Гуру, помогите разрешить спор (Попутный ветер)
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.
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.
Уважаемый MakcuM, да кто ж возражает!))
Но перечитайте тему - буквально в каждом посте какое-то собственное видение вопроса… Видимо, у всех нас были разные первые и седьмые классы)))
В какой то момент самолёт попадает в воздушный поток, движущийся строго в хвост (т.е. попутный поток, скоростью 200 км/час)
Вот в этот момент самолет приобретет скорость относительно воздушного потока -100км/ч. Какое время потребуется самолету для разгона относительно этого потока - не знаю, надо искать.
Запрос гуглю “самолет порыв попутного ветра” покажет сколько авиакатастроф произошло из-за этого.
Насчет скоростей, уточняю. При полетах на современном самолете пилот использует 4 (четыре!) скорости:
- ВОЗДУШНАЯ (она же “приборная”) скорость. Это не “скорость относительно воздуха”, а величина воздушного давления в ПВД (приемнике воздушного давления). То есть “давление набегающего потока”, или “скорость, какой бы она была если б мы летели на уровне моря”. Несмотря на свою абстрактность - это самая важная скорость, так как именно она определяет подьемную силу, пределы по сваливанию и прочности конструкции. На эшелоне гражданские самолеты держат примерно 500-550 приборной, что соответствует 800-950 истинной на этих высотах.
- ИСТИННАЯ скорость - а вот это как раз реальная скорость относительно окружающего воздуха на данной высоте.
- ПУТЕВАЯ скорость - скорость относительно земли, выше объяснили.
- “ЧИСЛО M” - это в принципе то же самое что и ИСТИННАЯ скорость, только выраженная в доле от числа M (скорости звука). Например M=0.83 , то есть скорость сейчас равна M*0.83. Тоже очень важная величина при полете на эшелоне. Так как существует предельно безопасное для данного типа число M, при превышении которого самолет может быть резко затянут в пикирование и разрушиться (законы сверхзвукового обтекания). За этим следят строжайшим образом.
Кстати именно соотношение “Числа M” и приборной скорости является основным ограничителем высот полета. Допустим, минимальная приборная скорость полета у данного типа на чистом крыле - 400 км/ч. Но чем больше высота - тем меньше давление и тем выше будет истинная скорость и число М при тех же 400 приборной. И на некоей высоте, эти МИНИМАЛЬНЫЕ 400 км/ч приборной будут соответствовать МАКСИМАЛЬНОМУ M, скажем, 0.88. То есть самолет не может лететь медленней потому что свалится, и не может лететь быстрее потому что затянет в пикирование. То есть самолет не может лететь вообще. Такая высота/ситуация по-английски называется “coffin corner” - “гробовой угол”. 😉
Насчет исходного вопроса темы - в общем на него уже ответили. Если самолет МГНОВЕННО попадет в такую попутную струю - ему без вариантов наступит п…ц. Однозначно свалится, 99% - произойдет помпаж всех двигателей. В реальной ситуации, если даже приборная скорость после МГНОВЕННОГО входа в такую струю не окажется меньше скорости сваливания, а просто самоль попадет в мгновенный сдвиг ветра в 200 км/ч - самоль скорей всего разрушится от перегрузок. К счастью, в реальной атмосфере такого почти не бывает (за исключением гроз, именно поэтому войти в грозу считается вариантом самоубийства. Отнюдь не из-за молний). На границах струйных течений всегда есть переходные зоны, где самоль колбасит турбулентностью, но в общем он спокойно сохраняет приборную и истинную скорость, плавно разгоняя путевую и в итоге, бывает, свистя относительно земли быстрее звука. 😉 Пилоты пользуются этими течениями радостно хлопая в ладоши - сильно экономит топливо, а за это платится премия 😃
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…
Смеялсо 😃 Он конечно в реальности вряд ли взлетит, но не из-за тяги двигателя в 300 км/ч. А по двум причинам:
- Для взлета самолет в этом случае нужно разогнать до путевой 300 км/ч. Это двигателю никаких проблем не составит, так как сопротивление воздуха - это приборная скорость, а она на момент отрыва будет те же 100 км/ч. А вот путевая будет 300. По законам дедушки Ньютона на разгон инертной массы требуется время (=длина разбега), а ускорение ограничено мощностью того самого двигателя. Поэтому тупо не хватит полосы, если конечно это не цессна, взлетающая в ЛИИ им.Громова.
- Существуют ограничения по прочности колес, которые в этой ситуации будут вращаться в соответствии с путевой скоростью 300, для этого типа - тройная скорость от расчетной. Поэтому шасси тупо разорвет центробежной силой и дальше цессна поедет на голых стойках с фейерверком искр 😃
PS: Еще кстати интересная тема чтоб перетереть - высота. Вроде высота и высота, однако: “стандарт”, QNH, QFE, РВ, в общем широкая тема 😃
Объясню свою позицию с точки зрения формального понимания условий задачи.
“Реальный самолет” - самолет не является материальной точкой с нулевой массой, т.е. масса все-таки присутствует.
“ИДЕАЛЬНОЕ” воздушное пространство - скорость воздуха относительно земли в момент времени t1 равна 0.
Самолет должен поддерживать постоянную скорость относительно воздушного пространства не менее 100 км/час, с меньшей скоростью он теряет высоту.
В момент времени t2 скорость воздушного пространства моментально изменяется с 0 до 200 км/час.
Вопрос - что происходит с самолетом в момент времени t2?
Других условий нет! Турбулентностей, премий пилотам, оценки прочности и т.п. - нет!
Других вопросов тоже нет!
С точки зрения математики первого (или второго класса) в момент времени t2 скорость самолета относительно воздушного пространства моментально изменится на -100 (минус сто) километров в час. Самолет начнет терять высоту, поскольку -100 < 100.
Это ОТВЕТ.
С точки зрения ньютоновской механики тоже все очень просто.
Самолет с воздушным пространством жестко не связан. Воздушное пространство воздействует на самолет посредством СИЛ.
Самолет движется равномерно прямолинейно относительно инерциальной системы отсчета (за и.с.о. можно взять Землю, а можно точку, летящую относительно Земли вместе с самолетом, - не суть). Для того, чтобы восстановить скорость относительно потока с -100 до 100 км/ч, самолет должен увеличить скорость относительно инерциальной системы отсчета на 200 км/ч.
Понятно, что при смене направления воздуха изменится баланс сил,самолет начнет разгоняться, но сделает он это не моментально, т.к. имеет массу. Об этом нам и говорят 1 и 2 законы Ньютона.
Из этого следует вывод (хотя на вопрос задачи, собственно, мы уже математикой ответили 😃 ), самолет еще какое-то время будет терять высоту!
Этих рассуждений вполне достаточно, чтобы выиграть пари 😃
Прежде чем кого-то уводить в сторону школы, так же предлагаю научиться читать… Сообщение от Plohish в ИДЕАЛЬНОМ (стоящем на месте воздушном пространстве). Вот с этой скоростью он и движется в этом ИДЕАЛЬНОМ пространстве.
Научитесь возражать аргументированно.
То есть самолет бесконечно прочен? 😉 Ну тогда все так, только не терять он высоту будет а уйдет в штопор скорей всего 😃
пожалуй я выйду из темы, для меня это задача типа как должно измениться тяготение земли, чтоб самолет улетел в космос…
серьезно рассматривать удар воздушных масс в хвост тоже не вижу смысла,
в условиях задачи нет главного - скорости изменения течения воздушных масс , и кадры могут получится у каждого разные, в зависимости от его видения ситуации, уже рассмотрели этот вариант, что если изменения будут плавными, самолет просто подгонит ветер, а если моментальными - упадет однозначно, вариант скольжения вперед хвостом даже рассматривать не хочется, это не 4Д зальник…
не вижу смысла продолжать…
Да в задаче две задачи… Ответов джолжно быть два. Если дунет в хвост, не важно как , но именно дунет - то пропадет подъемная сила - падаем, а если дует постоянно или плавно разгоняется - то летим. С Москвы до Благи на 1.5 часа летим быстрее, чем с Благи до Москвы, потому что ветер дует в хвост. Скорость - понятие относительное. Если не указать какая скорость чего относительно чего - то и ответы будут разные. Как в задаче про самолет и транспортерную ленту.
В симуляторе при сильном ветре можно взлететь и полететь задним ходом 😃
Тюю, невидаль какая! В реальности все тоже самое.
Думаю почти каждый моделист, кто не первый год занимается моделями, сталкивался с полетом модели хвостом вперед - особенно у планеров. Паркфлаерные пенолеты вообще сплошь хвостом вперед против воли пилота летят, лишь подует чуть сильнее.
Жаль, что в тему не написал ни один гуру физики…
Большинство отталкиваются от собственного мировоззрения и чаще всего по разному воспринимают слова.
Для Меня, ИДЕАЛЬНОЕ пространтсво - это идеальная жидкость(кому интересно заглянут в википедию) и как не гуру физики, но прошедшего курсы аэродинамики, понятно, что в идеальной жидкости самолет начнет двигаться с путевой скоростью 300км/ч сразу ибо нет никакой вязкости и, как следствие, передача импульса пройдет с той же скоростью, что и изменение скорости ветра.
Так что как он летел в аквариуме, так дальше и полетит.
Так что - либо корректно ставить условия задачи, либо заниматься перебором версий со школьным представлением физики процессов.
идеальная она с точки зрения скорости, БЕЗ ДВИЖЕНИЯ!
про вязкость это ваши выдумки…
Для Меня, ИДЕАЛЬНОЕ пространтсво - это идеальная жидкость(кому интересно заглянут в википедию) и как не гуру физики, но прошедшего курсы аэродинамики, понятно, что в идеальной жидкости самолет начнет двигаться с путевой скоростью 300км/ч сразу ибо нет никакой вязкости и, как следствие, передача импульса пройдет с той же скоростью, что и изменение скорости ветра.
Все верно, только с точностью до наоборот 😃
Передачи импульса не произойдет, ибо нет никакой вязкости. Самолет никогда не разгонится, и поэтому упадет 😃
блин сферический конь в вакууме))))
Господа, тут много чего говорили; ясно что условия и вопрос задачи не вполне четко сформулированы. Но. Единственно что тут можно по-моему сказать наверняка: земля и скорость относительно нее не имеет АБСОЛЮТНО никакого значения; про землю можно забыть. (Если естественно не рассматривать “для простоты” взлет.) То есть НЕТ и не может быть ни в условиях задачи ни в вопросе никакой путевой скорости (относительно земли). А дальше можно говорить о чем угодно.
Для того, чтобы винты отталкивали (идеальный, реальный) газ, придавая частицам газа импульс и создавая силу тяги, вязкость нафиг не нужна. Вязкость с точки зрения самолеты - это только потери.
Но в любом случае - хоть в реальном, хоть в идеальном, попадя в область пр-ва с другой скоростью движения среды самолету потребуется некоторое время, чтобы снизить или набрать скорость относительно Земли. Его кинетическая энергия должна измениться - а мгновенно это произойти не может.
Может конь и сферический, но практические последствия для нас вполне очевидные - взлет и посадка против ветра, осторожность на крутых виражах 😃
Все верно, только с точностью до наоборот 😃
Передачи импульса не произойдет, ибо нет никакой вязкости. Самолет никогда не разгонится, и поэтому упадет 😃
Максим, чес слово - почитайте физику!!!
идеальная она с точки зрения скорости, БЕЗ ДВИЖЕНИЯ!
про вязкость это ваши выдумки…
Вам просто не хочется принимать, что Вы могли быть не правы, вот и условия пытаетесь менять или искать любую зацепку, лишь бы найти что-то - что докажет, что Вы были правы.
Пашеч
говоря про идеальную среду Я НЕ ИМЕЛ ВВИДУ ВЯЗКОСТЬ!
это Вы пытаетесь придумать всякую фигню…
Максим, чес слово - почитайте физику!!!
Пашеч, почитайте физику сами. Хотя бы в объеме средней школы.