O que aconteceria se um avião perdesse metade de seu peso instantaneamente?

Em vôo constante, o levantamento de $ L $ gerado pelas asas é igual ao peso carregado, de modo que não há aceleração vertical. Assim, o elevador pouco antes da bomba ser descartada é $$ L = m_1g = 245 \, 250 \; \ textrm {N} $$ onde $ m_1 = 25 \, 000 $ kg é a massa carregada e $ g = 9,81 $ m / s $ ^ 2 $ é a aceleração devido à gravidade.

No intervalo de tempo após a queda da bomba de $ 10 \ 000 $ Kg, o levantamento permanece o mesmo até que o levantamento seja reduzido para equilibrar novamente a nova massa de $ m_2 = 15 \, 000 $ kg. Durante esse período transitório, o Lancaster acelerará para cima em $$ a = \ frac {L-m_2g} {m_2} = \ left (\ frac {m_1-m_2} {m_2} \ right) g $$ que funciona como uma aceleração ascendente de dois terços de um "gee": $$ \ frac {a} {g} = \ frac {m_1-m_2} {m_2} = \ frac {2} {3} $$

Como @sanchises apontou, o aumento constante na velocidade ascendente resulta em uma diminuição no ângulo de ataque, de modo que a aeronave se acomode novamente em uma subida constante.

A A7E Corsair tinha um peso vazio de cerca de 19.000 libras. Sua carga de combustível era de 10.500 libras, e com seis bombas MK84 de uso geral de 2.000 libras penduradas sob a asa, o peso total era de cerca de 42.000 libras. Este foi o peso máximo de decolagem e, ao sair do gato, a resposta da aeronave pareceu preguiçosa e desleixada quando você fez a sua curva de limpeza.

No momento em que chegamos ao alvo, que era uma rocha no mar Egeu chamado Avgo-Nisi, estávamos com cerca de 7.000 libras de combustível restantes. Isso colocou a aeronave em torno de 26.000 libras e uma carga de 12.000 libras ainda sob as asas. Nós limpamos o alvo com um passe baixo antes de subir para a altitude padrão queimando provavelmente 1.000 libras. Era um ponto de pesca popular e, por isso, queríamos ter certeza de que a área estava segura antes de nossa entrega.

Nós estávamos em formação de combate quando rolamos para nosso mergulho de 45 graus, armando os pilares. Eu estava na asa do meu chumbo em uma formação solta em torno de 400 a 800 metros de distância. A formação era uma posição tática, e se qualquer um de nós fosse atingido durante as operações de combate, o outro estava longe o suficiente para sobreviver. Um mergulho de 45 graus parece muito íngreme do cockpit e fomos rápidos no ponto de lançamento. A altitude mínima para este tipo de corrida era de 2.500 pés AGL para manter você fora do raio da explosão. Estávamos no 1G quando liberamos 24.000 libras de bombas na rocha, 12.000 libras cada.

Eu assisti as bombas serem liberadas da aeronave do chumbo quando vi as minhas caírem nos espelhos. Acabei de ver metade do meu peso total. Eu imediatamente senti a aeronave "pular". É assim que eu o caracterizo, e alguém pode chamá-lo de movimento brusco. Foi definitivamente mais strong do que o nariz que você experimenta na A7E quebrando a barreira do som. O salto não era desconcertante, mas definitivamente perceptível. Na verdade, foi uma mudança bem-vinda para o que parecia ser uma configuração pesada de comer gás.

Nós saímos do mergulho com força e tivemos nossos narizes altos quando eu senti a onda passar pelos meus órgãos internos. Foi uma sensação estranha, como se alguém estivesse reorganizando a posição do meu estômago. Eu devo ter estado a 4.000 a 6.000 pés acima das detonações e podia ouvir as explosões sobre todo o barulho no cockpit. Foi enorme.

(Recentemente, uma nova pergunta foi feita e encerrada como duplicata, vinculada a essa pergunta mais antiga.)

Resposta: Você teria um pitch "phugoid"

Até que a velocidade aerodinâmica diminua, a sustentação é maior que o peso

Curvas da trajetória de voo (acelera) em direção ao céu

Há uma redução muito temporária no ângulo de ataque, até que a dinâmica de estabilidade do passo da aeronave supere a inércia de inclinação do passo e ajuste o nariz em linha com a nova direção do trajeto de voo, restaurando o ângulo de ataque original. . Este efeito pode ser insignificante.

A mudança de direção da trajetória de vôo faz com que o vetor de peso tenha um componente posterior em relação à trajetória de vôo da aeronave.

O impulso, o arrasto e o componente anterior e posterior do peso não estão mais em equilíbrio e a velocidade no ar começa a diminuir.

Eventualmente, a aeronave voltará ao equilíbrio em uma subida estabilizada a uma velocidade constante, menor que a velocidade original. Mas podemos ver a atitude de inclinação da aeronave "ultrapassar" e "superar" a atitude final de inclinação do estado estacionário várias vezes, já que o vôo varia entre os ângulos de subida mais íngremes e rasos, antes que isso aconteça. Da mesma forma, podemos ver a velocidade aerodinâmica da aeronave "undershoot" e "ultrapassar" a velocidade aerodinâmica final várias vezes antes de se estabelecer em equilíbrio. Basicamente, o que está acontecendo aqui é que uma mudança no ângulo de subida gera uma mudança na velocidade do ar, o que leva a uma mudança na magnitude do vetor de elevação que leva a uma mudança no ângulo de subida e volta e volta até que tudo se estabilize. .

Tudo isso está assumindo que o piloto não está fazendo nenhuma correção - como para manter uma atitude de inclinação constante - e a dinâmica de estabilidade do passo da aeronave está agindo para tentar manter algum ângulo de ataque aparente, e a dinâmica da aeronave as características de estabilidade do passo são tais que um pitch "phugoid" tende a diminuir.

Outra maneira de ver isso é o que aconteceria se o IAS aumentasse a 100 mph, o que poderia acontecer ao entrar em uma microburst muito strong. É aqui que a criação de modelos e a obtenção de experiência com o design da extremidade traseira e a condição CG / trim podem fornecer algumas informações importantes.

É muito desejável NÃO ter um comportamento "phugoid" quando o vetor de elevação / peso sai do equilíbrio. Existe uma relação no design de asa e cauda que é fundamentalmente importante, pois o estabilizador horizontal possui (com o Lancaster) um longo braço de torque e placas de extremidade, proporcionando estabilidade direcional. Também devemos lembrar que a mudança de inclinação fará com que o centro da asa do elevador avance também. O posicionamento da condição de apuramento / CG também é muito importante.

Então, o que vai acontecer? Com o vetor de levantamento / peso subitamente fora de equilíbrio, o primeiro movimento é direto para cima. Aceleração vertical. A pressão para baixo na garra de H começará a levantar o nariz, aumentando a AOA. Qualquer diminuição momentânea na AOA é trivial, a força descendente da cauda empurrará o nariz para cima. O aumento no AoA moverá o centro de sustentação para a frente, levantando o nariz para cima. Sem entradas de controle piloto, a velocidade no ar diminuirá, o avião atingirá o topo se sua subida, e então diminuirá e se recuperará quando "se tornar um" com a massa de ar e não estiver mais sendo acelerado por ele.

A condição de aparar também é muito importante aqui. Um dos santos grails em vôo livre é fazer o avião subir e descer com uma rajada sem inclinação excessiva. Isso é conseguido evitando-se a colocação de CG muito à frente, o que requer muito mais compensação para baixo. Este é um caso em que ter CG mais para trás e menos caimento do profundor é benéfico. Desde que a aeronave seja direcionalmente estável, não há necessidade de ter o CG em avanço de forma mecânica!

Então, de repente, a redução de peso levará a um aumento / redução de velocidade / redução de velocidade / redução de velocidade / ciclo de recuperação em uma aeronave adequadamente projetada e aparada, além de alívio considerável para os que realizam a tarefa.