Depois de revisar as discussões e os diagramas vetoriais de planadores em vôo, o componente de elevação vertical e os componentes de arrasto vertical parecem produzir um equilíbrio de aceleração 0 em estado estacionário com a gravidade. O planador está em um vôo em linha reta em direção ao solo. O movimento para frente do planador seria explicado pela combinação do vetor de elevação horizontal e da gravidade? Outras forças estariam envolvidas?
V é a velocidade do ar. U e w são os componentes horizontais e verticais de V. O restante dos vetores são forças; W = peso, K = força aerodinâmica, L & D são os componentes ortogonais de K. Essas são todas as forças envolvidas em um deslize.
"O que produz Thrust ao longo da linha de vôo em um planador?" Nada. Não há empuxo envolvido no vôo planador. Lift, Drag e Weight formam um triângulo vetorial fechado, o que significa que a força líquida é zero, o que significa que nenhuma aceleração ou desaceleração está ocorrendo. O vetor Weight pode ser resolvido em componentes perpendiculares e paralelos ao vetor Drag, mas notar que o Weight tem um componente paralelo ao Drag não é o mesmo que dizer que existe uma força de impulso.
Veja estes diagramas de vetores:
O equilíbrio de forças no vôo planador pode ser representado por um triângulo vetorial fechado de Lift, Drag e Weight, com ângulo reto entre os vetores Lift e Drag. Se desejarmos, também podemos mostrar o vetor de velocidade no ar e decompô-lo em seus componentes horizontais e verticais. O componente vertical do vetor de velocidade no ar é simplesmente a taxa de afundamento.
Todos os três dos diagramas vetoriais acima representam exatamente a mesma situação física. Representamos as forças aerodinâmicas em preto e a força gravitacional - o vetor de peso - em verde. Os diagramas do lado esquerdo e do lado direito são mais fáceis de entender do que o diagrama do meio, porque os vetores de força são organizados em um polígono fechado (neste caso, um triângulo), que mostra instantaneamente que a força resultante é zero. No diagrama à direita, também incluímos o vetor de velocidade no ar e seus componentes horizontais e verticais. Observe que K é o ângulo de planeio e, no diagrama à direita, o triângulo formado pelos vetores de força e o triângulo formado pelos vetores de velocidade no ar são triângulos semelhantes. O diagrama à direita torna imediatamente óbvio por que a razão de Levantar e Arrastar também é igual à razão de deslizamento no ar parado - a razão da velocidade horizontal para a velocidade vertical (taxa de afundamento). Observe que, para altas proporções L / D, o Lift é quase tão grande quanto o Peso, e a velocidade horizontal é quase tão grande quanto a velocidade do ar; portanto, para fins mais práticos, podemos usar a velocidade do ar / afundamento, a taxa de deslizamento e a L / D de forma intercambiável .
Observe que, se desejarmos, podemos dividir o vetor Weight em dois componentes, um dos quais é exatamente igual em tamanho e oposto em direção ao vetor Lift e um deles é exatamente igual em tamanho e oposto em direção ao Drag. vetor. O último pode ser visto como algo como Thrust, mas não é estritamente correto classificá-lo como tal.
O vetor de elevação é proporcional ao coeficiente de elevação vezes a velocidade do ar ao quadrado. O vetor de arrasto é proporcional ao coeficiente de arrasto vezes a velocidade do ar ao quadrado. A proporção entre a magnitude dos vetores Lift e Drag é idêntica à proporção entre os coeficientes lift e drag. Para um determinado formato fixo de aeronave, uma alteração no coeficiente de sustentação e / ou coeficiente de arrasto representa uma alteração no ângulo de ataque. Todo ângulo de ataque possível da asa está associado a um coeficiente de sustentação específico, a um coeficiente de arrasto específico e a uma razão específica de Lift: Drag. Isso é verdade independentemente de a aeronave ser pesada ou leve - uma mudança no peso é expressa como uma mudança na velocidade do ar associada a um determinado ângulo de ataque, mas nenhuma alteração no coeficiente de sustentação, no coeficiente de arrasto ou na elevação: Taxa de arrasto associada a qualquer ângulo de ataque.
É crucial entender que os diagramas vetoriais acima serão válidos para o vôo em algum ângulo de ataque específico da asa, independentemente da massa de ar estar subindo, afundando ou não. Um planador não sente nenhuma diferença na direção e magnitude das forças que atuam sobre ele quando sobe em uma poderosa onda de montanha, do que quando desliza no ar parado.
Observe também que estamos lidando apenas com o caso no nível das asas. No vôo em círculo, as forças ainda parecem iguais em uma vista lateral, mas a velocidade do ar, a elevação e o arrasto são todos mais altos do que no vôo no nível das asas no mesmo ângulo de ataque, e a taxa de planeio é reduzida e da cabeça Na visão, veríamos que a parte do vetor de elevação foi desviada para o lado.
Voltando ao caso simples de vôo ao nível das asas ...
O que é "alimentar" o planador?
O trabalho é proporcional à força vezes a distância e a potência é proporcional à força vezes a velocidade. No quadro de referência de massa de ar, a direção de deslocamento do planador é idêntica à direção que o vetor de velocidade no ar está apontando. A única força que trabalha na aeronave nessa direção é o componente do vetor de peso que aponta na mesma direção que o vetor de velocidade no ar. Podemos dividir o vetor Weight em um componente que é igual e oposto ao vetor Lift e um componente que é igual e oposto ao vetor Drag. O último componente é o que está "alimentando" o planador, pelo menos como visto do ponto de vista do quadro de referência de massa de ar. O último componente do vetor Peso será igual a Peso * cosseno (ângulo de deslizamento). Portanto, a potência exercida por esse componente do vetor Weight é igual a (Weight * cosine (glide angle)) * airspeed). Agora, acontece que a taxa de afundamento é igual a (velocidade do ar * cosseno (ângulo de deslizamento)). Portanto, podemos dizer que a potência exercida pela gravidade = (Peso * cosseno (ângulo de deslizamento)) * velocidade do ar) = (Peso * (cosseno (ângulo de deslize)) * velocidade do ar) = Peso * taxa de dissipação.
Como vista a partir do quadro de referência do solo, a direção de deslocamento do planador é diferente quando o planador está em massa de ar ascendente do que quando o planador está no ar parado, portanto, as fórmulas acima para trabalho e energia serão válidas apenas no ar parado. A partir do quadro de referência do solo, a direção de deslocamento do planador é às vezes horizontal ou subida; nesse caso, o vetor Lift pode ser visto como tendo um componente que está trabalhando no planador. Mas, como observado anteriormente, a direção e magnitude dos vetores Lift, Drag e Weight permanecem os mesmos, independentemente do quadro de referência que estamos usando para nossos vetores de velocidade.
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Em um estado estacionário, sem aceleração, nada precisa produzir uma força de avanço. A inércia indica que todas as forças são iguais. Isso é verdade se escalando, descendo ou mantendo altitude constante.
Dito isso, sempre haverá uma força de arrasto tentando desacelerar o planador ao longo de sua trajetória de vôo. Para permanecer em uma velocidade constante, é apenas essa força de arrasto que deve ser superada. Como um planador não produz empuxo, o arrasto deve ser compensado dobrando a trajetória de vôo para baixo, causando uma porção de gravidade para combater a força de arrasto. Se você dividir a gravidade em coordenadas x e y referenciadas à trajetória de vôo, é a parte paralela à trajetória de vôo que está combatendo o arrasto.
Tudo isso presumindo que não haja atualização.
Pode ser mais fácil para você entender isso do ponto de vista do balanço energético, como segue: A taxa de descida vertical em pés por segundo de um planador vezes seu peso produz a taxa de liberação de energia (libras-pé por segundo) sendo dissipada pelas forças de arrasto, conforme desce. A divisão da taxa de liberação de energia pelo 550 produz a potência necessária para manter o planador em seu planador. Essa energia está sendo dissipada por uma força de arrasto aplicada à estrutura da aeronave; essa força vezes a velocidade no ar produz a potência de arrasto. Em um planador em estado estacionário, a potência de descida é igual à potência de arrasto.
O que cria a força U? Sabemos que o planador está descendo verticalmente a uma velocidade constante. Sabemos que a asa está inclinada para baixo. Como isso se traduz em um componente de velocidade horizontal? À medida que o "vento" da descida vertical atinge o fundo da asa, parte da energia a move lateralmente!
Observe que um pára-quedas perfeitamente circular cairá direto para baixo. Com uma asa delta, o estabilizador horizontal empurra o nariz para baixo, criando uma superfície inclinada ao vento. É assim que a gravidade (o combustível) usa a asa (o motor) para criar um impulso para a frente (Força U).
No estado estacionário, a trajetória de vôo seria o resultado de velocidades para frente e verticais (U e w).
Comentários serão bem-vindos.
Aerodinâmica. Pronto para lápis e papel. Desenhe uma linha reta ao longo da parte inferior do papel (solo). Desenhe uma linha horizontal no meio do papel (nível de vôo horizontal). Pegue um ponto no centro da linha de vôo. Este é o seu CG. Desenhe um vetor diretamente em direção ao chão. Este é o seu vetor de peso W. Desenhe um vetor para cima e para a direita do CG (de igual comprimento). Este é o seu total de elevação Lt. Desenhe (da cabeça para a cauda) os componentes horizontais e verticais do vetor de elevação: Lv e Lh.
O que nós temos? Forças desequilibradas. O vetor de elevação vertical Lv é menor que W. Lh não tem oposição. Lá, o ponto deve acelerar para baixo e para o lado. O que vai parar a aceleração, arraste da velocidade. Sei que é uma mão longa em comparação com a análise de Quiet, mas resolve (mais realista) dividindo o arrasto em componentes verticais e horizontais, mantendo o vetor de gravidade baixo e respondendo pela direção do vôo V.
Agora desenhe qualquer planador que desejar.
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