Qual é a relação entre taxa de descida e velocidade de aeronave?

Se o piloto comandar um certo ângulo de trajetória de planeio, qualquer mudança na velocidade do ar também mudará a velocidade vertical, porque ambos estão conectados pelo ângulo de trajetória de planeio $ \ gamma $.

Note que a velocidade vertical é a velocidade do ar $ \ cdot \ sin \ gamma $. Escalar ou descer não faz diferença; apenas o sinal de $ \ gamma $ changes ($ \ gamma $ positivo significa que a aeronave sobe). Além disso, o tipo de propulsão não afetará esse relacionamento básico.

Como a descida reduz a energia potencial, alguma outra energia aumentará. Se a aeronave acelera, sua energia cinética aumenta até que o aumento do arrasto equilibre o ganho de energia. Reduzir o empuxo do motor ou desdobrar os spoilers limitará o aumento de velocidade, mas para uma descida íngreme, mesmo com motores em marcha lenta e deflexão total do spoiler, a velocidade do vôo aumentará.

Is it the same for aircraft climb rate?

Não. Em uma subida, a energia potencial deve ser aumentada e a fonte primária de energia são os motores. Só agora o tipo de propulsão afetará o resultado: Ambas as velocidades para a subida mais íngreme e mais rápida para hélices são razoavelmente baixas , então um aumento na velocidade vertical normalmente será acompanhado por uma redução na velocidade de vôo, liberando mais energia em excesso para escalar.

Os jatos também precisam voar devagar para os mais íngremes subir, mas precisa pegar velocidade para a velocidade de subida mais rápida . Esta é a mais pronunciada quanto menor a relação de desvio dos motores, então os caças precisam de velocidade para subir rapidamente. Aviões turboélices caem entre aeronaves a hélice e jatos de combate e preferem uma velocidade moderada para o melhor desempenho de subida.

Isso tudo é verdade apenas em vôo estacionário. Em um pull-up, qualquer aeronave pode ganhar altitude rapidamente negociando cinética para energia potencial . Mas este é um efeito de transição - a alta velocidade de subida durará apenas enquanto a aeronave tiver velocidade excessiva para gastar.

Aqui está o diagrama de Peter com duas diferentes velocidades, para que você possa ver a diferença na velocidade vertical:

As outras respostas lidam com a questão basicamente. Se um avião estiver se movendo pelo ar na direção de seu nariz, e esse nariz estiver apontando para o chão, quanto mais rápido o avião estiver se movendo pelo ar na direção de seu nariz, mais rápido ele descerá. Isso é trigonometria simples; a "verdadeira velocidade no ar" do avião é a hipotenusa de um triângulo, sendo as outras duas pernas os componentes horizontais e verticais puros daquela velocidade no ar, a saber, a "velocidade de solo" do avião e sua "velocidade vertical" (taxa de subida / descida). Em um ângulo constante de subida ou descida, se você aumentar sua velocidade no ar, aumentará sua velocidade no solo e sua velocidade vertical.

Outra maneira mais realista de pensar nisso é o contrário; todas as outras coisas sendo iguais, quando a taxa de descida de uma aeronave aumenta, sua velocidade aumenta. Isso se deve à física e à conversão de energia entre as formas potencial e cinética.

Um exemplo simples de não-aeronave. Digamos que você tenha um saco de areia com uma corda amarrada e alimentado através de uma polia sobre a cabeça. Ao puxar a corda, você levanta o saco de areia contra a força da gravidade em certa quantidade. Você gasta energia para fazer isso, e está armazenando parte dessa energia (idealmente, tudo isso, mas no mundo real existem "ineficiências") no peso inerente à sua altura acima do solo. Libere o peso, e a gravidade acelera-o por uma quantidade dependente do tempo (e, portanto, dependente da altura), de modo que quando atingir o solo, toda a energia potencial armazenada pelo içamento do peso foi convertida em energia cinética de movimento .

Este mesmo relacionamento básico também existe em aeronaves; uma aeronave armazena energia gasta pelo seu motor (ou em um planador, pelo motor de um barco de reboque) em sua altitude. A aeronave pode então reduzir sua altitude para manter (ou em um mergulho real, até ganhar) a velocidade relativa à frente. Este é um dos princípios mais básicos da acrobacia e é ensinado a todos os pilotos; você pode "trocar altitude por velocidade aerodinâmica", sempre que precisar de mais (ou menos) de um e ter o suficiente do outro para desistir (ou ganhar).

Os mecanismos pelos quais isso acontece podem ser feitos tão complexos e esotéricos quanto você deseja obter; podemos cobrir as quatro forças fundamentais do voo e como diferentes forças atuam em direções diferentes dependendo da atitude da aeronave e, assim, contribuir com diferentes subcomponentes horizontais e verticais para o movimento da aeronave em relação ao nariz ou ao solo sob ela. Mas, para responder a essa pergunta, basta simplesmente afirmar que, à medida que um avião desce, ele está trocando sua altitude para ganhar energia, e a quantidade dessa energia não perdida para o arrasto aumentará a velocidade na frente do avião.

Isso retroalimenta a resposta original. À medida que você desce da altitude, sua velocidade no ar (a velocidade de deslocamento na direção do nariz do avião) aumenta à medida que a energia potencial é convertida em cinética. Como a velocidade do ar para frente está em sentido descendente, desde que o arrasto não esteja mantendo a aceleração sob controle (por exemplo, com um ângulo de ataque maior, o que aumenta o arrasto aumentando a "seção transversal" das asas diretamente expostas ao fluxo de ar) cria um loop de feedback; você desce, ganhando velocidade no ar, o que faz com que você desça mais rápido, ganhando mais velocidade no ar.

Para combater isso, os aviões descendo freqüentemente reduzem a potência do motor (então a energia obtida descendo apenas compensa a diminuição do empuxo), aumentam seu ângulo de ataque (se a aeronave estiver viajando ao longo de um caminho "abaixo" do nariz, as asas são mais "side-on" para o fluxo de ar passando por eles, o que aumenta o arrasto) e implantam spoilers ou freios a ar (que aumentam diretamente o arrasto, mesmo em ângulos baixos de ataque).

Quando um piloto recebe uma descida, sem instruções adicionais, normalmente descemos a uma velocidade constante de descida ou a uma velocidade constante. O AIM diz que devemos descer a uma taxa ótima (não a taxa máxima) até dentro de 1000 pés da altitude atribuída, e então não mais do que 1500 fpm para os últimos 1000 pés. Dependendo da minha distância do destino ou outro cruzamento esperado restrição, eu normalmente escolho uma taxa de descida entre 1500 e 2500 fpm e uso de energia para manter minha velocidade aerodinâmica de descida alvo. Ao usar este método, a taxa de descida não aumentará com a velocidade, no entanto, o meu ângulo de trajetória de vôo vertical mudará conforme a velocidade muda.

O comportamento que você descreve é mais provável visto quando uma restrição de cruzamento é emitida para o piloto, ou eles estão planejando cruzar uma restrição de travessia própria (10.000 pés. AGL a 30nm do aeroporto é comumente usado). Isso efetivamente fixa o ângulo da trajetória de vôo vertical, e agora a única maneira de compensar as mudanças de velocidade é ajustar a velocidade vertical.

Ao descer de grandes altitudes (acima de 30.000 pés, dependendo do avião), a velocidade indicada aumentará com um número Mach constante, até que a velocidade nominal de descida seja atingida e a velocidade vertical seja aumentada para compensar a maior velocidade no solo, a fim de fazer a restrição cruzada. Por outro lado, se uma redução de velocidade for atribuída, a taxa de descida pode ser reduzida para fazer a mesma restrição de cruzamento (ou a aeronave atinge a altitude atribuída cedo, o que normalmente não é um problema).

Esse ajuste acontece automaticamente (pelo FMS / piloto automático no modo VNAV) ou é monitorado e ajustado manualmente pelo piloto para atender às restrições de cruzamento.