Как ветер влияет на скорость полета, что я должен летать на максимальную дальность в самолете?

Сначала мой ответ был довольно кратким, и у меня сложилось впечатление, что сначала мне нужно уточнить вопрос. Речь идет о лучшей скорости полета для максимального диапазона. С ветром. Лучший диапазон означает, что вы покрываете наибольшее расстояние, пока ветер несет самолет с ним. Если у вас встречный ветер, то чем дольше вы остаетесь в воздухе, тем больше вас уносит назад, так что вам лучше поторопиться. С попутным ветром, это помогает замедлиться, потому что теперь ветер помогает вам покрыть еще больше расстояния.

Но сколько? Нам нужно выбрать ту конкретную скорость, где изменение расхода топлива просто уравновешивает изменение скорости по земле. Я всегда находил, что легче объяснить с планерами, и там вы действительно можете наблюдать, какая Полярная точка лучше. Просто представьте себя наблюдателем на Земле, который видит пролетающий вдали самолет. Если вы строите линию с комбинацией положений и высоты, должна быть одна скорость полета, которая создает линию, где угол траектории полета является самым мелким. Это желаемый оптимум. Это имеет мало общего с оптимальным L/D — это всего лишь еще одна точка, которую вы можете найти с полярной скоростью стока. И это, оказывается, точка для лучшего скольжения в неподвижном воздухе. Но есть гораздо больше, что скажет вам смиренный полярник, если вы посмотрите на это правильно.

С приведенным в действие самолетом вам нужно выбрать полярную точку, где ваш поток топлива является самым низким для данной скорости над землей. В принципе, вы летите как планер и добавляете достаточно энергии, чтобы оставаться на той же высоте. В этом вся разница. User2168 уже ответил на эту часть графическим решением.

Теперь вернемся к планерам. Пожалуйста, посмотрите на график ниже, который показывает скорость полета по оси X и скорость погружения по оси Y.

Решение графическое: вы начинаете с оси X в точке, которая соответствует скорости ветра, и помещаете касательную на график скорости стока. Там, где касательная касается полярной линии раковины (синяя линия), самолет летит в лучшем L/D для данной скорости ветра. Переместите начальную точку на положительную скорость для встречного ветра и отрицательную скорость (здесь не показано) для попутного ветра. Если термин «лучший L / D» уже зарезервирован в вашем уме, пожалуйста, прочитайте это как «лучшая Полярная точка». Это действительно то же самое.

Поскольку User2168 опередил меня в графическом решении, я добавлю аналитическое решение.

Для приведенного в действие полета вещи становятся более сложными, потому что тяга изменяется со скоростью. Для упрощения можно сказать, что тяга изменяется со скоростью пропорционально выражению vnv

$v^{n_v}$ где N v

$n_v$ константа, которая зависит от типа двигателя. Самолет поршеня имеет постоянн выходную мощность, и тяга обратна с скоростью над рядом скорости приемлемых эффективностей пропеллера, следовательно N v

$n_v$ становится -1 для поршневого самолета. Турбовинтовые двигатели используют некоторое давление ОЗУ, поэтому они немного выигрывают от полета быстрее, но не намного. Их N v

$n_v$ от -0.8 до -0.6. Турбовентиляторы более лучшие В использовать давление штосселя, и их N v

$n_v$ от -0.5 до -0.2. Чем выше коэффициент байпаса, тем отрицательнее их N v

$n_v$ становится. Струи (думаю, J-79 или даже старый Jumo-004) имеют постоянную тягу по скорости, по крайней мере, в дозвуковом потоке. Их N v

$n_v$ приблизительно 0. Положительные значения N v

$n_v$ можно найти и с рамджетами-они развивают большую тягу, чем быстрее они движутся по воздуху.

Теперь для потока топлива: это идет вверх и вниз с выходной мощностью двигателя. Опять же упрощение, но оно помогает справиться с проблемой и дает полезные результаты. Это позволяет нам переформулировать проблему следующим образом: при какой скорости полета у меня лучшее соотношение между мощностью и наземной скоростью?

Математически мы хотим летать Pvw+v

$\frac{P}{v_w+v}$ при минимально возможном значении. P

$P$ это сила, vw

$v_w$ скорость ветра и в

$v$ воздушная скорость. Чтобы выразить поведение тяги по скорости, я разбиваю P на произведение постоянной KS

$K_S$, настройка дроссельной заслонки δ

$\delta$ и скорость такая: K S δ δ ⋅ v ⋅ V n v

$K_S\cdot\delta\cdot v\cdot v^{n_v}$. Вот общее решение, вставленное как PNG, чтобы сохранить мне все набрав в Редакторе:

Обратите внимание, что неявно коэффициент подъема находится с обеих сторон уравнения. Чтобы ее решить, нужно делать это рекурсивно, пока скорость и коэффициент подъема не совпадут. Я принял эту форму из-за сходства с общей формой у still wind, которую можно найти во многих перформансных книгах. Это здесь я нигде не нашел, и мне потребовалось некоторое время, чтобы понять это. Спасибо, Лнафзигер, за отличный вопрос! Это дало мне шанс кое-чему научиться.

Теперь я поместил результаты в сюжет. Для того чтобы исключить самолет-специфические параметры, оно показывает коэффициент cL

$c_L$ с ветром закончился cL

$c_L$ без ветра. График метрический, но будет работать для всех единиц, если вы используете одни и те же единицы для скорости ветра и скорости воздуха.

Чтобы привести пример применения поправочного коэффициента: если вы летите при встречном ветре 20 м / с, а ваша лучшая скорость полета при неподвижном ветре составляет 50 м / с (приблизительно 97 КТ cL

$c_L$ должно быть 70% cL

$c_L$ при неподвижном ветре для поршневых самолетов. Это делает вашу скорректированную скорость 60 м / с (v пропорционально cL−−√

$\sqrt{c_L}$), и теперь рекурсивная природа формулы поднимает свою уродливую голову. При скорости 60 м/с коррекция составляет всего 77,5%, поэтому нам нужно сделать несколько циклов, пока мы не достигнем точки, где скорость полета и коэффициент коррекции совпадают. В этом примере это было бы 57 м / с или 110 КТС в случае самолета с поршневым двигателем.

Рассмотрим случай, когда вы летите в встречный ветер, который равен опубликованной скорости для максимальной дальности в неподвижном воздухе.

В этом случае, если вы летите со скоростью для максимальной дальности в неподвижном воздухе, у вас будет наземная скорость нуля и диапазон нуля.

Чтобы продвинуться над землей (чтобы увеличить дальность полета), вам нужно будет лететь со скоростью, превышающей скорость для максимальной дальности в неподвижном воздухе.

Фактическая взаимосвязь показана на рис .5-19 иллюстрированного руководства по аэродинамике (2-е издание). Построить кривую скорость-потребляемая мощность. Нарисуйте линию L, начинающуюся в точке (скорость=встречный ветер, мощность=0), которая является касательной к кривой скорости-PowerRequired. Точка, в которой линия L касается требуемой мощности кривой, находится на скорости для максимального диапазона.

Я думаю, что заголовок диаграммы неверен. Диаграмма показывает разницу в скоростях для максимального диапазона, но я не считаю, что скорость полета, которая дает лучшее соотношение L/D, зависит от ветра.

Airspeed — это ваша скорость через воздушную массу, скорость ветра или направление не изменит вашу скорость полета. То, что направление ветра меняется, — это ваша наземная скорость, которая является скоростью самолета над поверхностью земли. Компонент встречного ветра снижает скорость движения, в то время как попутный ветер увеличивает ее. Я думаю, вы спрашиваете, как изменить скорость полета, чтобы лучше использовать топливо в зависимости от того, есть ли у вас встречный ветер или попутный ветер.

Общий ответ на это заключается в том, что если у вас есть встречный ветер, вы увеличите свою скорость полета, а с попутным ветром уменьшите ее. Если у вас есть встречный ветер, вам потребуется больше времени, чтобы добраться туда, куда вы идете, поэтому увеличение скорости полета приведет вас туда быстрее, и вы будете использовать меньше топлива. Попутный ветер доставит вас туда быстрее, чтобы вы могли уменьшить скорость полета и, следовательно, сжигать топливо и все равно попадать туда в то же время, как если бы Вы были в неподвижном воздухе.

На практике это зависит от того, сколько у вас есть компонента встречного/попутного ветра, и каковы ваши скорости горения при разных скоростях полета. Самолет имеет кривую скорости / сопротивления, в какой-то момент энергия, которую вы добавляете, чтобы идти быстрее, просто заканчивается впустую. Вы также можете получить за кривой сопротивления, летать слишком медленно, чтобы быть эффективным. Добавление немного больше скорости может иметь смысл, добавление нагрузки больше скорости, скорее всего, в конечном итоге использовать больше топлива без особого результата. Противоположное также верно, вы можете в конечном итоге получить слишком медленно и тащить, сжигая больше топлива.

Это просто сводится к энергии, необходимой для перемещения из точки A в точку B, удобно измеряемой по расходу топлива, или, с планерами, расстояние, полученное на заданную высоту. При отсутствии ветра, при мощности мы летим со скоростью воздуха, где крыло и двигатель/опора являются наиболее эффективными, вблизи Vy, и с скольжением, Vbg.

Идти навстречу ветру-вот где ты платишь дьяволу его долги. Это становится критическим, когда у вас есть аварийное питание в 20 узел встречного ветра и Ваше посадочное поле впереди вас. Может быть, легче повернуть и лететь на поле, которое вы уже прошли (высота позволяет).Другой альтернативой является увеличение скорости выше Vbg, чтобы получить больше расстояния на ветер. Дело уже не в скорости полета, а в уважении к Земле. Вы должны достичь этой точки в любом случае вы можете безопасно приземлиться.

Диаграмма или график максимального расстояния скольжения W. R. T. земля в встречные ветры была бы чрезвычайно полезной информацией для любого самолета (перечисленного как лучшая скорость полета в тех условиях).