Isso é comumente conhecido como o Estabilidade de velocidade, para não confundir com estabilidade de velocidade no sentido de estabilidade longitudinal estática. Eu acho que há alguma confusão comum com esse fenômeno. A primeira parte desta resposta aborda a questão do OP; a segunda parte esclarece uma confusão comum.

1. Resposta Principal

In nível vôo (taxa vertical zero), a equação longitudinal do movimento pode ser escrita sucintamente como:

$$ m \ ponto {V} = TD $$

$ m $ é massa de avião, $ V $ é a velocidade do ar, $ T $ é empurrado e $ D $ é arrastar. Agora, se expressarmos a pressão e o arrasto como aproximação de primeira ordem em função da mudança na velocidade do ar ($ \ Delta V $) da condição aparada, temos:

$$ T = T_0 + \ frac {dT} {dV} \ Delta V = T_0 + T_V \ Delta V $$ e $$ D = D_0 + \ frac {dD} {dV} \ Delta V = D_0 + D_V \ Delta V $$

Na condição de acabamento, temos necessariamente $ T_0 = D_0 $. Então agora temos uma nova equação de movimento:

$$ m \ ponto {\ Delta V} = (T_V-D_V) \ Delta V $$

Essa equação é uma equação diferencial ordinária de primeira ordem e é estável se $ T_V-D_V <0 $ e instável caso contrário.

• Para um avião a jato, o empuxo é bastante constante em condições planas e $ T_V $ é aproximadamente zero. Portanto, $ D_V = 0 $ corresponde exatamente ao arrasto mínimo ou impulso mínimo necessário (onde $ C_ {D_0} = C_ {D_i} $ para alta relação de aspecto, aviões Mach baixos).

• Para um plano de hélice, a potência é constante, mas agora o critério de estabilidade é $ - \ frac {P} {V ^ 2} -D_V <0 $. Isso não corresponde à potência mínima necessária nem ao impulso mínimo necessário.

2. Termo aditivo

O que esse resultado significa exatamente? Se um avião for aparado no regime de velocidade instável, ele decairá em direção à estol se sofrer uma perturbação de velocidade com a liberação do piloto, mesmo que seja estaticamente longitudinalmente estável?

Lembre-se, a equação com a qual começamos apenas se aplica nível condição em que o avião não está subindo nem descendo. Assim, o piloto deve manter a altitude com elevador enquanto a velocidade está mudando. A conclusão para a instabilidade da velocidade é:

• Se a altitude se desvia abaixo da altitude de compensação, puxar para cima diminui a velocidade do ar, resultando em mais deficiência de energia. A velocidade decairá continuamente dessa maneira.
• Se a altitude se desviar acima da altitude de compensação, pressionar para baixo aumentará a velocidade do ar, resultando em mais excesso de energia. A velocidade acelera continuamente até atingir um ponto estável do outro lado da polar.

Como o piloto está no circuito, ele não tem nada a ver com os modos próprios de aeronaves básicos.

O mesmo resultado pode ser obtido se procurarmos um ângulo constante da trajetória de vôo. Na configuração da abordagem, isso também é chamado estabilidade da trajetória de vôo, que eu acho que é um nome melhor do que estabilidade de velocidade.

Ambos têm razão à sua maneira.

Primeiro, o básico: a potência é multiplicada pela velocidade e é constante acima da velocidade para aeronaves a pistão movidas a hélice. Portanto, o impulso da hélice é proporcional à velocidade invertida. A potência mínima necessária coincide com o ponto de excesso de potência máxima, uma vez que precisa da configuração de potência mais baixa para o vôo aparado. O impulso mínimo necessário é quando o arrasto absoluto é mínimo. Como o impulso da hélice é inverso à velocidade, o voo com um arrasto mínimo precisa de mais potência e ocorre a uma velocidade maior que o vôo aparado na velocidade de excesso de potência máxima em aeronaves a pistão movidas a hélice.

Empuxo (verde), arrasto (vermelho) e excesso de potência (azul) sobre a velocidade de uma aeronave a hélice. A linha interrompida é para voo aparado na configuração de potência mais baixa. Números para aeronaves GA leves com 106 kW e 1300 kg de massa.

Agora, instabilidade: normalmente, se você aumentar a velocidade, precisará de mais energia para cortar a aeronave nessa velocidade mais alta. Sem intervenção do piloto, a aeronave desacelera para a velocidade reduzida. Este é um processo estável. Funciona ao contrário também. No gráfico acima, na faixa estável, você pode ver que, se você se afastar do ponto de compensação, o arrasto cairá menos do que o impulso, portanto, qualquer aumento de velocidade precisará de uma configuração de potência mais alta e a aeronave retornará ao ponto de compensação. Isso funciona para todas as configurações de energia à direita da velocidade máxima de excesso de energia.

Abaixo desse ponto, essa condição inverte: Agora, o arrasto aumentará mais com uma diminuição de velocidade do que o impulso aumentará. À esquerda da velocidade máxima de excesso de potência, um desvio da velocidade inicial irá acelerar ou desacelerar a aeronave, sem esperança de retornar ao estado inicial sem a intervenção do piloto.

Obviamente, a velocidade máxima de excesso de potência (que é a velocidade mínima exigida e a melhor velocidade de resistência para aeronaves a hélice) é a fronteira entre comportamento estável e instável. Para aeronaves a hélice.

Com os turbojatos, o impulso é praticamente constante na maior parte da faixa de velocidade subsônica e agora a velocidade máxima de excesso de potência coincide com a velocidade mínima necessária. Seu livro lida com turbojatos, enquanto essas páginas explicam a estabilidade da velocidade de aeronaves a hélice.

Bem, essa resposta não é minha, mas eu a encontrei, minutos atrás, nos livros de Dover, de Richard von Mises, "Theory of Flight", ISBN 978-0-486-60541-8.

'A abcissa, onde as duas curvas de poder têm tangentes paralelas ...'

Uma definição da "região de comando invertido" é a parte do envelope de vôo em que um pequeno movimento posterior do manche ou manche, causando uma pequena diminuição na velocidade do ar, sem alteração na posição do acelerador ou da alavanca de impulso, acabará levar a um aumento líquido na taxa de afundamento, não a uma diminuição líquida na taxa de afundamento.

Na "região do comando invertido", você deve avançar a alavanca do acelerador ou da pressão, não a retardar, para manter a altitude (ou para manter uma taxa de subida ou subida constante) à medida que você move lentamente o manche ou o manche à ré para diminuir a velocidade do ar .

Observe que isso NÃO significa que, na "região do comando invertido", se você deseja manter uma altitude constante ao mover o acelerador ou a alavanca de impulso para frente, é forçado a mover o manche ou o manche à ré e deixar a velocidade no ar diminuir. Em vez disso, você pode avançar para permitir que a aeronave acelere para fora da "região de comando invertido".

Se, para uma determinada posição do acelerador ou da alavanca de tração, o motor da sua aeronave estiver em constante potência, independentemente da velocidade do ar, característica de um motor a pistão ou turboélice, a "região de comando reverso" fará parte do envelope do voo em que a velocidade do ar é menor que a velocidade do ar para obter o mínimo de energia necessária. Ou seja, a parte do gráfico de energia necessária que fica à esquerda da velocidade do ar em que a energia mínima é necessária.

Por outro lado, se sua aeronave estiver realizando um empuxo constante, independentemente da velocidade do ar, característica de um motor a jato sem hélice, a "região de comando reverso" será a parte do envelope do voo em que a velocidade do ar é menor que a velocidade do ar para o impulso mínimo necessário. Ou seja, a parte do gráfico de potência necessária que fica à esquerda da velocidade do ar em que o impulso mínimo é necessário.

Uma abordagem mais sutil consideraria o formato da curva de potência necessária e a curva de potência fornecida para qualquer posição dada do acelerador ou da alavanca de impulso. Nesse gráfico, a "região de comando invertido" é qualquer região em que, à medida que diminuímos a velocidade do ar, fazemos com que o valor de (energia fornecida menos energia necessária) seja menos positivo ou mais negativo. Essa é a parte do envelope de voo em que uma diminuição na velocidade do ar levará a uma diminuição na taxa de subida ou a um aumento na taxa de afundamento, sem alteração na posição do acelerador ou da alavanca de impulso.

Essa resposta pode ser expandida para considerar os efeitos da hélice de velocidade constante.

Todo o conteúdo acima também pode ser reformulado e simplificado para eliminar qualquer referência à posição do manche ou manche, e focar apenas na velocidade do ar. Além disso, se quiséssemos, poderíamos eliminar qualquer referência à posição do acelerador ou da alavanca de impulso e focar apenas nos requisitos de empuxo ou de potência necessários. É apenas uma questão de definições. Se por "região de comando invertido", queremos dizer simplesmente que precisamos de mais impulso para manter a altitude ao voar um pouco mais devagar do que ao voar um pouco mais rápido, do que obviamente a "região do comando invertido" é a parte do gráfico necessário para o impulso que fica à esquerda do ponto mínimo de empuxo necessário. Da mesma forma, se por "região de comando invertido", queremos dizer simplesmente que precisamos de mais energia para manter a altitude ao voar um pouco mais devagar do que ao voar um pouco mais rápido, do que obviamente a "região de comando invertido" é a parte do poder. gráfico necessário que fica à esquerda do ponto mínimo de energia necessário. É apenas uma questão de definir nossos termos.

Também poderíamos definir a "região do comando invertido" de maneira um pouco diferente - como a parte do envelope de vôo em que uma pequena mudança posterior na posição do manche ou manche, levando a uma pequena diminuição na velocidade do ar, causa o ângulo de planeio (relativo a a massa de ar) para ficar mais íngreme do que mais rasa. No caso de desligamento, essa região incluiria qualquer velocidade menor que a melhor velocidade L / D.

Com qualquer uma dessas várias definições, parece um erro sugerir que estar na "região de comando invertido" altera profundamente a dinâmica básica de estabilidade de uma aeronave e / ou dinâmica de resposta de controle de pitch e / ou dinâmica de estabilidade de velocidade, a menos que introduzimos um piloto automático (ou piloto humano) no loop que está tentando usar as entradas de controle de inclinação para manter a altitude ou manter uma taxa de subida ou descida definida ou permanecer em uma inclinação fixa, etc.

Outra resposta inspirou os seguintes pensamentos:

Na "região de comando normal", podemos controlar a aeronave de qualquer uma das seguintes maneiras:

1) Aumente a velocidade do ar movendo a alavanca de controle ou o garfo para a frente e diminua a velocidade movendo o manípulo de controle ou o garfo para trás, sem alterar a posição da alavanca de impulso ou da alavanca de potência (acelerador). A taxa de subida ou queda não permanecerá exatamente constante.

2) Aumente a velocidade do ar movendo o manche ou manche para frente e diminua a velocidade movendo o manche ou manobra para trás, enquanto ajusta simultaneamente o nível de empuxo ou potência (acelerador) conforme necessário para manter a altitude ou a taxa de subida ou a taxa de afundamento constante. (Mova a alavanca para frente para aumentar a taxa de subida ou diminuir a taxa de afundamento e para trás para diminuir a taxa de subida ou aumentar a taxa de afundamento.)

3) Aumente a taxa de afundamento (ou diminua a taxa de subida) movendo a alavanca de controle ou o garfo para frente e diminua a taxa de afundamento (ou aumente a taxa de subida) movendo a alavanca de controle ou o garfo para trás, sem alterar a posição do impulso ou da força alavanca (acelerador). A velocidade do ar não permanecerá exatamente constante.

4) Aumente a taxa de afundamento (ou diminua a taxa de subida) movendo a alavanca de controle ou o garfo para frente e diminua a taxa de afundamento (ou aumente a taxa de subida) movendo a alavanca de controle ou o garfo para trás, enquanto ajusta simultaneamente o nível de empuxo ou potência (acelerador) conforme necessário para manter a velocidade constante. (Mova a alavanca de tração ou de força para frente para aumentar a velocidade no ar e para a popa para diminuir a velocidade.)

Na "região do comando invertido", apenas os métodos 1 e 2 funcionarão. Métodos 3 e 4 não funcionarão.

Outros métodos para controlar a aeronave que funcionará na "região de comando invertido" -

5) Mova a alavanca de controle ou garfo para trás para aumentar a taxa de afundamento e mova a alavanca de controle ou garfo para frente para diminuir a taxa de afundamento, deixando o nível de empuxo ou potência em uma posição fixa. A velocidade do ar não permanecerá exatamente constante. Não tente isso perto do ângulo de ataque do estol!

6) Mova a alavanca de controle ou garfo para trás para aumentar a taxa de afundamento e mova a alavanca de controle ou garfo para frente para diminuir a taxa de afundamento, enquanto ajusta simultaneamente o nível de empuxo ou potência (acelerador) conforme necessário para manter a velocidade do ar constante. (Mova a alavanca de impulso ou de potência para trás para aumentar a velocidade, e para a frente para diminuir a velocidade - muito contra-intuitiva - assim como no método 4, esse método só funciona porque força o piloto a modular suas entradas de controle de pitch de uma maneira que leve a a mudança desejada na velocidade do ar.) Novamente, não é aconselhável tentar isso perto do ângulo de ataque do estol.

No entanto, os métodos 5 e 6 funcionarão SOMENTE se o piloto aguardar um bom tempo após qualquer entrada de afinação para visualizar ULTIMATE, não IMMEDIATE, resultar na taxa de afundamento ou subida antes de fazer uma entrada de afinação adicional. Assim, eles realmente não são muito práticos na maioria dos casos.

Para ajudar a ilustrar a diferença entre os resultados imediatos e finais de uma entrada de afinação na "região de comando invertido", considere isso - é perfeitamente possível executar um sinal de aterrissagem na "região de comando invertido", mantendo o stick ou garfo movendo-se para trás para gerar uma taxa de afundamento anormalmente baixa (essencialmente zero ou quase zero) para a configuração de energia (que pode ser próxima de zero, especialmente em um avião leve ou planador). Aqui o manche está ou o garfo está sendo movido AFT, não para a frente , para interromper a taxa de afundamento à medida que a velocidade do ar diminui. No entanto, essa manobra não é sustentável - se o piloto continuar movendo o manche ou o garfo para trás, o avião acabará parando, enquanto se ele parar o movimento traseiro do manípulo ou o garfo logo antes da posição de estol, o avião começará a afundar. a uma taxa alta.

Na "região de comando reverso", para manobras que não sejam o flare de aterrissagem, geralmente é melhor manter as coisas simples e usar apenas as entradas de afinação para o controle da velocidade do ar, não o controle da taxa de afundamento ou de subida. Na "região de comando reverso", é mais prático realizar alterações na taxa de afundamento ou subida movendo a alavanca de impulso ou de potência.

De acordo com o Bold Method, e mais importante referente ao seu checkride, a região do "comando invertido" é essencialmente uma técnica de vôo lento, em que o pitch controla a velocidade e a potência controlam a altitude, em comparação com o vôo de cruzeiro, em que um "desnivela" com o pitch e " acelera de volta "à velocidade de cruzeiro. Essa é crucialmente a técnica usada para aproximação e pouso, onde uma velocidade segura pode ser ajustada.

Esta não é uma definição a ser lembrada pela rotina, pois serve apenas para confundir o bom senso: que o controle de velocidade é fundamental para o vôo lento e você não pode "contar" com o seu motor para economizar se você "estragar tudo" ( ou para baixo). Os pilotos de planador sabem disso muito bem. Gerenciar a velocidade com a afinação e a altitude com a potência soa muito "normal" para mim e, sim, olhando-a corretamente, funciona da mesma maneira no cruzeiro.