Что определяет максимальную высоту, которую может достичь самолет?

Вопросы / ответыЧто определяет максимальную высоту, которую может достичь самолет?
0 +1 -1
flyman Админ. спросил 4 недели назад

Какие факторы определяют максимальную высоту для самолета?

Ограничено ли оно конструкцией крыла, тягой двигателя и так далее?

Есть ли формула, по которой можно рассчитать максимальную высоту, которую может достичь самолет?

flyman Админ. ответил 4 недели назад

Это действительно зависит от того, какой тип самолета. Большинству нужен кислород для горения. Будущие космические самолеты будут иметь двухмоторную систему. Пропеллер ограничены другими факторами…

flyman Админ. ответил 4 недели назад

вес: самолеты летают выше после сжигания топлива, конструкция крыла: TR1 или RQ4 летают выше, чем пассажирский самолет, доверие двигателя …

flyman Админ. ответил 4 недели назад

ГМ… ты можешь уточнить вопрос? Вы ищете максимальную» физическую » высоту, которую может достичь самолет (абсолютный потолок, как описано в ответах), или вы ссылаетесь на максимальную «разрешенную» высоту, которую может достичь самолет (служебный потолок, ограниченный в этом случае заданной скоростью подъема). На самом деле только последний ответ касался этого вопроса 🙂

flyman Админ. ответил 4 недели назад

Interplanetary Cessna what-if.xkcd.com/30

5 ответ
0 +1 -1
flyman Админ. ответил 4 недели назад

Чем выше вы поднимаетесь, тем ниже становится плотность воздуха. Эта более низкая плотность приводит к в более низком подъеме будучи произведенным для таких же воздушной скорости и угла нападения. Эффективно, чем выше вы летите, тем выше становится ваша минимальная скорость. Таким образом, во время подъема ваша скорость должна увеличиться, чтобы компенсировать более низкую плотность воздуха. Чем дольше вы можете летать быстрее, тем меньшую плотность на высоте можно компенсировать.

В основном есть две вещи, которые ограничивают максимальную скорость: тяга и скорость звука, и с этой максимальной высотой.

Во-первых, тяга; чем выше вы получаете, тем ниже тяга ваши двигатели доставить. Вы могли бы заметить, что сопротивление идет вниз с плотностью воздуха, а также, но так как вы летите быстрее и быстрее во время подъема сопротивление не уменьшается вообще. Если ваша максимальная высота ограничена тягой, то в какой-то момент во время подъема тяга и сопротивление приближаются к равному, и именно там подъем останавливается. Когда вы больше не можете подниматься более чем на 100 футов в минуту (для винтовых самолетов) или 500 футов в минуту (для реактивных / турбовентиляторных самолетов), вы достигли своего сервисного потолка. Если максимальная высота самолета определяется тягой, то достижение абсолютного потолка займет очень много времени.

На больших высотах воздушные дыхательные двигатели со временем будут испытывать трудности. Из-за более низкой плотности воздуха массовый поток через двигатель уменьшается до точки, где он вызывает пламя.

Другим ограничением является скорость звука, по крайней мере, для дозвуковых самолетов. В процессе создания подъемной силы ускоряется поток воздуха над верхней частью крыла. В какой-то момент, когда самолет все еще летит ниже скорости звука, ударные волны начнут формироваться над крылом. Это приводит к в увеличении сопротивления и уменьшает подъем. Таким образом, при условии, что в вашем распоряжении достаточно мощности двигателя, вы можете подняться на высоту, где ваша минимальная скорость также является максимальной скоростью. Это называется угол гроба . В углу гроба:

  • если вы летите быстрее, вы превысите максимальное число Маха (M M o

    Mmo

    ) вашего самолета, что приводит к высокой скорости, вибрации и возможной потере управления.

  • если вы летите медленнее, максимальный подъем, который может обеспечить крыло, будет недостаточным для поддержания высоты. Спуск или самолет заглохнет.
  • если вы летите выше, и вы будете слишком быстро и слишком медленно одновременно.
  • если вы поворачиваете, вы увеличиваете нагрузку на крыло, тем самым увеличивая минимальную скорость, необходимую для создания необходимого подъема. Также наружное крыло легко превысит максимальную скорость пока в то же время внутреннее крыло под скоростью стойла. Это может быстро перерасти в спин.

Поскольку требуется точное знание характеристик двигателя, сопротивления и крыла самолета, нет простой формулы для получения максимальной высоты для самолета.


Помимо ограничений, связанных с эксплуатационными характеристиками самолета, существует сертифицированная максимальная рабочая высота для герметичной кабины. При этом учитываются конструктивные свойства корпуса (разность давлений внутри и снаружи) и достижимая скорость аварийного спуска в случае разгерметизации.

flyman Админ. ответил 4 недели назад

хех, хорошее описание угла гроба “ » если вы летите выше, и вы будете слишком быстрыми и слишком медленными одновременно.”

flyman Админ. ответил 4 недели назад

Вместо того, чтобы говорить: «если вы летите медленнее, вы остановитесь», может ли быть более точным сказать: «если вы летите медленнее, самый крутой угол атаки, который избежал бы остановки, будет недостаточным для поддержания высоты»? Самолет с восходящим вертикальным импульсом мог бы пройти максимальную высоту, где он мог бы выдержать горизонтальный полет, но если бы пилот сохранил скорость и угол атаки в безопасных пределах, самолет просто опустился бы, пока не оказался в достаточно плотном воздухе. Если на пути нет гор, я бы не подумал, что самолет должен «заметить» изменение вертикальной скорости.

flyman Админ. ответил 4 недели назад

…что смогло бы выдержать на миллионы часов под условиями низк-усилия могло только выдержать на немного минут или секунд прежде чем оно падает врозь). В любом случае, я бы подумал, что основная проблема с потолком высоты заключается в том, что он не представляет собой порог, когда произойдет что-то плохое, если он будет превышен, так как он представляет собой предел того, насколько высоко будет идти самолет, если другие параметры будут сохранены в диапазоне.

flyman Админ. ответил 4 недели назад

@supercat прежде чем вы собираетесь опробовать свою теорию и убить себя, Могу ли я предложить вам исследовать высотные операции, особенно: Mach stall, задняя сторона кривой мощности, продольная стабильность, влияние изменений температуры на число Маха и влияние турбулентности на скорость и коэффициент нагрузки для начала? Есть очень веские причины для сертифицированного потолка самолета, чтобы быть значительно ниже абсолютного потолка. Название coffin corner не выходит из ниоткуда (ну, может быть, это так, но я думаю, вы поняли)

flyman Админ. ответил 4 недели назад

Продолжим эту дискуссию в чате .

0 +1 -1
flyman Админ. ответил 4 недели назад

The maximum altitude is limited by a number of factors, and the one which counts depends on the particular aircraft. These are:

  1. Выходная мощность двигателя . Двигатели воздушного дыхания производят меньше энергии, чем выше они работают из-за уменьшения плотности с высотой. В поршневых двигателях это может быть преодолено с турбонаддувом, и специальные высотные поршневые двигатели используют трехступенчатые турбонагнетатели с промежуточными охладителями. В специализированных высотных конструкциях двигатель является наименьшей частью силовой установки, большинство из них-охлаждение и воздуховод. Пропеллер должен соответствовать к низкой плотности на большой высоте, увеличивая в диаметре для деятельности в воздухе низкой плотности.

  2. Давление камеры сгорания: предел высоты реактивных двигателей главным образом определен коэффициентом давления входа и компрессора. Если это давление упадет ниже минимального для устойчивого сгорания, двигатель загорится. Поскольку реактивные двигатели в принципе являются большим турбокомпрессором, где поршневой двигатель был заменен камерой сгорания, эта камера сгорания становится слабым звеном.

  3. Нагрузка крыла: чем ниже нагрузка на крыло,тем ниже плотность воздуха может стать до того, как крыло не сможет произвести достаточный подъем. Если двигатели производят достаточно энергии для устойчивого полета (например, электрические двигатели с солнечными батареями), пределом становится структурная целостность легкой структуры. См. этот ответ для прикладного примера.

  4. Максимальное число Маха полета: для сверхзвукового самолета предел задается сочетанием нагрузки на крыло и максимальной скорости. Чем быстрее самолет может летать, тем ниже может быть плотность воздуха. В большинстве случаев ограничение скорости задается эффективностью впуска, потому что впуски должны быть оптимизированы для их числа Маха полета, и термальные пределы должные к топлению планера. Обратите внимание, что быстрый самолет с запасами подъемной силы может выполнять подтягивание на высоте, Преобразуя кинетическую энергию в потенциальную энергию (она же высота), поэтому максимальная высота установки может быть на несколько 1000 м выше стационарного предела высоты.

  5. Аэродинамическая эффективность: это единственный фактор, где я могу дать вам простое уравнение, и оно определяется аэродинамическим качеством крыла и его аэродинамического профиля. Это относится к дозвуковому полету, где увеличение выше критического числа Маха полета уменьшит подъемную силу . Выражается как минимальная плотность воздуха ρmin

    ρmin

    , вот

    ρ m i n = 2 m g ( M A C h 2 c L ) m A x A 2 S

    ρmin=2mg(Mach2cL)maxa2S

Здесь мы снова находим загрузку крыла mS

mS

как фактор, но и максимум произведения квадрата числа Маха полета M A 2

Ma2

и коэффициент подъема cL

cL

. один

a

это скорость звука. Хорошее значение M A C h 2 C L

Mach2cL

0,4, и для этого нужны сверхкритические аэродинамические поверхности, который нужно достигнуть. Используйте это число для современных конструкций, и вы получите довольно точный ответ, если тяги двигателя достаточно. Для более старых конструкций лучше подходят значения от 0,3 до 0,35. Очень ранние проекты с плохой аэродинамикой, такие как Westland Welkin, достигнут только M A C h 2 C L

Mach2cL

ниже 0.2.

0 +1 -1
flyman Админ. ответил 4 недели назад

В самой основной форме максимальная высота самолета-это точка, где требуемая тяга равна доступной тяге . Это сравнивает тягу, необходимую для поддержания воздушной скорости и высоты, с тягой, доступной от двигателей. Поскольку воздушно-дыхательные двигатели будут иметь тенденцию производить меньшую тягу по мере увеличения высоты, это означает, что доступная тяга уменьшается с высотой. В какой-то момент самолет будет иметь самое низкое сопротивление в горизонтальном полете и использовать всю доступную тягу.

Как указывает Кейси, будет много других факторов, таких как способность самолета оставаться под давлением, способность двигателя поддерживать определенный уровень тяги и атмосферные условия.

Однако, если вы ищете абсолютную максимальную высоту, которую он может достичь, но не обязательно поддерживать, это становится намного сложнее. Это будет определяться максимальным количеством энергии, которое может достичь самолет, как по высоте, так и по скорости полета. Самолет может быть в состоянии нырнуть или остаться на более низкой высоте, чтобы получить скорость, и затем подняться, чтобы обменять ту скорость на высоту, достигнув более высокой высоты, чем это может поддержать (см. Этот инцидент для примера самолета, который полетел к более высокой высоте, чем это могло фактически поддержать).

flyman Админ. ответил 4 недели назад

Действительно ли рейс 3701 превысил FL410 на сколько-нибудь значительную сумму? Если я правильно прочитал учетную запись в Википедии, полет выровнялся на FL410, но чрезмерная скорость подъема привела к тому, что скорость полета была низкой. Таким образом, повествование «торгуется скоростью на высоту, а затем не может поддерживать эту высоту» буквально верно, но я не видел никаких признаков в статье, что самолет действительно поднялся выше максимальной высоты, которую он мог бы поддерживать, если бы пилоты установили более низкую скорость набора высоты, чтобы добраться туда. Но, может быть, есть что-то, что я пропустил или что Википедия упустила.

flyman Админ. ответил 4 недели назад

Это правда, что технически он мог летать на FL410, но дело в том, что они достигли этой высоты в состоянии, которое не было устойчивым.

0 +1 -1
flyman Админ. ответил 4 недели назад

Абсолютная максимальная высота, которую может достичь самолет, ограничена только подъемной силой, которую он может произвести. Это будет функция крыла (и один из наших инженеров-резидентов может объяснить это) и воздушный поток над крылом. Воздушный поток, в свою очередь, зависит от вашей высоты (плотности воздуха) и скорости воздуха. Скорость полета в свою очередь является функцией тяги, сопротивления и т.д. Короче говоря, подъем, который вы можете произвести, зависит от многих вещей косвенно, и это определит физический предел максимальной высоты.

Обратите внимание, что максимальная высота, определенная вашим лифтом, является максимальной непрерывной высотой. Если у вас есть импульс, вы можете использовать его, чтобы подняться выше этой высоты для кратких экскурсий, но вы не сможете поддерживать высоты выше этого предела.

Обратите внимание, что эта высота не является служебным потолком самолетов, который будет ниже из-за порогов скорости набора высоты (например, 100 fpm) или проблем сертификации (например, 25 000 футов для требований к давлению/кислороду).

flyman Админ. ответил 4 недели назад

Ограничивается как подъем, так и тяга, а не «только подъем» (хотя вы можете утверждать, что без тяги нет лифта). Ваши двигатели должны работать в условиях низкой плотности и низкого содержания кислорода…

0 +1 -1
flyman Админ. ответил 4 недели назад

На безмоторный самолет не распространяются два из пяти ограничивающих факторов в всеобъемлющем ответе Питера Кэмпфа . Текущий дозвуковой уровень-рекорд высоты полета проводится планером Perlan II, который достиг 76 124 футов в сентябре 2018 года, превысив рекорд U2 73 737 футов. Если Perlan II достигнет расчетного предела высоты 90 000 футов, он превысит рекорд высоты полета SR-71 (сверхзвуковой) в 85 068 футов.

Perlan II, будучи узкоспециализированным и имеющим фюзеляж под давлением, не сильно отличается по внешнему виду от планера открытого класса. Наиболее существенное различие заключается в аэродинамическом профиле, который оптимизирован для полета на высоте 60 000 футов. Это также приводит к значительно более широкому диапазону воздушной скорости на экстремальных высотах («угол гроба», упомянутый в других ответах), чем U-2, который на рабочей высоте имел только 5-узловой летающий диапазон воздушной скорости.