Por que, com menos fluxo de ar, você terá menos eficácia de controle?

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Eu entendo o princípio de menos fluxo de ar, menos controle, mas por que isso acontece?

    
por nyorkr23 27.08.2017 / 00:34
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6 respostas

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Porque momentos de inércia não mudam com velocidade

Efetividade de controle significa que os controles efetuam uma mudança no equilíbrio de momentos que resulta na mudança de atitude desejada. Quanto menor a deflexão de controle para a mesma mudança de atitude, maior a sua eficácia. Se $ \ ddot {\ Theta} $ é a aceleração de arremesso, $ ∆F_H $ a mudança de força na cauda horizontal devido a uma deflexão de controle, $ x $ o braço de alavanca daquele controle em torno do centro de gravidade e $ i_y $ the momento de inércia em torno do eixo lateral, a fórmula para $ \ ddot {\ Theta} $ é: $$ \ ddot {\ Theta} = \ frac {∆F_H \ cdot x} {I_y} $$

Tanto $ x $ quanto $ I_y $ são corrigidos, então somente $ ∆F_H $ tem o potencial de aumentar a aceleração de pitch. $ ∆F_H $ é proporcional a

  • Ângulo de deflexão $ \ eta_H $
  • Tamanho da cauda $ S_H $ (novamente corrigido)
  • pressão dinâmica $ q = \ frac {v ^ 2 \ cdot \ rho} {2} $

Um determinado objeto mudará sua atitude mais rapidamente quando mais força puder ser criada. Portanto, mais velocidade $ v $ significa mais mudança de força e uma maior aceleração angular para a mesma deflexão.

    
por 27.08.2017 / 12:01
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Quando defletidas, as superfícies de controle (ailerons, profundor, leme) causam um momento aerodinâmico ao redor do Centro Aerodinâmico. Um momento tem um braço de momento e precisa ter uma referência de comprimento - os momentos aerodinâmicos são definidos com referência às dimensões das asas: extensão de asa para momentos de rolamento e guinada, e Mean Chord Aerodinâmico para momentos de pitch. Se dermos uma olhada no momento do lançamento P:

$$ P = C _ {r _ {\ delta e}} \ cdot \ delta_e \ cdot q \ cdot S \ cdot MAC $$

Com:

  • $ C_ {r _ {\ delta e}} $ = coeficiente de elevador (adimensional)
  • $ \ delta_e $ = deflexão do elevador
  • $ q $ = pressão dinâmica = $ \ frac {1} {2} \ cdot \ rho \ cdot V ^ 2 $
  • $ A $ = área da ala
  • MAC = Acorde aerodinâmico médio

$ C_ {r _ {\ delta e}} $, A e MAC são constantes. Assim: o momento de lançamento da aeronave é proporcional à deflexão do elevador e ao quadrado da velocidade do ar. Voe duas vezes mais rápido, e o momento de arremesso de uma certa deflexão do elevador será quatro vezes maior.

    
por 27.08.2017 / 03:45
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Basicamente, o que mantém o seu avião suspenso acima do solo, apesar da gravidade puxá-lo para a superfície é o fato de que sua aeronave constantemente empurra (e puxa) as moléculas de ar para baixo; uma das Leis de Newton diz que isso gera uma força igual e oposta (ou seja, para cima) em sua aeronave.

Em vôo reto e nivelado, esta força é devida ao ângulo de ataque positivo que as asas fazem com o vento relativo (NÃO O CAMINHO DE VÔO) que essencialmente força as moléculas de ar para baixo: moléculas abaixo da asa são desviados para o fundo a asa enquanto as moléculas acima da asa são puxadas para baixo ao longo da superfície superior da asa à medida que ela se move através delas. Quando você vai mais devagar você desviará menos moléculas de ar para baixo por unidade de tempo, o que exige um ângulo de ataque maior para mantê-lo suspenso; isso geralmente se traduz em mais deflexão do elevador necessária na parte dos pilotos, ou em outras palavras: seus controles são menos eficazes.

    
por 27.08.2017 / 19:54
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A autoridade de controle vem do tamanho dos momentos que você pode gerar, que resultam das forças atuando no plano (o elevador, os ailerons ou o leme), que vêm das diferenças de pressão, que têm um quadrado relação à velocidade. Se a velocidade do fluxo de ar cair pela metade, sua autoridade de controle será cortada em 4. Se a velocidade do fluxo de ar dobra, você obtém 4 vezes a autoridade de controle, etc.

Aqui está mais uma explicação se algo não estiver bem claro.

Para autoridade de controle, você precisa ser capaz de aplicar o momento desejado na aeronave. Momentos são forças agindo a alguma distância do seu centro de rotação. Em uma aeronave, digamos que você queira rolar a aeronave. Os defletores dos ailerons criam uma diferença de pressão entre as asas direita e esquerda. Isso acaba como forças diferentes atuando basicamente nos ailerons, criando aquele momento de rolagem. Isso é apenas o básico do rolo. Agora, para a parte do fluxo de ar.

Primeiro, eu mencionei que para roll, são essas diferenças de pressão causadas pelo fluxo de ar sobre a asa e o aileron. As forças (aquelas com as quais estamos preocupados aqui) são criadas pelas pressões em uma superfície. Lembre-se, as pressões são forças sobre as áreas. Agora, vamos olhar as pressões. A equação para pressão dinâmica é $ \ frac {\ rho V ^ 2} {2} $, que é a densidade vezes a velocidade ao quadrado sobre 2. Vamos supor que nossa densidade não está mudando aqui, então para mudar a pressão, nós mude a velocidade do fluxo. MAS, seu é quadrado . Sem fluxo de ar, é óbvio que nenhum momento de rotação é criado porque a velocidade é zero. Um avião no chão sem fluxo de ar sobre a asa não tenta rolar.

Em geral, para autoridade de rolar, arremessar e guinar (isso é tudo), você pode considerar a sensação quando coloca sua mão para fora da janela em um carro em movimento. Se você desviar o ar para baixo, sua mão será empurrada para cima. Na realidade, é a diferença de pressão entre o topo e o fundo, devido às velocidades de fluxo. Quanto mais rápido você for, mais fluxo de ar, maiores as diferenças de pressão que você pode gerar, por causa da relação quadrática. Quanto mais lento você for, quaisquer diferenças de velocidade de fluxo podem se tornar insignificantes, o que significa que não há diferença de pressão, portanto, nenhuma força atuando.

Com alguns números, digamos que em alta velocidade, o elevador é desviado. Digamos que o fluxo na parte superior esteja indo para 100 (unidades arbitrárias de velocidade), e o fluxo abaixo esteja indo para 110. A pressão no topo será $ \ frac {\ rho} {2} * 100 ^ 2 = \ frac {\ rho} {2} * 10000 $ permite ignorar o termo $ \ frac {\ rho} {2} $, e saiba que ele converte linearmente nosso número em uma pressão. então temos 10000 pressões em cima, e temos 12100 pressões na parte inferior (usando a mesma fórmula). Isso significa que temos uma rede de 2100 pressões que empurram para cima na cauda agora. Ótimo, a cauda tem autoridade de controle suficiente para empurrar o nariz para baixo, como mandado.

Agora, reduz a velocidade por um fator de dez. O ar superior está indo para 10, e a parte inferior agora vai para 11. Vamos ver a mudança de pressão comparada a antes. A pressão no topo será de 100 pressões, e no fundo será 121. A pressão líquida resultante agindo na cauda é então de 21 unidades de pressão, 100 vezes menor do que antes , embora apenas as velocidades alterado por um fator de dez. agora, você tem 100 vezes menos força atuando na cauda (resultando em menos tempo), e você pode não ser capaz de controlar o tom tanto quanto quiser.

    
por 27.08.2017 / 02:08
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As superfícies de controle são usadas para alterar a curvatura efetiva do aerofólio que estão controlando. Por exemplo, um aileron desviado para baixo aumentaria a curvatura efetiva de uma asa ao longo da extensão do aileron. Um aumento na curvatura aumentará a sustentação gerada em uma certa velocidade sobre a área da asa, causando o momento de rolamento desejado. É PARCIALMENTE devido a essa mudança no elevador desenvolvido que gera guinada adversa, exigindo que o leme coordene as manobras.

Em velocidades aerodinâmicas mais altas, a asa está produzindo mais sustentação total e, portanto, mais sensível às mudanças na curvatura.

Além disso, as superfícies de controle também respondem de acordo com a terceira lei de Newton - os ailerons desviam o fluxo de ar que passa em uma direção diferente da paralela à pele da asa, resultando em uma força reativa que causa o deslocamento. Tal como acontece com a mudança de cambagem, este fenómeno torna-se mais pronunciado a velocidades aerodinâmicas aumentadas e inversamente menos pronunciado com uma redução no fluxo de ar.

Uma explicação simplificada pode ser encontrada em Manual do Piloto da FAA

    
por 27.08.2017 / 01:24
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Isso pode ser explicado pela segunda lei de Newton, $ F = m \ times a $ e terceira lei, cada força tem a mesma força na direção oposta.

$ m $ aqui é a massa do fluxo de ar, $ a $ é a aceleração causada ao fluxo de ar (visto como a mudança de direção do fluxo de ar). Uma força igual a $ a \ times m $ é exercida na superfície de controle. Mais fluxo de ar, mais massa, mais força.

A mesma razão pela qual um avião permanece no ar em primeiro lugar.

    
por 30.08.2017 / 17:18
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