em inclinação e guinada, além de traduzir linearmente, o movimento de rotação induz uma diferença na direção do vento relativo local entre o nariz da aeronave e a cauda da aeronave. .

Falando livremente, em uma curva moderada a acentuada, no quadro de referência da aeronave, o nariz está constantemente "subindo" e a cauda constantemente "caindo" e, portanto, o vento relativo em curva tende a "empurrar" a cauda e criar um torque de nariz para baixo, colocando a asa em um ângulo de ataque mais baixo do que veríamos com a mesma posição do manípulo em um vôo no nível das asas.

Isso também pode ser descrito como um efeito de "amortecimento de inclinação" - a aeronave possui uma resistência aerodinâmica inerente à rotação de inclinação, e essa resistência aerodinâmica é expressa como um torque de inclinação do nariz para baixo que faz com que a asa voe em um ângulo de inclinação mais baixo. ataque do que veríamos na mesma posição do elevador em um vôo linear no nível das asas.

Esses efeitos são muito mais pronunciados em aeronaves que voam devagar do que em aeronaves que voam mais rápido com as mesmas dimensões lineares, porque o raio de curvatura de uma curva é inversamente proporcional ao quadrado da velocidade do ar.

Se tudo isso lhe parecer um pouco implausível, você pode ler o artigo "Circulando o caminho da Holighaus", que trata dos efeitos do vento relativo em curva na dimensão da guinada (não da inclinação).

http://www.wisoar.org/Documents/Holighaus%20-%20Thermalling%20Efficiency.pdf

Observe também que em um arremesso "phugoid", com o elevador flutuando livremente ou com o elevador firmemente mantido em uma posição completamente fixa, pode acontecer que a buzina pare quando a trajetória de vôo se desenrola para baixo perto do topo de cada oscilação, mas é silencioso, pois o vôo se move para cima perto da parte inferior de cada oscilação. Novamente, essa é uma manifestação da maneira como a curvatura na trajetória de vôo e o vento relativo causam um aumento ou diminuição no ângulo de ataque da asa.

A posição relativa do bastão é um bom medidor do "assento das calças" para saber quando você está perto de uma barraca, mas a sensação do bastão muda com o caimento e, portanto, não é um indicador confiável da posição do bastão. Portanto, sim, existe uma correlação entre os dois que pode ser útil, mas a posição por si só não deve ser usada como meio primário de determinação da AOA crítica. Além disso, o Angle of Attack tem uma definição precisa associada a ele. Embora a posição do stick influencie a AOA, ela não atende a essa definição; portanto, os dois não devem ser confundidos.

Falso.

O problema é que, mesmo com todas as suas estipulações, ainda existem coisas que podem afetar o AoA além da entrada do stick. Por exemplo, você estipulou "CG normal" sem definir exatamente o que isso significa. A maioria dos pilotos ao ouvir essa frase assumiria que você quis dizer "em algum lugar entre os limites dianteiro e traseiro" - ou seja, onde o CG "normalmente" está. Mas o CG pode variar dentro desse intervalo, alterando o momento de lançamento do avião, alterando assim a relação entre a posição do manche e o AoA.

Mas e se estipulássemos que o GC estivesse em um local fixo e conhecido? Ainda há a questão da velocidade no ar. Quanto mais ar flui através do elevador, maior a autoridade de controle que você tem; portanto, a mesma entrada cria uma mudança maior de AoA.

Mas e se estipularmos que a velocidade no ar foi corrigida? Provavelmente existem vários outros fatores em que não consigo pensar no topo da minha cabeça que também afetam o AoA.

Mas e se estipularmos que todos esses outros fatores também são fixos? Então você ainda há o problema de que o AoA ficaria atrás da posição do manche devido à inércia do avião. Isso muda o seu indicador teórico de AoA para mais um indicador do que seria o AoA se você não mudou o bastão recentemente.

Porém, se você adicionar todas essas outras estipulações e encontrar uma maneira de compensar o atraso, a resposta à sua pergunta se tornará verdadeira: você pode usar a posição do stick para calcular a AoA.

Vamos tentar um exemplo concreto. Suponha que eu esteja voando, reto e nivelado, em um ângulo de ataque 3 °. Eu quero subir, então eu puxo o bastão para trás. O que acontece com o AoA? Tudo o que fiz foi girar o avião, ainda não mudei a direção do voo; portanto, o AoA começa a aumentar. Aumentar o AoA aumenta a sustentação (contanto que você não tenha parado), então agora a sustentação é maior que o peso, para que o avião comece a subir. Isso, por sua vez, altera o ângulo do vento relativo até atingir um equilíbrio com base na velocidade de rotação do avião.

A AoA é mantida nesse ponto de equilíbrio por forças aerodinâmicas. Se o AoA diminuir abaixo desse ponto, o avião perde a sustentação, de modo que o vento relativo não pode acompanhar a rotação do avião, o que aumenta o AoA. Se o AoA ultrapassar esse ponto, o avião ganha sustentação extra, de modo que o vento relativo começa a acompanhar a rotação do avião, o que reduz o AoA.

Mas nada que gira o avião terá exatamente o mesmo efeito. Digamos que um grandalhão se levante do banco da frente e caminhe para trás. Isso produz um momento de rotação que tenta elevar o avião. Se nada for feito para equilibrar isso, o avião começará a girar, produzindo exatamente o mesmo efeito de alterar o AoA, causando uma subida, que altera o vento relativo até encontrar seu novo ponto de equilíbrio.

O problema de usar a posição do bastão como indicador de paralisação é que, mesmo com o bastão em ponto morto, quero dizer, não tocá-lo, você pode ficar paralisado apenas agindo no ajuste. Existem várias soluções para impedir a paralisação; além do aviso de estol, a filosofia da Boeing no B777 é modificar a carga do manche. A Airbus também possui uma solução pela qual o manche, em vez de dar uma deflexão proporcional ao elevador, fornece uma ordem de fator de carga que se torna limitada quando você se aproxima da AOA crítica, sendo a AOA crítica função da configuração que é aba, ripas etc, por essa técnica, puxar completamente o bastão não causa estol; A Airbus usa sensores 3 AOA para isolar um sensor com defeito.

FALSE

Na verdade, essa é uma suposição muito perigosa. Em primeiro lugar, existe uma relação entre CG e inclinação do elevador que pode ser aprendida com aviões de papel e planadores simples de balsa. Aprender o básico do voo sem potência é essencial para entender a AOA e o estol, bem como apreciar a importância de estar dentro dos limites do CG.

A AOA depende da relação entre Clift, CG e pitch (posição do stick AND trim) e velocidade do ar. Um avião configurado com CG dianteiro e elevador ascendente por projeto aumentará sua AOA a uma velocidade muito alta e diminuirá à medida que a velocidade diminui ao subir e aumentar a resistência.

Observe que quando o avião sobe, o vento relativo também muda na cauda, ​​elevando ainda mais o nariz, mas o CG dianteiro e a velocidade do ar diminuem o efeito de afinação. Eventualmente, o avião para de subir e o vento relativo muda novamente na cauda, ​​empurrando o nariz para baixo enquanto afunda.

Agora mova o peso de volta para a mesma configuração de elevador além do limite de CG à ré. À medida que o avião sobe e diminui, o nariz continua subindo. A AOA aumentará até o ponto de estol. Nos modelos, isso produz um vôo nivelado suave, à medida que a aeronave obedece às leis da física: um aumento maior do AOA cancela a diminuição do aumento da velocidade, até o ponto de estol, onde ele cairá abruptamente.

Então, realmente a velocidade no ar é o que você precisa para ficar de olho. Em uma velocidade constante do ar, uma determinada configuração de inclinação fornecerá uma dada AOA, assumindo que não há mudança no vento relativo (consulte Trabalho em Flyers Quiet descrevendo térmicas).

Muitos fatores no vôo real para tornar a posição do bastão útil além de uma aproximação geral.