Como a velocidade máxima varia com a altitude?

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Pergunta: Como a velocidade no solo mais alta de um avião comercial varia com a altitude (assumindo vento = 0)?

Meu entendimento é que o arrasto diminui com a altitude, portanto, a velocidade máxima aumenta com a altitude .

Isso também é o que Cpt. Simon Hardy, um instrutor do B777, diz:

« Aircraft [referring to airliners] go faster at altitude than at low level. At sea level the aircraft [referring to a B777] can only do 330 kn. And at altitude, 30.000 ft, it can do Mach 0.86. So it's a sort of sliding scale – as you descend, you get slower. » (source)

img


Mas hoje eu li exatamente o oposto em um blog de aviação, que achei curioso:

« When a plane gets so high, you have to fly slower, since the speed of sound (and hence true airspeed for a given Mach number) decreases with altitude. » (paraphrasing, source)

« Real basic point: You’re flying higher, you’re flying slower. You want to go fast […] you just fly lower. » (source)


... então o que é isso?

A resposta perfeita para mim seria ...
• incluir um gráfico (Y: altitude, X: maxspeed)
• incluir referências citáveis

EDIT (em resposta aos comentários abaixo):
Eu especifiquei maxspeed como a velocidade do solo mais alta possível (assumindo vento = 0), embora eu preferisse não fazer essa distinção, porque da minha experiência isso complica a questão mais do que o necessário: É claro que a altitude afetará os diferentes tipos de velocidade mais ou menos, mas não é possível fazer uma declaração aproximada como " maior = mais rápido, mais baixo = mais devagar " e explicar por que isso acontece?

EDIT2
Para um exemplo concreto, vamos supor:

  • aeronave = B777
  • vento = 0 km / h (pelo argumento)
  • peso = peso típico de um B777 ~ 45min em um voo de 9 horas de duração
  • aeronave já alcançou altitude de cruzeiro

Se, nesse ponto, o piloto quisesse "fugir" o mais rápido possível (digamos, do ponto de referência IGARI), que altitude deveria ser escolhida?

O post citado está correto ao dizer que em uma altitude geralmente alta, o avião voaria mais devagar, portanto ele teria que descer para voar mais rápido?

    
por summerrain 17.11.2018 / 23:06

7 respostas

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Essa pergunta não está clara porque "velocidade" significa coisas diferentes para pessoas diferentes, e isso também é específico do mecanismo. Cada aeronave terá um perfil de velocidade vs altitude diferente. Em geral ...

Mach irá subir conforme você aumenta a altitude. Isso ocorre porque o ar de baixa densidade diminui a velocidade do som (em um sentido absoluto).

A velocidade do ar real aumentará conforme você mantém uma velocidade relativa constante indicada. Por outro lado, manter uma velocidade relativa constante aumentará sua velocidade indicada conforme você desce.

Normalmente, um avião não deve estar vendo a velocidade do ar ao nível do mar. Para os jatos, mesmo que seus motores sejam bons o suficiente para chegar até lá, a aeronave tem um limite de velocidade indicada que evita que você acelere. Você pode manter a mesma velocidade (no limite estrutural) por meio de maior altitude, o que aumenta seu TAS.

Há um gráfico aqui que deve ajudar a mostrar as relações entre a altitude e velocidade:

Um gráfico simplificado para determinar o número Mach e a verdadeira velocidade no ar a partir das leituras do indicador de velocidade do ar:

    
18.11.2018 / 03:28
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Não faz sentido pedir uma resposta simples quando a pergunta é imprecisa em detalhes e o assunto está um pouco envolvido.

Tendo dito isto, para a maioria dos aviões civis a velocidade máxima permitida para operações (ou seja, limite certificado) é a menor do VMO ou MMO, conforme explicado abaixo. VMO (max. Permitido IAS) é constante com a altitude e max. O número MMO também é permitido. A velocidade máxima (por exemplo, IAS / TAS) para qualquer determinada altitude é a velocidade correspondente ao menor dos dois limites.

A velocidade máxima possível (ou seja, se você fizer o firewall dos mecanismos e não se importa se algo quebrar) pode ser muito diferente do acima e não pode ser respondida em geral sem definir suposições, limites e uma aeronave específica devido a suas diferenças. / p>     

18.11.2018 / 13:41
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Você voará mais rápido pelo ar na altitude em que seu VNE e sua MMO corresponderem. Mais do que isso, você MMO é limitante, e você pode voar seu MMO, mas sua velocidade indicada diminuirá conforme você sobe - e seu TAS também diminuirá, já que a velocidade do som (da qual você está voando agora uma fração constante) ) está indo para baixo com as temperaturas mais frias. Abaixo dessa altitude de cruzamento, o seu VNE (ou seja, limite na velocidade indicada) é limitante, e é irrelevante a velocidade do som - você simplesmente não pode voar mais rápido que o VNE, e você não está obtendo tanto benefício do delta entre TAS e IAS em altitudes mais baixas.

O ponto exato desse cruzamento dependerá do VNE específico e do MMO de uma determinada aeronave; normalmente é em torno de 30.000 'mais ou menos mil ou dois.

NÃO é aqui que os aviões de cruzeiro normalmente navegam, pois, além de a velocidade máxima ser muito FLUXO DE COMBUSTÍVEL, eles obterão mais milhas por galão em altitudes mais altas (como explicado em outros tópicos). E também a velocidades um pouco abaixo do "pólo do barbeiro" (isto é, o limite máximo de VNE ou MMO). Mas se você quiser o máximo de TAS você pode entrar em seu avião e amp; Queima de combustível, por volta de 30k e voando no VNE / MMO.

Se você está tentando desesperadamente superar um MiG e está disposto a ultrapassar o VNE e o MMO (já que esses 'podem' matar você, mas o bandido certamente o fará), a matemática ficaria mais interessante desde agora, max thrust e "quão rápido você é capaz de ir sem perder o controle" começam a entrar na imagem. E isso está longe o suficiente do realismo das operações de companhias aéreas realistas e muito bem nas coisas da Escola de Pilotos de Teste, que eu não acho que um fórum da Internet provavelmente lhe dará respostas valiosas lá.

Para propósitos práticos, 30.000 'e voar em VNE = MMO são a resposta.

    
10.12.2018 / 23:54
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A resistência do ar ao movimento para a frente de uma aeronave diminui com a altitude à medida que a pressão e a densidade do ar diminuem, mas a potência de um sistema de respiração também tende a diminuir conforme a quantidade de oxigênio presente em um determinado volume de ar reduz. Um objetivo do projeto de entrada de ar variável em aeronaves de alto desempenho é aumentar a pressão do ar que entra no motor, reduzindo a sua velocidade. A velocidade de paralisação de uma aeronave também aumenta com a altitude, de modo que, por exemplo, a velocidade de parada do Lockheed U2 em sua altitude operacional máxima (cerca de 75.000 pés) era de apenas 2-3 nós menor que a velocidade máxima naquela altitude. Eventualmente, um ponto é atingido no qual a aeronave não tem mais a potência disponível para acelerar em vôo nivelado.

    
20.11.2018 / 14:20
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Sim, o blog está correto dizendo que "uma altitude geralmente alta, o avião voaria mais devagar, portanto teria que ir mais baixo para voar mais rápido". Como J. Southworth mencionou que o ar fica mais rarefeito à medida que você sobe, motores de aeronaves comerciais precisam bombear ar para os motores para gerar empuxo. Esta área onde você pode voar na altitude máxima com o motor produzindo a taxa máxima é chamada de esquina de caixão.

Em altitudes mais altas, a densidade do ar é menor do que no nível do mar. Por causa da redução progressiva na densidade do ar, à medida que a altitude da aeronave aumenta, sua verdadeira velocidade é progressivamente maior que sua velocidade no ar indicada. Por exemplo, a velocidade indicada em que uma aeronave estaciona pode ser considerada constante, mas a velocidade verdadeira em que ela aumenta aumenta com a altitude . Em seguida, há restrições de arrasto, os projetos das asas à medida que avançamos mais rápido, o B777 tem turbofans que criam um arrasto excessivo devido a essas entradas largamente abertas. O design da asa é um aerofólio supercrítico. Estes para limitá-lo a 0,8-0,9 mach. além disso, você estaria empurrando os limites estruturais da aeronave.

    
10.12.2018 / 22:08
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É ambos.

Existem vários efeitos que determinam a velocidade máxima:

  • Em nível baixo, uma altitude maior significa que a aeronave precisa voar com um coeficiente de sustentação maior para suportar seu peso. Isso significa que ele se aproxima do ponto polar do arrasto mínimo, por isso cria menos arrasto na mesma velocidade indicada. O empuxo máximo cai com a densidade do ar quando a aeronave voa mais alto, portanto, o aumento da velocidade é moderado. Isso é diferente para motores de pistão super ou turboalimentados: aqui, a pressão máxima dentro dos motores é limitada e a taxa de aumento pode ser aumentada com a altitude, então a potência disponível pode ser mantida até a altitude nominal, então o aumento na velocidade é mais dramático.
  • Em baixo nível, a velocidade é limitada principalmente pela pressão dinâmica máxima para a qual a aeronave foi projetada e os limites de carga de rajada. Ultrapassar esse limite pode causar problemas de estabilidade, como divergência ou autoridade de controle reduzida, e voar muito rápido em uma rajada vertical pode exceder o fator de carga máximo.
  • Outro limite é palpitante: aqui, uma velocidade máxima verdadeira limita a velocidade com que a aeronave pode voar. Os limites de certificação devem ser 20% menores que a velocidade inicial.

Em altas altitudes, a faixa de arrasto com altitude é invertida: Agora o avião deve voar com um coeficiente de sustentação maior que o de melhor L / D mesmo na velocidade máxima, e agora um aumento na altitude também aumentará o arrasto ao mesmo pressão dinâmica. Agora este efeito corre na mesma direção que a perda de empuxo da densidade mais baixa, portanto a velocidade máxima possível cai rapidamente com a altitude. Mas, novamente, outros limites podem ser aplicados:

  • Acima do número máximo de Mach que o operador M $ _ \ text {MO} $ o buffeting fará com que o voo fique desconfortável.
  • Excedendo o número máximo Mach para características de estabilidade M $ _ \ text {FC } $ reduz a estabilidade do tom abaixo dos níveis aceitáveis.
  • Voar acima do mergulho máximo O número de Mach M $ _ \ text {D} $ pode causar excesso Mach tuck que não pode ser cortado.

Envelope de voo do Boeing 777 (imagem source )

    
11.12.2018 / 00:57
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OK, o seu carro mais rápido em um B777 que desconsidere o consumo de combustível seria baseado em três coisas: 1. Nunca exceda a velocidade do ar indicada. 2. Velocidade do som na altitude mais quente disponível. 3. Suspenda o IAS. A velocidade de afastamento seria medida em True Air Speed.

Se você já estava na altitude de cruzeiro e PREPARADO para isso, as opções seriam as seguintes:

Primeiro descartar todas (altitudes mais baixas) onde o IAS Ne é menor que o seu limite Mach. Acho que nadar através da água é mais difícil do que atravessar o ar.

Em seguida, elimine todas as altitudes mais altas, nas quais o stall IAS é MAIS do que o seu limite Mach.

Agora encontre a parte mais quente do seu "sanduíche" de altitude. É aí que o limite de Mach TAS é mais alto. Em seguida, calcule o IAS para obter o TAS de limite de Mach para essa altitude E temperatura e faça sua fuga!

    
22.11.2018 / 02:52