Eu experimentei G negativo com a alavanca de controle FULL AFT perto do topo de um loop.
Minhas perguntas:
Aerodinamicamente, o que aconteceu? A asa encontrava o ar em um ângulo de ataque de elevação negativa (criando uma força de elevação em direção ao céu) nesse instante?
Como posso mudar minha técnica para evitar isso?
Você era muito lento.
Inicie o loop com mais velocidade e puxe mais (se o limite g da sua aeronave permitir) no início, para que você tenha mais velocidade no topo.
Aerodynamically, what happened?
Sem aerodinâmica, você sente -1 g no topo do loop, simplesmente invertendo o avião. Como o avião sente a mesma aceleração, vocês dois se movem juntos - até a velocidade vertical aumentar e arrastar manterá o avião de volta. É quando você tem a sensação de gs negativos. Para permanecer com gs positivos, você precisa de uma força centrífuga para compensar a gravidade da Terra. Este é o produto da velocidade de rotação do pitch ao quadrado e o raio do loop. Se sua velocidade de vôo diminuir, o raio também cairá e deixará pouca força centrífuga, mesmo em uma alta taxa de inclinação. Dan Pichelman descreve corretamente como esse tipo de loop parece para um observador externo.
Portanto, há pouca aerodinâmica envolvida aqui, além do arrasto - a baixa velocidade reduzirá todas as forças aerodinâmicas. O ângulo de ataque da asa é insignificante - o que conta é a força inercial da aeronave em movimento (além da gravidade, é claro).
Se o seu avião o colocar atrás do centro de gravidade, puxar com força dará a sensação de gs negativos, mesmo quando a aeronave como um todo ainda estiver em gs positivos. Qualquer manobra adicionará efeitos inerciais que crescem com a distância do piloto do centro de gravidade.
How can I change my technique to prevent this?
Voe mais rápido e seja rápido o suficiente na parte superior para empurrar para arredondar o loop, para que pareça mais um círculo. Mas certifique-se de ficar dentro dos limites do seu avião. Novamente, Dan está certo: é realmente péssimo quando as asas se dobram.
Gs negativos são completamente normais no topo do loop. Quando fiz meu primeiro loop em uma aeronave de cabine aberta (um Boeing Stearman, nada menos), fiz exatamente isso: empurre para perto do topo. No entanto, isso não durou muito, porque meu instrutor imediatamente lamentou "puxe, puxe!". Ele não tinha fechado os bolsos da jaqueta de vôo e começou a perder o conteúdo. Portanto, verifique se todo o equipamento está protegido antes de fazer acrobacias.
Um loop "por diversão" típico, pilotado por alguém com pouca experiência, geralmente tem o formato de uma letra minúscula cursiva "L" ou "E" em vez de um círculo. Há uma tração bastante suave da horizontal para a vertical, depois uma tração mais nítida na parte superior.
Se esse fosse o caso, você poderia facilmente puxar para a vertical, diminuir a pressão do manche para subir quase por um tempo e depois puxar um pouco mais para trazer o nariz por cima.
Você ficaria pendurado no cinto por alguns segundos (mais se não continuasse puxando a bengala) até o nariz puxar de volta ao vôo nivelado.
- Aerodynamically, what happened? Was the wing meeting the air at a negative-lift angle-of-attack (creating a skyward lift force) at this instant?
Sim, do ponto de vista da asa, você teve brevemente um ângulo de ataque negativo.
- How can I change my technique to prevent this?
Saiba onde procurar:
Mantenha a "taxa de mudança de tom" constante.
A gravidade e / ou a "força centrífuga" não contribuem para a força "sentida" pelo piloto (e pela estrutura da aeronave). Somente forças aerodinâmicas o fazem. Na verdade, a força centrífuga aparente criada pela rotação sobre o CG da aeronave é "sentida" pelo piloto, mas isso parece contribuir com um componente de carga G positivo para um piloto sentado em frente ao CG da aeronave durante um loop. Isso certamente seria significativo em uma aeronave com o cockpit bem na frente do CG, girando muito rapidamente em torno do CG.
Para que G negativo ocorra próximo ao topo do loop, a asa deve estar de fato em um ângulo de ataque negativo nesse ponto, mesmo com o manche cheio à ré. Veja como isso pode acontecer:
No topo do loop, a velocidade do ar era bastante baixa, o que significa que a trajetória de vôo tinha um raio de curvatura muito pequeno (pequeno) da trajetória de vôo devido à baixa velocidade do ar. Observe que a gravidade e a força aerodinâmica combinam-se para determinar a aceleração curvilínea total da aeronave no espaço, e a gravidade está forçando o trajeto do voo a curvar-se em direção à terra no topo do loop, mesmo se a força de elevação aerodinâmica for muito pequena ou mesmo negativa (para o céu) . Como várias moléculas da aeronave estão se movendo em direções diferentes a qualquer momento (pense em um giro plano para um exemplo extremo), o vento relativo (que significa o fluxo de ar não perturbado - o vento aparente criado pelo movimento da aeronave - o direção em que o fluxo de ar estaria vindo se não fosse alterado pela perturbação criada pela presença física da aeronave) "sentido" em qualquer ponto das curvas de superfície da aeronave para seguir o caminho da curva. Isso significa que o fluxo de ar real também terá uma curvatura. Se o loop tiver um raio muito apertado no topo, esse efeito será extremamente significativo.
A menos que a fuselagem seja capaz de dobrar como uma banana (com o lado do "dossel" sendo o lado côncavo e o lado do "ventre" sendo o lado convexo) para se conformar com o fluxo em curva, podemos visualizar (falando livremente) que o fluxo em curva tenderá a "empurrar" contra a parte inferior (lado da "barriga") da cauda horizontal e inclinar o nariz em direção à barriga da aeronave - neste caso, em direção ao céu. É como se estivéssemos dando decalques negativos à aeronave. Devido a esse torque de inclinação, o elevador traseiro completo pode ser insuficiente para comandar um AOA positivo na asa. Uma velocidade de entrada mais rápida (ou tração inicial mais forte) aumenta a velocidade do ar na parte superior do loop, aumentando o raio do loop e evitando problemas com G. negativo
Outra maneira de pensar na "curvatura do vento relativo" é observar que uma rotação de inclinação sempre leva a um certo efeito de "amortecimento de inclinação". O amortecimento do passo e a curvatura do vento relativo são dois lados da mesma moeda. De qualquer maneira, observamos que o vento relativo de "fluxo livre" ou não perturbado tende a ser direcionado "para cima" (isto é, tem um componente vertical voltado da barriga para o dossel) na extremidade traseira da fuselagem durante um loop, que tende a lançar o nariz "para baixo" (em direção à barriga), diminuindo o ângulo de ataque da asa. O fluxo de ar real na extremidade traseira da aeronave será afetado pelo downwash da asa, mas uma determinada entrada do elevador com a ponta do nariz ainda acabará criando menos torque de inclinação do nariz quando a trajetória de vôo estiver curvada no nariz. para cima "(em direção ao velame), do que seria se a trajetória de vôo fosse completamente linear e a taxa de rotação do tom fosse zero. A curvatura do vento relativo - o efeito de amortecimento de inclinação - reduz efetivamente a "compra" ou "alavancagem" do elevador no ar e reduz a quantidade de torque de inclinação do nariz "ascendente" (em direção ao dossel) criado pelo elevador elevado , comparado ao que veríamos na mesma velocidade, se a trajetória de vôo fosse linear. Uma rotação normal de velocidade constante também envolve alguma rotação de inclinação, portanto o mesmo efeito está presente em algum grau - mais sobre isso mais tarde.
Essas dinâmicas são uma razão pela qual uma cauda horizontal móvel pode ser uma coisa boa - especialmente em modelos de aeronaves controladas por rádio, onde a força do bastão é fornecida por molas no transmissor e, portanto, as características da força do bastão por G não são uma preocupação. Facadas totalmente em movimento podem ser ruins em termos de aumento agradável da força da trava com o carregamento G, mas olhe a cauda do este planador acrobático Fox - o elevador compreende mais da metade da área total horizontal da cauda. (Este NÃO é o planador em que eu experimentei G negativo por cima do loop!)
Na minha experiência pessoal, se o loop estiver no sentido horário e o 12 horas for o topo do loop, e a velocidade do ar ficar muito baixa por cima do loop, o G negativo (com a vara à ré) ocorrerá a partir de sobre as posições 12: 30 nas posições 1: 30 ou 2: 00, não na parte superior do loop. Parece que o ponto de menor velocidade no ar não ocorre no ponto G mais forte, e a carga G pode de fato ser positiva no ponto de velocidade mais baixa, o que provavelmente ocorre em algum lugar entre o 12: 00 e 12: 30 posições. Não sei o motivo disso. Talvez eu tenha percebido mal a posição da aeronave no loop devido à atitude incomum e à imagem de visão não acostumada, mas acho que não. Como o torque de inclinação comanda uma mudança na taxa de rotação, em vez de governar diretamente a taxa de rotação, talvez houvesse simplesmente um intervalo de tempo entre o momento em que a cauda começou a "sentir" uma forte mudança na direção do fluxo de ar devido à diminuição do raio no topo da o loop e o tempo em que a taxa de rotação do arremesso da aeronave foi alterada o suficiente por esse torque, em relação à (não necessariamente constante) taxa de rotação do arremesso que seria necessária em um dado instante para manter a constante do ângulo de ataque , para direcionar a asa para um ângulo de ataque negativo. Esta é apenas uma hipótese.
O G negativo era muito suave, mas o suficiente para fazer os objetos se levantarem contra o dossel.
Lembro-me de que o problema foi evitado se eu não deixasse a velocidade do ar cair abaixo de 40 mph no ponto mais baixo.
A curvatura no vento relativo também está presente em uma curva normal e requer que o manípulo esteja mais à ré para comandar um determinado ângulo de ataque enquanto gira do que em um vôo no nível das asas. Devido à baixa velocidade do ar envolvida, esse efeito é extremamente perceptível durante uma pequena curva no avião de vela. Conheço pelo menos um planador em que o lance total "ascendente" é um pouco limitado para ajudar a impedir paradas e giros, e pilotos pesados (que movem o CG da aeronave para perto da borda dianteira do envelope permitido) acham que não é apenas quase impossível parar em uma curva (sem uma súbita rajada de vento por baixo), mas difícil manter uma velocidade no ar lenta o suficiente para uma otimização da temperatura, mesmo com a vara na popa. Eles simplesmente não têm potência de elevador suficiente para colocar a asa no ângulo de ataque ideal (alto) durante uma curva térmica acentuada. Durante o vôo linear no nível das asas, esses mesmos pilotos não têm problemas em comandar uma estol ou colocar a asa no ângulo de ataque ideal (alto) necessário para obter o vôo com a menor taxa de afundamento possível.
Em um nível mais fundamental, a razão pela qual não "sentimos" a gravidade é que a gravidade exerce uma força igual por unidade de massa em todas as moléculas da aeronave e no corpo do piloto, tudo ao mesmo tempo, não criando, portanto, tensões ou deformações. corpo ou estrutura, e não criando tendência para o piloto se mover em direção ou afastar-se do assento da aeronave. Em vôo, sentimos apenas forças aerodinâmicas. Exemplos: vôo 0G-- aceleração total-- 1G para baixo-- aceleração sentida - 0G. Voar em linha reta e nivelada - aceleração total - 0G - aceleração sentida - força de elevação ascendente 1G (por unidade de massa) gerada pelas asas. Permanecendo imóvel em solo sólido - aceleração total - 0G - aceleração sentida - força de impulso para cima 1G (por unidade de massa) do piso contra solas dos pés. Em todos os casos, força "sentida" + força gravitacional = força "total".
Se adotamos a aeronave como nosso referencial, ENTÃO temos um referencial acelerado e temos que considerar a força centrífuga (inercial). Além disso, se considerarmos que a aeronave é um ponto de referência fixo, é válido dizer que o piloto tenderá a "sentir" a gravidade puxando-o contra seu assento em um vôo vertical normal e contra os cintos de segurança em um vôo invertido sustentado. Em um dado instante, a força total que calculamos que o piloto acabará "sentindo" será a mesma, independentemente de escolhermos a aeronave como um quadro de referência, o que exige que consideremos a força e a gravidade centrífugas (inerciais) ou escolha um quadro de referência inercial verdadeiro; nesse caso, a força centrífuga (inercial) desaparece e a gravidade é uma força que cria uma aceleração, mas não pode ser "sentida". No entanto, em um quadro de referência acelerado, não é mais verdade que F = ma, portanto, essa não é uma boa escolha de quadro de referência, se queremos descobrir a causa fundamental da força total que atua na aeronave, a aceleração total que atua na aeronave. , e a carga G "sentida" pela aeronave e pelo piloto.
Em outras palavras - a força centrífuga aparente criada pela rotação sobre o centro do loop (em oposição à rotação sobre o CG da aeronave) é um pseudoforce que é simplesmente igual e oposto à força centrípeta aerodinâmica real gerada por a aeronave. Isso é tudo. Se contamos ou não em nossos cálculos depende se estamos usando um referencial acelerado que está ligado à aeronave ou um referencial inercial como a terra ou a massa de ar (no último caso, assumindo que qualquer vento presente seja linear e não uma rotação, como um pó de poeira ou uma coluna térmica rotativa etc.)
Para ajudar a entender a vantagem de escolher um referencial inercial verdadeiro, como a Terra, sobre um referencial acelerado, como um que se move com a aeronave, considere esta questão - em um instante em que a carga G é negativa (com o manípulo a ré) próximo ao topo do loop, como descrito na pergunta original, se subitamente tirássemos a atmosfera para que o avião estivesse no vácuo, preservando a mesma velocidade inicial e a mesma força gravitacional, o "sentido" seria G -load-- a carga G no medidor G-- instantaneamente chega a zero? Por que ou por que não?
Ligações externas pertencentes à curvatura do vento relativo no voo de rotação (não especificamente nas malhas)
"Circulando pelo Caminho Holighaus" Richard H. Johnson - Um ponto importante é que, quando um planador circula, se a fuselagem for tangente ao fluxo curvo perto do CG, ela não será tangente ao fluxo curvo perto do nariz - e a corda da guinada será ser ligeiramente desviado para fora da curva. Mas há um pouco mais do que isso.
A série "Estabilidade em espiral e o efeito tigela" - de Blaine Beron-Rawdon - refere-se à estabilidade e controle de planadores de rc controlados por leme--
Tags aerodinâmica acrobacias
