Гуру, помогите разрешить спор (Попутный ветер)
Уважаемые гуру, я в авиамоделизме совсем недавно, сегодня на ночь глядя, с коллегой по работе возник спор, помогите нам его разрешить…
Исходные данные, самолёт, с аэродинамической формой крыла, в принципе любой реальный. Для поддержания горизонтального полёта, этому самолёту нужна тяга, разгоняющая его до скорости допустим 100 км/час в ИДЕАЛЬНОМ (стоящем на месте воздушном пространстве). Вот с этой скоростью он и движется в этом ИДЕАЛЬНОМ пространстве.
В какой то момент самолёт попадает в воздушный поток, движущийся строго в хвост (т.е. попутный поток, скоростью 200 км/час)
Что произойдёт?
Моё мнение, самолёт начнёт ТЕРЯТЬ высоту! По тому что, нет набегающего потока на крыло, а значит нет подъёмной силы! И в конце концов он упадёт!
Коллега утверждает что самолёт просто полетит с усиленной скоростью и будет чувствовать себя прекрасно…
Реальные самолеты при попутном ветре разгоняются почти до скорости звука(Ту 154, В 737 и т.д.) относительно земли, а относительно потока летят себе преспокойно со своей установившейся скоростью. То есть если 100 км/ч летели то по прибору и будет 100 км/ч хоть при попутном хоть при встречном, а вот путевая скорость будет меняться . На гуру я не претендую, но вроде как вот так))) То бишь упасть не должен…
Реальные самолеты при попутном ветре разгоняются почти до скорости звука(Ту 154, В 737 и т.д.) относительно земли, а относительно потока летят себе преспокойно со своей установившейся скоростью. На гуру я не претендую, но вроде как вот так))) То бишь упасть не должен…
я думаю это только по тому, что скорость ветра никогда не превышает скорости реальных самолётов… но условия задачи несколько иные…
А Вы относительно чего скорость ветра меряете? Ну или свой поток? скорость модели Вы же относительно земли взяли?
Вот если ветер крайне резко поменяется, то последствия естественно будут.
и скорость ветра и скорость самолёта относительно земли…
Задача поставлена некорректно - ключевое слово “попадает”. То есть если ЛА аппарат УЖЕ движется в потоке ОТНОСИТЕЛЬНО него со скоростью 100 а поток при этом движется ОТНОСИТЕЛЬНО земли - 200, - то это статическая задача, в этом случае ЛА по барабану его скорость относительно земли которая будет 300 - ему главное необходимые ему 100 в потоке - и он преспокойно летит. А вот если он летел в неподвижном воздухе и ПОПАЛ в подвижный - то это сложная задача переходного процесса - которая в общем случае - нетривиальная задача ФИЗ-МАТ дифф.-интегр. счисления. Но если после переходного процесса в котором ЛА “умудрился” не упасть , он снова попадает в статический установившийся режим - см. выше. - то спокойно в нем летит, с той же своей скоростью 100 отн. потока. То есть чтобы ответить на поставленный вопрос - нужно решить сначала - как именно он туда попадает, куча параметров среды и границы раздела сред с разными скоростями. Задачка для выпускников МАИ
Куда то в дебри…
Ну допустим что попав в попутный поток ЛА умудрился проскочить “переходные процессы”, получается что поток относительно земли движется со скоростью 200 км/час, самолёт 100 км/час, т.е. скорость самолёта относительно потока МИНУС 100 км/час
Как он будет лететь?
Может для простоты возьмём взлёт? Если скорость ветра попутного ВВП 200 км/час, самолёту для взлёта нужна скорость 100 км/час, но двигатель физически не может развить тягу в 300 км/час, поэтому пока ветер не стихнет он никогда не взлетит…
МИНУС 100 км/час
То есть вы предполагаете что результатом переходного процесса будет (-100 км\ч) ? - не не будет - это не абсолютная точка - на него будет действовать куча сил - от тяги его ДВИЖИТЕЛЯ (бишь винта) - которая тоже в переходном процессе меняется, до различных сил на переходе сред - сколько он потеряет и потеряет ли - вопрос сложного расчета, но при этом безусловно чтобы сохранить свои 100 в потоке - после переходного процесса он должен относительно земли набрать еще 200. Не получится по моему тут упростить задачу и посчитать в голове А-Б=С
развить тягу в 300 км/час
Тяга вообще то в килограммах измеряется, а км\ч - скорость которая набирается в процессе воздействия этой тяги на ЛА - тоже сложный переходной процесс. И какую тягу можно развить зависит от типа движителя, и влияние внешних условий на эту тягу тоже есть (особенно для винта,) но например для реактивного движителя - тяга практически не зависит от того куда и как ветер дует
Вообще наверно задачки по аэродинамике второго курса МАИ , МАЁвцы аууу…
Мы (планеристы, то бишь) эту задачу в хорошем слопе постоянно решаем, на практике.
К примеру, минимальная скорость планера, до наступления срыва (скорость сваливания) 15 м/с, относительно потока (истинная скорость).
В штиль эта скорость будет равна скорости относительно земли (путевая скорость).
Теперь
Ветер дует по нормали к склону. Со скоростью 20 м/с.
При движении от склона (против ветра) планер будет иметь путевую скорость -5 м/с (его будет сносить за гребень), истинную по прежнему 15 м/с
При движении в сторону склона истинная скорость будет все те же 15 м/с, а вот путевая - 35 м/с.
Одна из типовых ошибок при полетах на склонах - потеря истинной скорости при движении к склону (по ветру), когда планер имя высокую путевую скорость имеет минимальную истинную, и срывается в штопор, такое часто происходит на виражах или при движении к склону с истинной скоростью меньшей, чем скорость сваливания.
В связи с чем и существует “новичковое” правило: поворачивать от склона, на ветер.
Если задачу очень сильно упростить, и рассматривать только вектора, то:
при попадании самолета в попутный поток воздуха вектора скоростей сложатся, и путевая скорость самолета будет равна 300 км/ч, а истинная, все те же 100 км/ч.
При попытке взлететь против ветра, вы получите снос самолета (шутливое: если чайки летят задницей вперед - знать дует ветер 😃)
Мне так кажется (с)
PS
Про переходные процессы.
При попадании планера в тот самый переходный процесс он или сломается нафик, или наберет высоту а затем, скорость. Потенциальная энергия - высота на которую его забросит спутный поток, перейдет в кинетическую - истинную скорость, при пикировании. И по кругу …
Спец планера для скоростных полетов на склонах строятся так, чтобы не ломаться.
И тогда получается полет “в роторе”. Сиречь полет возмущенной среде, когда планер получая дармовую энергию от переходных процессов движется со скоростями даааалеко за сотню. Не километров/час, но метров/секунду.
Моё мнение, самолёт начнёт ТЕРЯТЬ высоту! По тому что, нет набегающего потока на крыло, а значит нет подъёмной силы! И в конце концов он упадёт!
Сергей, естественно Вы правы, для любого летательного аппарата летящего благодаря аэродинамической подъемной силе важен набегающий поток. В этом случае скорость потока на верхние поверхности крыла больше, а давление (в соответствии с Бернулли уравнением) меньше, чем на ниж. поверхности. При недостаточном набегающем потоке ( все зависит от площади и профиля крыла непременно происходит срыв.
Коллега утверждает что самолёт просто полетит с усиленной скоростью и будет чувствовать себя прекрасно…
Коллега тоже прав, но это уже применимо не самолетам а к аэростатам…
кажется, некоторые путают то что летает с тем что ездит по земле. Самолет мотором не от земли толкается… он толкается от той среды, в которой летит. Следовательно если среда имеет какую-то скорость, то относительно земли самолет будет разгоняться в плюс к этой скорости, а именно в нашем случае 300км/ч. Ребята, векторная физика это 7 класс. Простой пример - РУ машинка на движущейся беговой дорожке.
Куда то в дебри…
Ну допустим что попав в попутный поток ЛА умудрился проскочить “переходные процессы”, получается что поток относительно земли движется со скоростью 200 км/час, самолёт 100 км/час, т.е. скорость самолёта относительно потока МИНУС 100 км/час
Как он будет лететь?
В этом случае самолет будет лететь 300 км/ч относительно земли и 100 км/ч относительно потока. Самолету то по барабану сколько скорость потока относительно земли, он находится в этом потоке и скорость свою отсчитывает от него.
А вот при таком раскладе взлететь он не сможет.
сможет и взлететь, только полоса длиннее нужна
В симуляторе при сильном ветре можно взлететь и полететь задним ходом 😃
В симуляторе при сильном ветре можно взлететь и полететь задним ходом 😃
Так это при встречном
Если говорить о допущениях в условии, то реально, задача сводится к физике в школе - на платформе стоит аквариум, в аквариуме движется модель.
В этом случае скорость движения платформы никаким образом не может повлиять на поведение модели.
Вот и все.
А если в дебри - тогда это совсем другой расклад.
А если в дебри
На мой взгляд задача не имеет смысла, все процессы в атмосфере далеки от идеальных, и вся суть именно в переходных процессах, на высоте действительно не важна скорость относительно земли, скорее направления и скорости потоков, если указанный ветер резко дунет сзади(как ударная волна) самолет свалится однозначно, а то и развалится, а если он попадет в плавно разогнавшийся поток, то и не почувствует изменений, просто ненадолго скорость чуть упадет(то есть спор больше о переходном процессе, а его условия не заданы)
На мой взгляд задача не имеет смысла, все процессы в атмосфере далеки от идеальных, и вся суть именно в переходных процессах, на высоте действительно не важна скорость относительно земли, скорее направления и скорости потоков, если указанный ветер резко дунет сзади(как ударная волна) самолет свалится однозначно, а то и развалится, а если он попадет в плавно разогнавшийся поток, то и не почувствует изменений, просто ненадолго скорость чуть упадет(то есть спор больше о переходном процессе, а его условия не заданы)
думаю вы правы, дальнейшие холивары бессмысленны…
Не надо здесь особой математики, полетайте в сильный ветер и все увидите. Взлетаешь и модель просто с поляны сдувает ветром. Попутно или нет, но модель не падает, она летит, только от тебя и очень быстро. Ее разворачиваешь к себе, тут только с креном надо по аккуратней. Она еле ползет, понимаешь, с ветром бороться беэполезно и почти на полном газу начинаешь ее опускать на землю, чуть ли не вертикально, уж где получится. Хорошо что скорость относительно хемли в этот момент небольшая, садить можно куда угодно.
но двигатель физически не может развить тягу в 300 км/час,
У Вас получается самолёт с приводом на шасси 😁
Для ЛА с крыльями важна только скорость относительно потока.
Кстати, новички часто роняют модели в попутном ветре, инстинктивно сбавляя газ.
P.S. давным-давно тут была тема про самолёт на транспортёре, такой-же сферический конь в вакууме
Пример - сдвиг ветра при посадке современных лайнеров. Если пилота не предупредили или он прохлопал предупреждение о сдвиге ветра (снижение скорости встречного ветра у земли или даже разворот его на попутный) то крайне велика просадка самолета с последующей встречей с планетой. Хорошо если только самописцы зафиксируют превышение перегрузки и пилот получит взыскание, хуже если самолет поломается, а совсем плохо - и катастрофа с жертвами милежт быть. У Ершова в “Записках ездового пса” про это хорошо описано.
А что будет если ветер будет сильный - вроде в Юморном или Позитивном видео было. Взлет самолета типа Пайпера со стоянки. Без пилота. Просто сильный ветер подул.
Если говорить о допущениях в условии, то реально, задача сводится к физике в школе - на платформе стоит аквариум, в аквариуме движется модель.
В этом случае скорость движения платформы никаким образом не может повлиять на поведение модели.
Вот и все.
Неправильно. Платформу дернул паровоз - и полетел ваш аквариум вместе с моделью… 😃
Есть такое понятие, как инерция - свойство тел при взаимной компенсации внешних воздействий сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.
Если самолет имеет ненулевую массу - он упадет, т.к. для изменения его скорости потребуется время. Т.е. какой-то период времени скорость относительно потока будет отрицательной.
Собственно, по этой причине и срываются новички в штопор на планерах, как тут выше писали.
Доброго времени суток!
Тема, изложенная в топ-посте, интересна мне хотя бы по той причине, что я и есть тот самый “коллега, который утверждает, что…”))
Да, действительно, начался этот спор на работе, соотвтственно, ни один из спорщиков не обладал никакими ссылками, литературой и прочим, чтобы подтвердило или опровергло доводы и конт-рдоводы оппонента) Поэтому спорили, исходя из собственного видения ситуации, какого-то накопленного жизненного опыта и т.д. Естесственно, придя домой, я воспользовался интернетом и поискал ответы на свои вопросы. При этом я уже прочитал бОльшую часть постов, выложенных в этой теме. При своем поиске я старательно максимально избегал форумов и тем, пестрящих словосочетаниями “мне кажется”, “тут и дураку понятно” и прочими, основанными не на каких-либо фундаментальных знаниях, а на собственном мнении автора. Что из этого вышло? Извольте))
Первый момент - исходил из мысли, что любой летательный аппарат (ЛА) - это не просто невнятный предмет, а сложное техническое устройство, подчиненное законам физики, и все его перемещения в воздушном пространстве (ВП) ни в коем случае не должны этим законам противоречить.
Для подтверждения или опровержения своих видений на механику поведения ЛА в воздушном пространстве воспользовался учебником по самолётовождению авторов Черный М. А. Кораблин В. И. “Самолётовождение” Ознакомиться с этим трудом может каждый читатель этого форума, пройдя по этой ссылке. Для тех, кто не найдет для этого времени, сообщаю: это учебник МГА СССР для лётных училищ и школ гражданской авиации, издательства 1973г. Учебник в той или иной степени перекочевывал полностью или отдельными частями во многие последующие труды, соответственно, в компетенции авторов можно не сомневаться)
Что мы имеем?
Обратимся к первому посту темы:
ЛА движется на эшелоне, прямолинейно, в ИДЕАЛЬНЫХ воздушных условиях, со скоростью 100 км/ч
Тут же обратимся к учебнику, глава 6, стр 75, глава называется “Скорость полета”. Учебник дает определение скорости, и услужливо подсказывает, что поведение ЛА в ВП характеризуется двумя видами скоростей - Воздушной скоростью и Путевой скоростью
Цитаты:
“Воздушной скоростью V называется скорость самолета относительно
воздушной среды. Эту скорость самолет приобретает под действием силы
тяги двигателей. Воздушная скорость зависит от аэродинамических качеств
самолета, его полетного веса и плотности воздуха. Ветер не оказывает
влияния на ее величину и направление, которое при симметричной тяге
двигателей совпадает с продольной осью самолета
Путевой скоростью W называется скорость самолета относительно
земной поверхности. На ее величину влияет ветер, который уменьшает или
увеличивает скорость движения воздушного судна относительно земной
поверхности.”
(подчеркнуто мною)
Важно понять, что воздушная скорость сохраняется ЛА всегда, пока он исправен, потому что ЛА создает в полете устойчивую систему “самолёт-воздух”, и условия его летабельности основываются отнюдь не от того, как мы его видим с земли, а только от его взаимоотношения с ВС, в которой он находится в данный момент
Переходим ко второму моменту из первого поста:
В какой то момент самолёт попадает в воздушный поток, движущийся строго в хвост (т.е. попутный поток, скоростью 200 км/час)
Обращаемся к учебнику, глава 7, стр 81: “Ветер - горизонтальное движение воздушных масс”
То есть в первом посту мы имеем дело с ветром. Учебник вводит понятие Угла Ветра (УВ) и подробно описывает все варианты взаимоотношения ЛА с этим УВ
То, что предложено в первом посту - частный случай УВ, который который, опять же по учебнику, может иметь характеристикой от 0 до 360 градусовв горизонтальной плоскости, то есть дуть на ЛА с любой стороны, в том числе и сзади, то есть быть попутным.
Так вот, для тех, кто не поверил утверждению из главы 6 (Ветер не оказывает влияния на ее (Воздушной Скорости) величину и направление, которое при симметричной тяге двигателей совпадает с продольной осью самолета) авторы предлагают математические расчеты взаимоотношения системы ЛА+ВС с появившимся ветром. Для этого вводится понятие Навигационного Треугольника Скоростей, и рассматириваются конкретные примеры Угла ветра, в том числе и попутного (стр 86) “… Угол сноса и путевая скорость зависят от угла ветра следующим образом: при УВ=0 (попутный ветер) УС=0, W=V+U”
То есть путевая скорость, та самая, которую мы видим с земли, складывается из скорости самого ЛА в ВС, и скорости ветра
Подытожу всё вышеизложенное:
ЛА движется в воздушной среде при любых мыслимых поведениях ветра, пока находится в технически исправном состоянии
Взаимоотношения системы ЛА+ВС никоим образом не нарушаются никаким внешним воздействием (имеется в виду - ветром с любыми углами, в том числе и попутном). То есть, скорость ЛА в ВС - ПОСТОЯННА
А вот путевая скорость - она в зависимости от скорости ветра может причудливо меняться, и даже принимать отрицательные значения (встречный ветер выше скорости ЛА)
Предвижу вопросы, а как поведёт себя ЛА не в стационарных условиях, а именно в момент встречи этого самого ветра “в хвост”? Для этого предлагаю разбить этот момент на бесконечное количество кадров - в каком именно кадре и по какой причине ЛА потеряет связь с воздушной средой?
Спасибо за внимание)
PS
Все возражения и продолжения дискуссии убедительно прошу продолжить с упоминанием предложенного учебного пособия, или любого другого, то есть с полновесной и убедительной аргументацией
Все возражения и продолжения дискуссии убедительно прошу продолжить с упоминанием предложенного учебного пособия, или любого другого, то есть с полновесной и убедительной аргументацией
Решение задачи лежит в плоскости школьной физики, класс эдак седьмой (не знаю точно - инерциальные системы отсчета, первый и второй законы Ньютона и т.д.) и математики, класс эдак первый (сложение и вычитание). Их вполне достаточно, чтобы выстроить достаточную и убедительную аргументацию, не прибегая к привлечению специализированной литературы.
Решение задачи лежит в плоскости школьной физики, класс эдак седьмой (не знаю точно - инерциальные системы отсчета, первый и второй законы Ньютона и т.д.) и математики, класс эдак первый (сложение и вычитание). Их вполне достаточно, чтобы выстроить достаточную и убедительную аргументацию, не прибегая к привлечению специализированной литературы.
Прежде чем кого-то уводить в сторону школы, так же предлагаю научиться читать…
в ИДЕАЛЬНОМ (стоящем на месте воздушном пространстве). Вот с этой скоростью он и движется в этом ИДЕАЛЬНОМ пространстве.