O que determina a melhor velocidade de planeio?

Basicamente, quanto mais rápido você for, mais lift e arrastará uma asa. Esses dois valores não são proporcionais, no entanto. Ao acelerar, a quantidade de arrasto produzida é maior do que a quantidade extra de sustentação - e é por isso que você precisa de energia adicional para manter o nível em velocidades mais altas.

Quando você vai mais devagar, a quantidade de arrasto irá reduzir mais do que a quantidade de sustentação produzida - pelo menos por um tempo. É por isso que ir devagar é melhor em termos de distância de vôo. A quantidade de "arrastar por elevador" é muito baixa. Entretanto, desacelerando além de um certo ponto, a asa começará rapidamente a produzir menos sustentação, porque o fluxo de ar se separa da asa. Isso é conhecido como barraca. A melhor velocidade de planeio é a velocidade com que o arrasto é o mais baixo possível, enquanto a asa ainda está produzindo uma quantidade relativamente grande de sustentação.

Isto é ilustrado em uma velocidade polar, como esta:

A linha preta indica a taxa de afundamento para uma dada velocidade no ar. A velocidade de planeio ideal é a velocidade correspondente ao ponto em que a linha vermelha toca a linha preta (Vbg).

A linha vermelha é uma linha reta indo de (0,0) e tocando a velocidade polar em exatamente um ponto.

Uma mudança na massa da aeronave mudará a curva ao longo do eixo vertical, e é por isso que uma aeronave mais pesada tem uma velocidade de planeio melhor que a de uma aeronave mais leve. O ponto de interseção entre a linha preta e a vermelha mudaria para a direita quando a linha preta fosse deslocada para baixo e vice-versa.

Os fatores mais importantes para a melhor velocidade de planeio são a carga da asa da aeronave, a densidade do ar, a relação de aspecto da asa e a qualidade aerodinâmica da aeronave.

A aeronave deve criar um elevador igual ao seu próprio peso. A resistência para fazer isso varia com a velocidade do ar e para encontrar o ponto em que a relação de planeio tem seu máximo, arraste deve ser mínimo . Para encontrar essa velocidade, descrevemos o arrasto matematicamente como a soma de dois componentes:

1. Arrasto parasitário, que sobe com o quadrado da velocidade aerodinâmica. Nós expressamos isso como o arrasto zero-lift, um componente de arrasto que é independente da sustentação: $ D_0 = \ frac {\ rho} {2} \ cdot v ^ 2 \ cdot S \ cdot c_ {D0} $
2. Dependente do elevador ou arraste induzido que desce com o inverso do quadrado da velocidade: $ D_i = \ frac {\ rho} {2} \ cdot v ^ 2 \ cdot S \ cdot \ frac { c_L ^ 2} {\ pi \ cdot AR \ cdot \ epsilon} $

Agora, é útil encontrar o coeficiente de sustentação para criar o levantamento necessário a uma determinada velocidade: $$ c_L = \ frac {m \ cdot g} {\ frac {\ rho} {2} \ cdot v ^ 2 \ cdot S} $$ Que, quando inserida na fórmula de arrasto induzido, produz $$ D_i = \ frac {(m \ cdot g) ^ 2} {\ frac {\ rho} {2} \ cdot v ^ 2 \ cdot S \ cdot \ pi \ cdot AR \ cdot \ epsilon} $$ Agora deve ser óbvio que o arrasto induzido é de fato proporcional ao inverso da velocidade de vôo ao quadrado. Podemos simplificar isso um pouco inserindo $ AR = \ frac {b ^ 2} {S} $ e expressando o arrasto total como a soma de ambos os componentes: $$ D = \ frac {\ rho} {2} \ cdot v ^ 2 \ cdot S \ cdot c_ {D0} + \ frac {(m \ cdot g) ^ 2} {\ frac {\ rho} {2} \ cdot v ^ 2 \ cdot \ pi \ cdot b ^ 2 \ cdot \ epsilon} $$ Em seguida, nos diferenciamos em relação à velocidade $ v $ e precisamos definir o resultado como zero para chegar a uma equação para a velocidade de menor arrasto: $$ \ frac {∂ D} {∂ v} = \ rho \ cdot v \ cdot S \ cdot c_ {D0} - \ frac {(2 \ cdot m \ cdot g) ^ 2} {\ rho \ cdot v ^ 3 \ cdot \ pi \ cdot b ^ 2 \ cdot \ epsilon} = 0 $$ $$ \ rho \ cdot v ^ 4 \ cdot S \ cdot c_ {D0} = \ frac {(2 \ cdot m \ cdot g) ^ 2} {\ rho \ cdot \ pi \ cdot b ^ 2 \ cdot \ epsilon } $$ $$ v = \ sqrt [2] {\ rho ^ 2 \ cdot \ pi \ cdot b ^ 2 \ cdot \ epsilon \ cdot S \ cdot c_ { D0}}} $$ $$ v = \ sqrt {\ frac {2 \ cdot m \ cdot g} {\ rho \ cdot S \ cdot \ sqrt {\ pi \ cdot AR \ cdot \ epsilon \ cdot c_ {D0}}}} $$ Lá você tem: A melhor velocidade de planeio é proporcional à raiz quadrada do carregamento de asa $ \ frac {m \ cdot g} {S} $ e ao inverso da densidade do ar $ \ rho $, e a quarta raiz do inverso da relação de aspecto $ AR $, o fator de Oswald $ \ epsilon $ e o coeficiente de resistência zero-lift $ c_ {D0} $. O fator Oswald é uma medida da qualidade da produção de elevadores e está próximo da unidade na maioria dos casos.

Nomenclatura:
    $ c_ {D0} \: coeficiente de arrasto zero-lift =
    $ c_L: \: \: $ coeficiente de aumento
    $ S \: \: \: \: \: $ área de referência (área de asa na maioria dos casos)
    $ v \: \: \: \: \: $ airspeed
    $ \ rho \: \: \: \: \: $ densidade do ar
    $ \ pi \: \: \: \: \: $ 3.14159 $ \ dots $
    $ AR \: \: $ relação de aspecto da asa
    $ \ epsilon \: \: \: \: \: $ o fator Oswald da ala
    $ m \: \: \: \: $ a massa da aeronave
    aceleração gravitacional $ g \: \: \: \: $
    $ b \: \: \: \: \: $ wingspan

( é mais simples do que parece primeiro )

Se você estiver em uma certa altura, você tem uma certa quantidade de energia potencial (ou energia de altura). A única coisa que você pode fazer é convertê-lo em energia cinética (ou velocidade, que então cria sustentação). O problema: o arrasto ocupa energia também. Assim, toda a energia que você solta devido ao arrasto significa uma perda de energia cinética (= velocidade) e, portanto, uma perda no levantamento.

A pergunta é: como reduzir o arrasto ao mínimo?

Na verdade, é bem simples: Existem aproximadamente dois diferentes tipos de arrasto:

• induzido , induzido pelo ângulo de ataque do avião. Quanto mais o seu nariz sobe (então quanto menor a velocidade), maior o arrasto induzido. Esta é uma relação exponencial.

• parasita arraste, vem do ar e é o "usual" arrastar você também se sente com um carro ou bicicleta. Depende exponencial na velocidade aerodinâmica.

O arrastar total consiste na soma de ambos. O mínimo é a melhor velocidade de planeio .

Eu nunca ouvi falar do termo velocidade máxima de planeio, não há nenhuma limitação especial para a rapidez com que você pode pilotar um c152 sem um motor em vez de trabalhar com ele. Eu acho que o que você está falando é a melhor velocidade de planeio , também conhecida como Vbg, que é a velocidade que lhe dá a maior distância horizontal percorrida por unidade de altura perdida. Se bem me lembro 60kts é o melhor glide com abas estendidas, 65kts foi o melhor glide sem flaps.

A melhor velocidade de planeio varia com base no peso, assim como a maioria das velocidades V. Um avião mais pesado significaria um Vbg mais rápido e um mais leve, um Vbg mais lento. Em um c152 a diferença é bem pequena, talvez de 2 kt de qualquer forma, então dar uma resposta de 1 velocidade faz sentido, pois é fácil de lembrar. A melhor velocidade de planeio em um grande avião variará muito mais e precisaria ser calculada com base na estimativa de peso naquele ponto do voo.