Самолеты и ветер.
Здравствуйте. Вопрос: а почему самолеты, в частности свободнолетающие планера разворачиваются против ветра? Ведь если принять модель ветра как движущуюся относительно поверхности земли неперемешивающуюся массу воздуха, то модели должно быть все равно в каком направлении она летит относительно направления ветра относительно поверхности земли.
Даже если принять то, что ветер незначительно перемешивается, то почему даже пилотажка с немалой массой при выполнении петли тоже очень существенно поворачивается против ветра? Сумбурно потому что давненько думаю, но недогадываюсь, даже зацепки нет. Образования по аэродинамики, к сожалению, не имею.
флюгер, есть прибор такой. Вот здесь примерно те же причины.
Если более точнее. Центр тяжести модели как правило явлется осью вращения ( не совсем правилно но так понятнее) . Так вот если взять площадь хвостового оперения и плечо до оси вращения то получим как правильно было замеченно эффект флюгера. Сопротивление хв. оперения на таком плече относительно оси и ставит модель мордуленцией навстречу ветру.
Если петля делается по отношению к земле - вход в петлю и выход из нее “над одним пеньком”, то разворот действительно происходит. Только не самолет сам разворачивается, а его разворачивает пилот, чтобы не было сноса. Если же петля делается по отношению к воздушной массе, то самолету все равно в какую сторону лететь, но с земли это выглядит как спираль. Эффект флюгера здесь не при чем.
Флюггер закреплен жестко к земле, с ним все ясно. А летящий самолет к земле ничем не привязан. Здесь какой-то другой механизм. Пока неясно…
Насчет петли я и нестарался задумываться - куда пилот рулит плюс накладываются силы приложенные давлением воздушного патока - того же ветра.
-----
Я имел в виду чисто планерный полет и тенденцию модели принять положение против ветра. Самолет привязан центром давления воздуха на площади несущих поверхностей . Вот относительно центра давления которая как я упростил связав с центром тяжести и разворачивает самолет.
–
Честно говоря вопрос похож на тему как воостанавливают стружку с крыльев, на одном веселом форуме.
Флюггер закреплен жестко к земле, с ним все ясно. А летящий самолет к земле ничем не привязан. Здесь какой-то другой механизм. Пока неясно…
Еще раз: Примем допущение, что вектор скорости самолета (по отношению к воздуху) совпадает с его продольной осью (ОСЬ Х). Это не совсем так, но для пояснения сути вопроса неважно.
Предположим, что мы делаем петлю перпендикулярно направлению ветра. Скорость ветра 10 метров в секунду (Ось Y). (не сильно комфортно для полетов 😃 ) продолжительность выполнения фигуры “петля” - 10 секунд. Скорость самолета на входе в петлю примем равной 20 метров в секунду. Вектор скорости самолета раскладывается на: составляющую вдоль оси х 20 м/с и составляющую вдоль У - 10 м/с. Итоговая скорость по отношению к земле будет 22,36 м/c - мы видим снос самолета. Если в процессе выполнения фигуры мы не меняли вектор скорости по оси Y, то самолет выйдет из петли в точно том же положении, как входил, но за сто метров от точки входа. С земли это выглядит не как петля, а как спираль, хотя по отношению к воздушной массе - это строгая петля. Если поставить дымовую шашку (или нитры с маслом побольше 😃 ), то в воздухе будет отчерчен строгий круг, который будет удаляться со скоростью движения воздушной массы.
Пилот же хочет видеть петлю по отношению к себе (земле). Составляющая скорости самолета по оси Y должна быть нулевой. Значит, по отношению к воздуху она должна быть 10 метров в секунду. Предположим, что скорость выхода из петли - 20 метров в сек. Тогда поворот самолета против ветра (замечу, не самопроизвольный, а инициированный пилотом) по отношению вектору его скорости относительно земли составит 30 градусов (арктангенс 0,5)
Здравствуйте. Вопрос: а почему самолеты, в частности свободнолетающие планера разворачиваются против ветра? Ведь если принять модель ветра как движущуюся относительно поверхности земли неперемешивающуюся массу воздуха, то модели должно быть все равно в каком направлении она летит относительно направления ветра относительно поверхности земли.
Даже если принять то, что ветер незначительно перемешивается, то почему даже пилотажка с немалой массой при выполнении петли тоже очень существенно поворачивается против ветра? Сумбурно потому что давненько думаю, но недогадываюсь, даже зацепки нет. Образования по аэродинамики, к сожалению, не имею.
Друг, а че Ты паришься?
Если Тебя всерьез волнует этот вопрос, то советую обратиться к vovik, он, действительно, даст путевый ответ.
(Володя, да прости за стрелку!)
А то сейчас начнется демострация “умов” и Ты все равно ничего непоймешь.
А то сейчас начнется демострация “умов” и Ты все равно ничего непоймешь.
Действительно, прими как данность, что раз Земля круглая, то в Америке люди вверх ногами ходят. Должны падать с нее, но не падают, значит цепляются крепко. А раз цепляются, значит когти на ногах растут. Вот. А почему растут - эволюционный отбор. У кого не выросли, тот с земли свалился, в космос улетел и потомства не дал. Которое с когтями. Чтобы цепляться. 😂
Флюггер закреплен жестко к земле, с ним все ясно. А летящий самолет к земле ничем не привязан. Здесь какой-то другой механизм. Пока неясно…
ЦТ это так же так называемый центр масс (ЦМ).
положение ЦМ определяет не только поведение тела по отношению к силе тяжести но и КО ВСЕМ действующим на тело силам. в вашем случае - сила сопротивления воздуха, вызванная движением оного (в просторечии ветер).
все это, кстати, описывается законами Ньютона, которые проходят в средней школе на уроках физики ВСЕ дети земли.
так вот, если бы самолет двигался в безвоздушном просторанстве (в простонародье - космос), то ему было бы безразлично в каком положении находиться по отношению к направлению движения, поскольку вакуум практически не создает аэродинамического сопротивления. кстати, и пропеллер с дыигателем внутреннего сгорания и даже с электродвигателем был бы в косомсе бесполезен (догадываетесь почему?. именно поэтому космических ракет с пропеллерами практически не существует.
но поскольку мы пока еще живем в атмосфере, рассмотрим поведение самолета, движущегося в воздушной среде.
киль вместе с рулем направления (поворота) находится сзади, поскольку сзади он наиболее эффективен в качестве вертикального стабилизирующего оперения.
это его прямое назначение - стабилизировать самолет относительно воздушного потока в горизонтальной плоскостью. ветер же является ни чем иным, как воздушным потоком.
что происходит, когда направление движения самолета НЕ СОВПАДАЕТ с направлением воздушного потока? киль начинает двигаться относительно потока с УГЛОМ АТАКИ.
появление же угла атаки у симметричного профиля, которым являестся киль, в соответствии с законом Бернулли, вызывает разницу давлений на противоположных сторонах плоскости, что и вызывает появление подъемной силы.
таким же образом, кстати, создается подъемная сила и у крыла и у стабилизатора и у флюгера, и вообще у любого тела попавшего в воздушный поток. к слову сказать, любое тело, попавшее в воздушный поток, создает подъемную силу.
другое дело, что в результате исследований человечество обнаружило, что максимально эффективно такую силу создает профиль, напоминающий каплю с различными вариациями.
подъемная сила направлена как правило перпендикулярно несущей плоскости и то, что она именуется подъемной, не означает, что она действует только в направлении противоположном силе тяжести.
в нашем случае, эта сила, действующая на киль, лежит в горизонтальной плоскости (если конечно самолет летит строго горизонтально) и она начинает разворачивать самолет в протиовположном направлении. она будет разворачивать его до тех пор, пока давление на обоих сторонах киля не выравняется и подъемная сила не перестанет создаваться. то есть до того момента, пока направление движения самолета не совпадет с направлением воздушного потока, т.е. ветра. вращение же самолета происходит вокруг ЦМ (см.законы Ньютона).
самолет СТАБИЛИЗИРУЕТСЯ в этом положении, то есть все силы, действующие на самолет приходят в равновесие. другими словами, РАВНОДЕЙСТВУЮЩАЯ всех сил становится равна нулю.
так будет до тех пор, пока что нибудь еще не вызовет отклонение самолета от этого положения. что, например, делается путем отклонения руля поворота (направления). профиль киля искривляется, он создает подъемную силу, которая и разворачивает аппарат в нужном вам направлении.
если бы киль был в носу самолета, он бы являлся ДЕСТАБИЛИЗИРУЮЩИМ устройством. он сразу бы принялся разворачивать аппарат и разворачивал бы его до тех пор, пока равнодействующая снова не стала равна нулю. вот почему киль делают в хвосте а не в носу.
абсолютно то же самое происходит и с ФЛЮГЕРОМ, который уже упомянули несколько человек.
точно также работает и стбилизатор (горизонтальное оперение).
надеюсь теперь все ясно?
вот почему киль делают в хвосте а не в носу.
Правильно, и схему “утка” используют только в Америке. Которая вверх ногами. И задом неперед.
Господа! Коллеги!
Обсуждение данного вопроса пошло явно не по правильному пути. То ли я что-то неправильно спросил, то ли меня все неправильно понимают, первое вернее. Спрошу по другому. Если Вам доводилось когда-либо делать петлю на РУ сомолете при ветре сбоку, то Вы наверное помните, что самолет, если даже не манипулировать рулями кроме РВ, при выходе из петли будет повернут навстречу ветру. Но!!! Представьте себе теперь другую модель. Абсолютный штиль. РУ самолет на высоте 100 м над землей. Вы выполняете петлю - самолет вышел из петли без изменения курса. А теперь!! В полном штиле!! Мы крутанем Землю относительно стоящей массы воздуха, и относительно поверхности Земли дует ветер. Делаем теперь еще петлю - и самолет уходит по курсу. Ладно с петлей на ДВС. Пока писал появилась мысль о пропеллере - маховике. Как-то объяснить можно. А вот теперь планер. Штиль - летит ровно и туда куда пустили. Крутанули Землю - летит против вращения земли. Бред. Не считайте, плиз, меня сумасшедшим или совсем тупым - это весело, конечно , но не приводит к ответу на вопрос. Может я и зря парюсь, но мысль успокаивается лишь построив объяснимую модель. Принимаются любые ответы, юмор ценю!
Спасибо giantflier_2 за большой и исчерпывающий ответ в расчете что я полный идиот!!
Неужто Уважаемый vovik, но всеже если не изменяет память vovic, единственный человек который может нас рассудить?
Еще раз пишу:
По отношению к массе воздуха самолет будет совершать строгую петлю вне зависимости от того, куда эта масса движется по отношению к чему-либо еще, например, земле. Все управление, воздействие на рулевые поверхности, хвостовое оперение и прочие части самолета осуществляется исключительно по отношению к воздушной массе в которой этот самолет находится. Скорости двиджения земли или любых других тел абсолютно никакого влияния не оказывают.
Предположим, что пилот летит на воздушном шаре, то есть движется вместе с воздухом. Запускает с шара самолет. Делает петлю. Самолет будет идти ровно и никуда свой нос поворачивать не будет. Ни пилот, ни самолет даже не узнают, что их скорость относительно земли составляла 10 метров в секунду.
Если пилот стоит на земле и делает петлю по отношению к себе, то он должен КОМПЕНСИРОВАТЬ БОКОВОЙ СНОС, то есть повернуть самолет на некоторый угол против ветра. Это и есть тот самый разворот, про который все говорят. Еще раз повторю, ЕГО ДЕЛАЕТ ПИЛОТ, а не ветер сам по себе. (мы берем ламинарный поток воздуха)
Добавлено
Господа! Ну разложите Вы вектор скорости самолета на две составляющие - по ветру и перпендикулярно ему. Все станет ясно. Не нужны здесь познания в аэродинамике.
Товарищи планеристы! Или хоть кто видел как летает планер! Ответьте для начала нам на простой вопрос, на наблюдательность:
Планер при ветре летит - варианты ответов:
ОТВЕТ А - по ветру
ОТВЕТ Б - против ветра
ОТВЕТ D - в направлении запуска
ОТВЕТ С - пошел на фиг
И получите первую сумму 100 рублей!!
Спасибо giantflier_2 за большой и исчерпывающий ответ в расчете что я полный идиот!!
вот те на!
я и не имел ничего подобного ввиду. может я действительно не понял вопрос? прошу прощения.
в рассуждениях насчет вращения земли у меня шарики за ролики заехали и потерял контакт с землей.
в результате улетаю в космос.
всем пока.
p.s. как правило если самолет выходит из петли не в том месте где в нее вошел, означает что модель вошла в начало фигуры с НЕГОРИЗОНТАЛЬНЫМ крылом.
giantflier_2, плиз, не обижайтесь.
На этой неделе буду ставить серию экспериментов на своем РУ самолете. Главное чтоб ветер дул относительно земли! О результатах сообщу. Похоже я не прав.
Товарищи планеристы! Или хоть кто видел как летает планер! Ответьте для начала нам на простой вопрос, на наблюдательность:
Планер при ветре летит - варианты ответов:
ОТВЕТ А - по ветру
ОТВЕТ Б - против ветра
ОТВЕТ D - в направлении запуска
ОТВЕТ С - пошел на фигИ получите первую сумму 100 рублей!!
Тут ответ скорее всего Е 😃
Уже многие люди написали правильные вещи, попробую и я вставить свое слово …
Когда планер держишь в руках на поле при ветре, его разворачивает против ветра, почему? уже многие писали, и неясностей нет вообще.
Допустим ветер с посотянной скоростью.
Когда планер запускАешь перпендикулярно ветру, ОН начинает разгоняться в ту сторону в которую дует ветер, и если бы небыло стабилизатора, то он бы двигался по диоганали (направление с которым бросили + направление ветра).
НО !!! в момент ускорения планера по направлению ветра, на него действует сила “ветра” (если можно так сказать) т.е. его сдувает боковой ветер. и эта сила его разворачивает против ветра.
Поскольку у планера есть масса и момент инерции, боковой ветер может не успеть развернуть его против ветра, как планер будет двигаться с токой же скоростью, как и боковой ветер. А когда его проекция скорости на направления ветра сравняется со скоросьтю ветра, то для планера ветра уже не будет. Т.Е. Ветер перестанет ускорять планер, соответственно и силы не будет.
П.С.
Заранее извиняюсь за возможные ошибки ☕
П.П.С
Скорее всего планер полетит в направлении ветра + направление запуска + изменение направления в момент уровновешивания скорости ветра и планера
Самолёту пофигу куда дует ветер, если он дует равномерно, прямолинейно и однородно!
Вспомните инерциальные системы отчёта - ФИЗИКА 5-й КЛАСС!
Спорить можно с пеной у рта до посинения, кстати именно до посинения об этом спорили на форуме СЛА, причём весьма уважаемые дядьки доказывали, что это не так.
Планер НИКУДА НЕ ПОВЕРНЁТСЯ! Пилотажка одинаково будет крутить петли в любом направлени - одинаково относительно воздуха!
Но в реале все не так, потому что ветер очень редко дует однородно - всегда есть приземный градиент который и создаёт все эти эффекты.
Самолёту пофигу куда дует ветер, если он дует равномерно, прямолинейно и однородно!
Вы еще забыли упомянуть, что и планер должен двигаться вместе с воздухом
Т.Е. не двигаться относительно воздуха или двигаться без ускорений.
Вспомните инерциальные системы отчёта - ФИЗИКА 5-й КЛАСС!
Если ветер дует в течении 5 секунд не меняя своих параметров, то можно ДОПУСТИТЬ, что наступила инерциальная система отсчета, и засекать, сколько секунд еще она продлиться …
Планер НИКУДА НЕ ПОВЕРНЁТСЯ! Пилотажка одинаково будет крутить петли в любом направлени - одинаково относительно воздуха!
Но в реале все не так, потому что ветер очень редко дует однородно - всегда есть приземный градиент который и создаёт все эти эффекты.
Полностью с вами согласен, только вот градиент врядли существенно влияет(высота на которой летает самолет и высота самолета 1 к 100), скорее ветер изменет свою скорость и направление 😋
С уважением
Андрей.
П.С. Интересно, что еще может быть не выясненного в этом вопросе?