Sobre escalada: Se usarmos T / W como entrada, a equação de segundo grau gera duas soluções para W / S. Ambas as soluções são realistas?

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Raymer conta (Fonte: Raymer: Aircraft Design - Um capítulo de abordagem conceitual "5 RATIO DE PESO E CARGA DE ASAS" Parágrafo "5.3 CARGA DE ASAS" Sub-parágrafo "Suba e deslize") que, quando a aeronave está subindo, se o ângulo de subida γ for pequeno,

depois $ G = \ frac {T-D} {W} $

(G é Gradiente de Subida como definido por Raymer: "Taxa de subida é velocidade vertical, .. Escalada G é a razão entre a distância vertical e horizontal percorrida. Isto é aproximadamente igual à taxa de subida vertical dividida pela aeronave velocidade, ou o seno do ângulo de subida γ. "Fonte: Raymer: Projeto de Aeronave - Um capítulo de abordagem conceitual" 17 MECÂNICA DE DESEMPENHO E DE VÔO "Parágrafo" 17.3 ESCALADA E DESCIDA DE VOO "Sub-parágrafo" Subir Equações de Movimento ")

Então $ \ frac {D} {W} = \ frac {T} {W} -G $ (essa é a primeira relação para D / W).

Ao mesmo tempo $ D = q \ cdot S \ cdot c_ {D0} + q \ cdot S \ cdot \ frac {c_L ^ 2} {π \ cdot AR \ cdot e} $

E substituindo $ c_L = \ frac {W} {q \ cdot S} $,

$$ \ frac {D} {W} = \ frac {q \ cdot S \ cdot c_ {D0} + q \ cdot S \ cdot \ frac {c_L ^ 2} {π \ cdot AR \ cdot e} } {W} = \ frac {q \ cdot c_ {D0}} {\ frac {W} {S}} + \ frac {W} {S} \ cdot \ frac {1} {q \ cdot π \ cdot AR \ cdot e} $$

(essa é a segunda relação para $ \ frac {D} {W} $)

Igualando a primeira e a segunda relação e resolvendo o carregamento das asas, nós temos:

$$ \ frac {W} {S} = \ frac {\ left (\ frac {T} {W} -G \ right) ± \ sqrt {\ left (\ frac {T} {W} -G \ right) ^ 2- \ frac {4 \ cdot c_ {D0}} {π \ cdot AR \ cdot e}}} {\ frac {2} {q \ cdot π \ cdot AR \ cdot e}} $$

MINHA PRIMEIRA PERGUNTA: Nesta equação, os valores da solução maior e menor para $ \ frac {W} {S} $ realista para aeronaves?

Depois, Raymer observa que o termo dentro do símbolo da raiz quadrada na equação acima não pode cair abaixo de zero, então o seguinte deve ser verdadeiro, independentemente do carregamento da asa:

$$ \ frac {T} {W} ≥G + 2 \ cdot \ sqrt {\ frac {c_ {D0}} {π \ cdot AR \ cdot e}} $$

MINHA SEGUNDA PERGUNTA: Raymer não considera que existem duas soluções de sourcing a partir da condição de que o termo dentro do símbolo da raiz quadrada não pode cair abaixo de zero, a outra é: $$ \ frac {T} {W} ≤ G-2 \ cdot \ sqrt {\ frac {c_ {D0}} {π \ cdot AR \ cdot e}} $$. Por que não deveria ser considerado? A segunda solução poderia representar algo realista?

TENHO UMA PERGUNTA SUPLEMENTAR: Com relação às minhas perguntas acima, tenho que relatar dois comentários que Raymer escreve imediatamente após a última equação e inequação: "Essa equação diz que não importa quão" limpo "seja seu design, o T / W deve ser maior que o gradiente de subida desejado ! ....... Outra implicação dessa equação é que uma aeronave muito "limpa" que cruza em alta velocidade, apesar de um T / W muito baixo, provavelmente subirá mal. Um avião de 200 km / h que voa em 20 hp pode Não se espera que suba tão bem como um avião que requer 200 hp para atingir 200 mph (a menos que este último pesa dez vezes mais) " Alguém poderia me explicar melhor as últimas frases, em particular, caso em que o T / W é muito baixo em alta velocidade? Se tivermos alta velocidade, o T / W também não deve ser alto?

    
por d.pensopositivo 04.05.2016 / 23:01

1 resposta

Raymer's G é um pouco incomum. Com efeito, é a tangente do ângulo da trajectória de voo $ \ gamma $ e, uma vez que as suas equações são para valores pequenos de $ \ gamma $, podemos supor que é aproximadamente igual a $ sin \ gamma $ ou $ \ gamma $ se expressa em radianos. $$ G \ approx \ gamma $$ Em seguida, a expressão $ \ pi \ cdot AR \ cdot e $: faz parte da raiz quadrada do coeficiente de sustentação para o mínimo de arrasto. A equação completa é: $$ c_ {L \ :( mínimo \: arrastar)} = \ sqrt {c_ {D0} \ cdot \ pi \ cdot AR \ cdot e} = c_ {L \ :( md)} Em seguida, preciso expressar essa relação entre empuxo e peso de maneira diferente. Enquanto mantivermos $ \ gamma $ small: $$ \ gamma = \ frac {T} {W} - \ frac {c_D} {c_L} = > \ frac {T} {W} - \ gamma = \ frac {c_D} {c_L} $$ Agora eu posso reescrever a equação da sua primeira pergunta: $$ \ frac {W} {S} = q \ cdot \ frac {\ frac {c_D} {c_L} \ cdot \ frac {c ^ 2_ {L \: (md)}} {c_ {D0}}} { 2} ± q \ cdot \ frac {\ sqrt {\ left (\ frac {c_D} {c_L} \ right) ^ 2 \ cdot \ left (\ frac {c ^ 2_ {L \: (md)}} {c_ {D0}} \ right) ^ 2 - 4 \ cdot c ^ 2_ {L \: (md)}}} {2} $$ e quando eu restringir a equação ao ponto mínimo de arrasto onde $ c_ {D0} = c_ {Di} $, eu posso escrever $$ \ frac {W} {S} = q \ cdot c_ {L \: (md)} q \ cdot \ sqrt {c ^ 2_ {L \: (md)} - c ^ 2 _ {L \ :( md)}} $$ Goste disso! A expressão sob a raiz torna-se zero quando olho para o ponto polar do arrasto mínimo! O único termo variável sob a raiz quadrada é a proporção $ \ frac {c_D} {c_L} $, e atinge seu mínimo no ponto $ c_ {L \ :( md)} $. Quando eu me afastar deste ponto polar, eu deveria ter duas soluções válidas.

Eu acho que essas duas cargas de asa permitem voar com o ângulo da trajetória de voo especificado no ponto polar dado e a relação entre peso e empuxo. Como o peso é prescrito pela relação empuxo-peso, a solução é, na verdade, para duas áreas de asa diferentes. A asa menor requer uma velocidade maior e a asa maior uma velocidade menor do que a que você tem no ponto de arrasto mais baixo. Entre ambos, a velocidade e a área da asa devem resultar em configurações que alcancem um ângulo de trajetória de vôo $ \ gamma $ mais alto, e fora desse intervalo nenhum nível de vôo deve ser alcançado com as áreas e velocidades da asa resultantes.

Não consigo acompanhar como você chega na segunda pergunta. O termo sob a raiz quadrada deve ser $$ \ left (\ frac {T} {W} \ right) ^ 2 - 2 \ cdot \ frac {T} {W} \ cdot G + G ^ 2 ≥ \ frac {4 \ cdot c_ {D0}} { \ pi \ cdot AR \ cdot e} $$ Mas quando eu insiro novamente como explicado acima, eu posso escrever para o termo sob a raiz: $$ \ left (\ frac {c_D} {c_L} \ right) ^ 2 - \ frac {4 \ cdot c ^ 2_ {D0}} {c ^ 2_ {L \ :( md)}} $$ então a condição para uma raiz positiva é $$ \ frac {c_ {D0} + c_ {Di}} {c_L} ≥ \ frac {2 \ cdot c {D0}} {c_ {L \ :( md)}} $$ ou $$ \ frac {c_ {D0}} {c_L} + \ frac {c_L} {\ pi \ cdot AR \ cdot e} ≥ 2 \ cdot \ sqrt {\ frac {c_ {D0}} {\ pi \ cdot AR \ cdot e}} $$ o que é certamente verdade; ambos os lados da equação são iguais no ponto polar de arrasto mais baixo e, a partir dele, o lado esquerdo é maior e o lado direito permanece constante.

Se você apenas isolar o termo sob a raiz e olhar para ele sozinho, duvido que você tenha algo que corresponda a uma configuração realista. Você precisa extrair o numerador e o denominador para manter as analogias físicas intactas. O que Raymer faz é observar o termo sob a raiz isoladamente e, em seguida, postula que o primeiro summand deve ser maior que o segundo. Ele coloca ambos nos dois lados de uma desigualdade e extrai as raízes de ambos os lados separadamente. Então ele move G para o outro lado. Não há segunda versão da desigualdade possível.

    
06.05.2016 / 19:00