Почему авиалайнеры поднимают высоту во время круиза?

Вопросы / ответыПочему авиалайнеры поднимают высоту во время круиза?
0 +1 -1
flyman Админ. спросил 1 год назад

По моему опыту, как пассажир, когда самолет стоит в аэропорту, и вы входите в него, проход в значительной степени горизонтален. (Очевидно, я никогда не летал на DC-3). После взлета резко поднимаемся вверх (дух!), но даже после того, как капитан приходит на PA с «мы достигли нашей крейсерской высоты», проход продолжает указывать на несколько градусов вверх. Обычно только в «мы начинаем наш спуск в XYZ» тело возвращается к более или менее горизонтальному шагу.

Почему это? У меня есть некоторые гипотезы, но я не знаю, какие из них истинны.

  1. Просто так получается аэродинамика. (Маловероятно — казалось бы, было бы просто инженерным вопросом прикрепить крылья к телу под таким углом, чтобы прямой угол атаки для крейсерского полета соответствовал горизонтальному телу).

  2. Качка тела вверх немного позволяет ему генерировать некоторый подъем, свободный от пропорционального увеличения сопротивления относительно толкания цилиндрического тела прямо через воздух.

  3. Пассажирские самолеты намеренно спроектированы таким образом, что им никогда не нужно наклоняться ниже горизонтали при обычном спуске, чтобы пассажиры не могли паниковать и думать, что они ныряют до смерти. (Также маловероятно, если на самом деле нет скрытых затрат с точки зрения перетаскивания и т. д.)

  4. Посадка могла бы быть более трудной, если самолет должен был указать свой нос вниз, чтобы приблизиться к Земле — носовое колесо ударит по взлетно-посадочной полосе сначала. (С другой стороны, простое выравнивание будет считаться вспышкой, поэтому мне не ясно, что это на самом деле недостаток).

flyman Админ. ответил 1 год назад

Подъем от фюзеляжа под углом вверх не «свободен от сопротивления». Весь подъем вызывает сопротивление, потому что никакая система не на 100% эффективна.

flyman Админ. ответил 1 год назад

@DavidRicherby: мое намерение было «без дополнительного перетаскивания (в первом порядке)». Вы не можете иметь лифт без сопротивления, но вы, безусловно, можете иметь сопротивление без лифта-это то, что вы получаете для симметричного фюзеляжа под углом 0° атаки. Если вы слегка наклоните его, чтобы дать небольшой угол атаки, вы преобразуете часть перетаскивания без лифта в перетаскивание с лифтом.

flyman Админ. ответил 1 год назад

@DavidRicherby: качественно, дополнительное сопротивление положительно независимо от того, делаете ли вы шаг немного вверх или немного вниз, поэтому в первом приближении оно идет как квадрат угла тангажа. С другой стороны, лифт имеет противоположные знаки для противоположных шагов, поэтому я ожидал бы, что он будет линейным по углу тангажа (опять же в первом приближении). Поэтому при достаточно малых отклонениях шага от 0° изменение подъемной силы будет доминировать над изменением сопротивления.

flyman Админ. ответил 1 год назад

Очень хорошо написанный и интересный вопрос; мне жаль, что большинство ответов до сих пор не соответствуют аналогичному качеству. Суть вопроса, по-видимому, заключается в следующем: «почему дизайнеры предпочитают требовать тангажа в полете, а не выбирать угол падения крыла, чтобы крылья имели прямой угол атаки с нулевым шагом?»

flyman Админ. ответил 1 год назад

Это правда? Я всегда предполагал, что это оптическая иллюзия, вызванная отсутствием статической системы отсчета.

6 ответ
0 +1 -1
flyman Админ. ответил 1 год назад

В основном варианты 2 и 1 из вашего списка.

О чем пока никто не упоминал, но здесь весьма важно то, что угол атаки зависит от скорости 1 и веса . В то время как» скорость » не сильно отличается для большинства авиалайнеров, разница между пустым и полностью загруженным авиалайнером довольно велика.

Теперь, если фюзеляж был наклонен вниз, он создавал бы подъем, направленный вниз, и связанное с ним сопротивление с чистым результатом просто большого дополнительного сопротивления. Таким образом, самолет спроектирован так, чтобы он не летал (в горизонтальном круизе), даже при свете. Но это означает, что когда он полностью загружен, он летит немного вверх, потому что ему нужно больше подъема и более высокий угол атаки, чтобы получить его.

1 это зависит от» указанной скорости», которая не является скоростью вообще, а скорее динамическим давлением, выраженным как скорость, с которой это произойдет при движении по воздуху стандартного давления на уровне моря (1013.25 hPa). Давление на больших высотах, где обычно летают авиалайнеры, значительно ниже, поэтому указанная скорость обычно не превышает 250 узлов, когда истинная скорость значительно превышает 400 узлов.

flyman Админ. ответил 1 год назад

Подъем от фюзеляжа помогает заполнить зазор между крыльями и от стреловидности крыла (Миттенэффект ). Это уменьшит наведенное сопротивление; идеально зазор вполне заполнен.

0 +1 -1
flyman Админ. ответил 1 год назад

В конечном счете ответ на ваш вопрос — это номер (1) из ваших вариантов выше-вот как работает аэродинамика .

Для создания определенной величины подъемной силы требуется, чтобы крыло имело определенный угол атаки при заданной скорости. Поскольку крылья более или менее постоянно прикреплены к фюзеляжу, установка угла атаки требует от нас наклона всего самолета, изменяя угол палубы.

Существует очень хорошая веб-страница, иллюстрирующая это (сильно преувеличенная) деталь , поэтому я не буду воспроизводить полное объяснение и рисунки здесь.


Что касается того, почему аэродинамика работает таким образом — это, вероятно, имеет какое — то отношение к числам (3) и (4) — комфорт пассажиров и легкость выполнения маневров (например, посадки).

Большинство авиалайнеров, на которых я был, имеют небольшой носовой угол палубы (возможно, 2 градуса) в круизе, что на самом деле не «заметно» для большинства людей, если вы не несете пузырьковый уровень или очень пристально смотрите на свой напиток, но точный угол для подъема, круиза и спуска будет варьироваться в зависимости от самолета и того, как он был загружен (вы можете в значительной степени спуститься с любым углом палубы вам нравится).
Большинство людей, вероятно, будут возражать против полета с углом палубы 10 или 15 градусов (будь то нос вверх или нос вниз), так как уступка комфорту пассажира крылья прикреплены к фюзеляжу таким образом, что аэродинамически выгодно (не пытаясь перетащить жирную нижнюю сторону самолета по небу) и комфортно для пассажиров.

И наоборот, большинство самолетов GA, в которых я был, похоже, круиз с плоским или слегка носовым углом палубы, хотя это может быть также легко оптической иллюзией от большого окна спереди, где вы можете его видеть. (Я оцениваю угол палубы на основе наклона влажного компаса, так как я обычно не подаю напитки .)

flyman Админ. ответил 1 год назад

Угол палубы 2 градусов на плоскости длиной 200 футов (60 м) соответствует разнице высот 7 футов (2 м) между передней и задней частью. Я не думаю, что вам нужен уровень пузыря, чтобы увидеть это.

flyman Админ. ответил 1 год назад

Это не оптическая иллюзия, многие самолеты GA совершают круиз с небольшим носом вниз, иногда называемым полетом»на ступеньке». Насколько я помню, аккорд крыла слегка наклонен вверх на большинстве самолетов GA, чтобы создать большую подъемную силу на уровне носа. Эта последняя часть может быть немного отключена, исходя из памяти. Источник: Как Pro летит

flyman Админ. ответил 1 год назад

@DavidRicherby с внешней стороны самолета это, безусловно, очевидно, палуба не уровень — вы можете видеть, что есть разница между носом и хвостом. С внутренней стороны, однако, 2-градусный наклон несколько менее очевиден. Обратите внимание на содержимое стакана для питья в следующий раз, когда вы находитесь на авиалайнере — жидкость, вероятно, будет наклонена, но это не будет значительным количеством (т. е. «вы, скорее всего, не прольете его на галстук»).

flyman Админ. ответил 1 год назад

@voretaq7: когда вы сидите сзади и смотрите вперед, как вы думаете, что это уровень, вы увидите наклон довольно четко. Вы не заметите его на напитке в стакане, так как он слишком мал; и стол может добавить наклон в любом случае.

flyman Админ. ответил 1 год назад

Стоит отметить, что A330 имеет ярко выраженный угол наклона носа вниз при сидении на асфальте. Это дает ему более ровную ориентацию кабины в полете, но представляло серьезные проблемы с регуляцией груза — A330F переконструировало шестерню носа специфически из-за этого вопроса.

0 +1 -1
flyman Админ. ответил 1 год назад

Для полета нужен небольшой тангаж: нужен определенный угол атаки для того, чтобы произвести необходимый подъем, чтобы оставаться в воздухе.

Как Вы себе представляли, обычно крылья наклонены относительно фюзеляжа, так что в круизе крылья будут иметь необходимый AoA, а фюзеляж будет горизонтальным, чтобы минимизировать сопротивление (и, следовательно, расход топлива).

Комфорт пассажиров гораздо менее важен, чем это (и пассажиры всегда могут откинуться назад).

Моя гипотеза для вашего наблюдения заключается в том, что» шаг вверх», который вы наблюдаете, является либо визуальной/сенсорной иллюзией из-за отсутствия внешней точки отсчета (нет, облака не являются действительной ссылкой, а земля слишком далеко), либо вы летали на самолетах, где пол не параллелен самолету X-Y самолет.Лично я бы склонялся к первой гипотезе, поскольку наличие негоризонтального пола в полете создает всевозможные неприятности для обслуживания кабины (опять же, что-то, чего вы хотите избежать).

flyman Админ. ответил 1 год назад

Вам не нужно небольшое отношение высоты тона, чтобы летать. Вы когда-нибудь видели трюковый самолет? Единственный угол, который имеет значение, — это угол атаки между хордой крыла и относительным потоком воздуха. Можно проектировать и летать самолеты, которые летают носом вниз, носом вверх или носом вверх.

flyman Админ. ответил 1 год назад

@Саймон, хорошо, может быть, я не сформулировал это наилучшим образом, но если вы заметили, я говорю, что вы указываете: вы можете построить/установить крылья с углом w.r.ти. фюзеляж, так что это не будет иметь никакого шага в то время как крылья будут иметь положительный AoA

flyman Админ. ответил 1 год назад

Обратите внимание, что даже 2 градуса высоты тона могут привести к тому, что передняя часть 200-футового (60 м) самолета, такого как 777, будет примерно на 7 футов (2 м) выше, чем задняя. Это вполне может быть заметно для пассажиров.

flyman Админ. ответил 1 год назад

Каждый самолет, который я когда-либо летал, имеет нос на 3-4 градуса во время круиза, поэтому я не думаю, что это иллюзия. Пол на самом деле, как правило, разбили немного во время круиза! Остальная часть вашего ответа-это место.

flyman Админ. ответил 1 год назад

Этот ответ кажется несовместимым с самим собой. «Вам нужно небольшое отношение высоты тона», но » крылья наклонены по отношению к фюзеляжу так … фюзеляж будет горизонтальным». Если последнее имеет место, вам не нужно отношение высоты тона, но отношение нулевого тона. Также, сказав, что есть шаг вверх, он говорит, что шаг вверх-это «иллюзия», или пол на самом деле не параллелен линии фюзеляжа. Это не доходит до сути вопроса.

0 +1 -1
flyman Админ. ответил 1 год назад

У вас действительно есть довольно хорошая гипотеза!

Начнем с того, что это действительно «простой инженерный вопрос-прикрепить крылья к корпусу под таким углом, чтобы прямой угол атаки для круизного полета соответствовал горизонтальному телу», но вы немного пропустили цели дизайна. Этот угол называется углом падения или углом такелажа крыла и представляет собой разницу между углом наклона фюзеляжа и углом наклона крыла. Это очень специфический угол, который рассчитывается как часть конструкции самолета.

пример угла падения

Уклон крыла должен удовлетворять следующим проектным требованиям:

  1. Крыло должно быть способно генерировать желаемый коэффициент подъемной силы во время крейсерского полета.
  2. Крыло должно обеспечивать минимальное лобовое сопротивление во время крейсерского полета.
  3. Угол установки крыла должен быть таким, чтобы угол атаки крыла можно было безопасно изменять (фактически увеличивать) во время взлета.
  4. Угол установки крыла должен быть таким, чтобы фюзеляж создавал минимальное лобовое сопротивление во время крейсерского полета (т. е. атака должна быть нулевой в круизе).

Эти требования к конструкции естественно совпадение с углом атаки крыла, соответствующим коэффициент идеальной подъемной силы аэродинамического профиля (см. рис. 5.26).

Типичный номер для падения крыла для большинства воздушных судн от 0 до 4 градусов. Как общее руководство, угол установки крыла в сверхзвуковых истребителях — от 0 до 1 градуса; в самолетах GA, от 2 до 4 градусов; и в воздушном судне перехода двигателя между 3 5 градусов.

Обратите внимание, что правильный угол падения будет иметь крыло наиболее эффективным во время круиза, в то время как фюзеляж также создает минимальное сопротивление. Оба они вычисляются независимо, и угол падения устанавливается таким образом, чтобы оба условия удовлетворялись одновременно.

Проектные решения самолетов, как правило, представляют собой компромисс между различными, во много раз противоречивыми целями. Далее он говорит, что в некоторых случаях он может быть скорректирован от оптимального:

Угол установки крыла может быть изменен в процессе проектирования прогрессы. Например, фюзеляж с большой несущей задней частью часть, котор нужно принять кормовые двери груза может иметь их минимальное сопротивление на a небольшой положительный угол атаки. В таких случаях падение крыла будет сократитесь соответственно. Другое, les фундаментальное, рассмотрение то останавливая представление во время приземляясь деятельности для того чтобы получить как много вес на тормозных колесах, насколько это возможно. Таким образом, есть преимущество уменьшите падение крыла немножко до такой степени, что изменение не чувствовал себя значительно в салоне. Уменьшение длины шестерни носа будет делать то же самое. Этот метод ограничен в пассажире самолет потому что ровный пол кабины желателен на земле. Но, для истребителей уровень пола не является конструктивным соображением.

Еще одна возможная причина регулировки угла падения на неоптимальное число заключается в том, чтобы при посадке самолета нос самолета не был наклонен вниз, чтобы избежать более высокой вероятности удара носового колеса первым при посадке.


Большая часть материала для этого ответа пришла из этого документа, написанного Мохаммадом Садреем в колледже Даниэля Вебстера

flyman Админ. ответил 1 год назад

Это, кажется, лучший ответ, чем тот, который выбран, указывая на минимальную скорость воздушного сопротивления и угол падения . Я нашел еще одно хорошее объяснение здесь .

0 +1 -1
flyman Админ. ответил 1 год назад

Я считаю, что ответ может быть вариант 5:

5. Самолет меняется во время полета.

В начале полета самолет загружается топливом. Это увеличивает вес самолета и, таким образом, требует увеличения AoA для поддержания горизонтального полета. Поскольку самолет сжигает топливо, масса самолета уменьшается, и, следовательно, AoA также должна уменьшаться.

В зависимости от типа самолета и продолжительности полета, вес топлива может быть очень значительным. Например, Боинг 777-200 имеет максимальную топливную емкость 117 340 литров. Это количество топлива весит приблизительно. 95,000 кг. Максимальная взлетная масса для этого типа самолетов составляет чуть более 247 000 кг. Это означает, что 777 полностью загруженный топливом и с максимальным взлетным весом потеряет чуть менее 40% своей массы во время полета.