Question:
Les avions peuvent-ils décoller d'un tapis roulant?
Sargun Dhillon
2015-09-30 15:49:13 UTC
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Notez qu'il s'agit plus d'une question de physique que d'une question aéronautique.
Ce sujet a été largement couvert sur le site Physics Stack Exchange, et les réponses sont recommandées. pour tous ceux qui sont curieux de connaître les forces et la physique impliquées.

Si vous aviez un tapis roulant géant qui était un plan infini, avait une vitesse infiniment réglable et pouvait suivre n'importe laquelle de ses dimensions un avion en décolle?

http://blog.xkcd.com/2008/09/09/the-goddamn-airplane-on-the-goddamn-treadmill/
Oh non, pas le tapis roulant!
Ahhhhh! Eh bien, nous devions l'avoir ici. ;)
Quelqu'un * a * construit un tapis roulant géant pour tester cela. Voir la [vidéo Mythbusters ci-dessous] (http://aviation.stackexchange.com/a/21407/62)
Il convient de noter que la version xkcd permet au threadmill de correspondre activement à la vitesse de la roue, ce qui entraîne un conflit, alors que cette question suppose simplement que le threadmill est libre de se déplacer, ce qui a une réponse claire.
Le tapis roulant n'est pas pertinent. Tout ce qu'il peut faire, c'est faire tourner les roues. Il ne peut pas déplacer l'avion. Myth Busters doit être considéré comme un divertissement et non comme une enquête scientifique sérieuse. Ils ont fait un mauvais travail avec celui-ci et ont démontré, eh bien, qu'un avion peut voler.
@Simon - Je ne pense pas comprendre votre argument selon lequel tout ce que les Mythbusters ont prouvé était que l'avion pouvait voler. Ils ont posé un avion sur une grande feuille de toile, ont fait tirer Jamie sur la toile dans un sens tandis qu'un ultraléger accélérait dans l'autre. À moins que vous ne vouliez qu'ils construisent une piste de tapis roulant motorisée sur un budget d'émission télévisée, je ne pense pas qu'ils auraient pu mieux illustrer le concept. Soit vous évitez la possibilité que cela ne se soit pas déroulé hors de contrôle (alors que * beaucoup * de personnes discutaient de ce point de vue), soit vous ne comprenez pas ce que l'expérience a montré.
Six réponses:
Charlie
2015-09-30 16:19:58 UTC
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Tout le monde s'est dit "Oh mon Dieu, pas celui-ci" parce que cette même question a suscité des débats intenses dans le passé. Les avions dépendent du flux d'air au-dessus du profil aérodynamique (ailes / queue, etc.) pour produire une portance - qui est indépendante du mouvement des pneus. Cela signifie qu'avec suffisamment d'air passant au-dessus de l'aile, l'avion volera même s'il n'avance pas du tout par rapport au sol.

C'est pourquoi les avions sont sur des rampes dans les aéroports doivent être attachés au sol. Ce n'est pas seulement pour les empêcher de rouler, mais de décoller si le flux d'air devient assez rapide au-dessus de l'aile.

Si vous êtes intéressé par un segment divertissant, les MythBusters ont fait un assez expérience scientifique de ceci.

Bien que ce ne soit pas parfait, je pense que cela explique bien les concepts.
Ce n'est pas qu'il ne bougera pas en référence au sol, c'est que le tapis de course * ne peut pas l'empêcher de se déplacer en référence au sol *.
Tout ce que la vidéo Mythbusters a fait était de prouver que les roues de l'avion pouvaient supporter une rotation à deux fois le régime nécessaire pour que l'avion décolle.
@FreeMan: Les roues sont en roue libre et ne sont essentiellement pas reliées à l'avion. Pensez-y comme ceci: si vous vous allongez sur le dos avec des rollers, puis-je lever la jambe en faisant tourner les roues? Vous dites que je peux.
@slebetman pas sûr que je vous suive. L'avion avançait à X nœuds, tandis que Jamie tirait le «tapis roulant» vers l'arrière à X nœuds. Les ailes ont généré suffisamment de portance pour le décollage, mais les roues ont tourné à 2X. Par conséquent, toute la vidéo a prouvé que les roues pouvaient supporter le patinage à 2X, où elles tourneraient normalement à X. Je comprends parfaitement que le décollage n'a rien à voir avec la vitesse de rotation des roues et c'est pourquoi j'ai indiqué que l'expérience ne Je ne prouve rien d'autre.
@FreeMan: Le fait que les roues soient capables de gérer le patinage à la vitesse X n'a ​​rien à voir avec le fait d'empêcher l'avion d'avancer. Les roues agissent essentiellement comme des roulements à rouleaux. La seule façon d'arrêter l'avion est de faire exploser les roues (ce qui peut être possible en théorie avec une fraise à fileter). Il y avait aussi une réponse dans le SE de physique qui a souligné que l'inertie de rotation des roues peut donner une petite force sur l'avion. Mais il faudrait que les roues se déplacent à ou au-delà de la vitesse de la lumière pour avoir un effet notable.
@FreeMan - sauf que vous venez de décrire les conditions requises pour que l'avion décolle d'un tapis roulant. Les roues doivent simplement pouvoir tourner librement au double de la vitesse de décollage sans que le frottement de l'essieu à la vitesse la plus élevée ralentisse l'avion en dessous de la vitesse avant nécessaire pour décoller. Ainsi, ils ont prouvé qu'un avion peut décoller d'un tapis roulant.
@slebetman Je pense que nous disons exactement la même chose, juste dans des directions opposées, donc je serai d'accord pour ne pas être d'accord sur le libellé de nos déclarations tout en acceptant le principe que le tapis roulant sous les roues a un impact négligeable (au plus) sur la capacité de l'avion à décoller.
L '«expérience» qui prouverait que la bande transporteuse n'a rien à voir avec le décollage serait de demander au pilote de faire avancer le moteur au ralenti de croisière pendant que Jamie tire la courroie _dans le sens du décollage_. Les roues ne rouleraient pas du tout, mais finalement une vitesse de vent suffisante serait générée, l'avion décollerait et, avec une certaine habileté, le pilote sortirait, bien que lentement.
ratchet freak
2015-09-30 15:57:58 UTC
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Oui.

Les avions obtiennent leur poussée en utilisant l'air. Les roues ne sont pas alimentées. La traînée des roues limitera la vitesse à laquelle le tapis roulant peut aller avant que l'avion ne puisse plus décoller.

C'est plus simple à comprendre si vous choisissez un autre cadre de référence. Supposons que le tapis roulant est immobile mais que l'air se déplace autour de lui dans n'importe quelle direction et à n'importe quelle vitesse.

Remarquez que je viens de décrire une journée venteuse.

Y a-t-il déjà eu un avion qui s'est envolé ou qui a été soulevé un jour venteux?
@SargunDhillon [Oui.] (Https://www.youtube.com/watch?v=TlEKiSwttsc) - lien YouTube de slebetman.
L'argument du jour venteux est quelque peu imparfait. Si le vent souffle le long de l'aérodrome, les avions s'enfuiront dans le vent.
@Taemyr rien n'empêche l'avion de tourner sur le convoyeur de longueur infinie et de se retourner contre le vent.
@ratchetfreak Je dirais que la question implique que dans ce cas, le threadmill fonctionnerait dans l'autre sens. Essentiellement tourner le vent.
@Taemyr il n'est pas impossible de décoller avec une queue et / ou un vent de travers juste plus gênant. (rappelez-vous que le tapis roulant dans la question est infini de tous les côtés)
@ratchetfreak D'accord, la question équivaut à prendre un aérodrome infiniment long avec un vent arrière laminaire de force arbitraire. Je conviens également que ce serait possible. - Cependant, je pense que ceux qui prétendent que l'avion ne pouvait pas décoller du fil de fil prétendraient également que l'avion ne pouvait pas décoller de cet aérodrome infini. Dans le monde réel, deux choses empêcheraient le décollage, la longueur de la piste et la turbulence.
@Taemyr Le tapis roulant n'a rien à voir avec la provenance du vent. Cela ne dépend que du "vent" (que l'OP ne mentionne pas) et de la poussée / cap des avions.
aeroalias
2015-09-30 16:27:36 UTC
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Cette question est au mieux ambiguë. Il peut y avoir des réponses par oui ou par non en fonction de ce qui est fait avec l'avion et le tapis roulant. Le fait est que pour qu'un avion décolle, la vitesse doit être suffisante. S'il n'y a pas de vent, la vitesse est égale à la vitesse sol

En supposant qu'il n'y ait pas de vent (dans ou contre l'avion), il y a deux solutions possibles.

  • Si l'avion est stationnaire par rapport au sol, il ne décollera pas (la vitesse du vent étant nulle).

  • Si l'avion se déplace par rapport au sol (avec une vitesse suffisante), il décollera.

Supposons que nous ayons un avion à réaction (juste pour des raisons d'argumentation) et quelqu'un pousse l'accélérateur et il commence à avancer. Maintenant, comme le tapis de course a une vitesse infiniment réglable, nous pouvons avoir trois conditions:

  • Si la vitesse du tapis de course est nulle, l'avion finira par générer suffisamment de portance et de décollage.

  • Si la vitesse du tapis de course est ajustée de telle sorte que l’avion reste stationnaire par rapport au tapis de course , l’avion décollera (car il se déplace par rapport à sol, et a donc une certaine vitesse).

  • Si la vitesse du tapis de course est ajustée de telle sorte que l'avion reste stationnaire par rapport au sol , l'avion ne peut pas décoller, car les vitesses sol et air sont toutes deux nulles. Notez que dans ce cas, la vitesse de l'avion par rapport au tapis de course est le double de la vitesse à laquelle le tapis de course est utilisé.

S'il y a du vent, le la vitesse au sol peut être ajustée en conséquence, mais le principe reste le même. Par exemple, si la vitesse du vent est égale à la vitesse requise pour le décollage, l'avion décollera même s'il est stationnaire par rapport au sol.

Encore une fois, le concept important ici est la vitesse. Peu importe si l'avion se trouve sur un tapis roulant, une voie ferrée ou une piste.

Votre dernier point est imparfait, et c'est tout le problème avec cette stupide «énigme». Le tapis roulant n'a absolument aucun moyen de surmonter la poussée indépendante générée par les moteurs - il ne peut empêcher l'aéronef de se déplacer par rapport au sol, et donc par rapport au vent.
@Dan Jusqu'à ce que l'avion décolle, les roues sont au sol. Si la vitesse du tapis de course correspond à la vitesse de rotation des roues (notez que le tapis de course a une vitesse infinie et quel que soit le frottement de roulement), l'avion pourrait * théoriquement * être stationnaire par rapport au sol. Ce problème est dû au fait que la question est assez ouverte et sans limites.
@aeroalias Comment? La physique ne correspond pas - je suppose qu'à une certaine vitesse, vous pourriez avoir une défaillance du roulement de roue, mais bien que ces roulements soient fonctionnels, il n'y a presque aucune relation entre la poussée vers l'avant et la rotation des roues.
@Dan Veuillez consulter la [même question dans Physics Stackexchange] (http://physics.stackexchange.com/questions/32269/what-will-happen-if-a-plane-trys-to-take-off-whilst-on -a-tapis roulant) pour une explication beaucoup plus claire de ce que j'essaie de dire.
Ce problème est que # 3 n'est pas possible. Quelle que soit la vitesse à laquelle le tapis de course roule, les pneus de l'avion sont en roue libre, il suffit donc de tourner plus vite pendant que l'avion continue de faire ce qu'il faisait auparavant (accélérer s'il est sous tension). En d'autres termes, si les moteurs étaient arrêtés et que vous démarriez le tapis de course (en supposant que les freins ne sont pas serrés), les pneus tourneraient mais l'avion resterait stationnaire. Notez que pour plus de clarté, cela ne tient pas compte du frottement entre l'essieu et le moyeu de la roue et que finalement il commencerait lentement à se déplacer, mais cela est surmonté par la poussée dans la question.
Ce que tout le monde manque, c'est que le tapis roulant et ce qu'il fait est totalement hors de propos. La seule chose qu'il peut faire est de faire tourner les roues (en ignorant le frottement, qui est une erreur d'arrondi des forces impliquées). La seule chose qui compte est l'air au-dessus des ailes et la seule façon qui peut être générée (en supposant un vent nul) est que l'avion produise une poussée de la manière normale. La première moitié de votre réponse est correcte. La seconde moitié est fausse. Le tapis de course ne peut pas déplacer l'avion.
C'est la seule réponse qui rentre dans les détails des différentes interprétations légitimes de la question, c'est donc la seule réponse complète. Cela dit, il y a une erreur sur le troisième point. Pour maintenir l'avion stationnaire par rapport au sol, la vitesse relative entre l'avion et le tapis roulant est bien supérieure au double. Le tapis roulant ne peut ralentir l'avion que par une résistance au roulement parasite dans les roues. Frottement IE.
En raison de la perte parasitaire, si l'avion émet suffisamment de poussée pour voyager à 100 km / h, il ne voyagera qu'à 99 km / h s'il est au sol. Si le tapis de course va dans l'autre sens à 100 km / h, il ralentirait seulement l'avion de 1 km / h supplémentaire. Ce serait la même chose que l'avion émettant suffisamment de poussée pour parcourir 200 km / h: il n'irait qu'à 198 km / h au sol. Vous avez besoin que la force que le tapis de course applique au plan soit égale à la force que le plan applique à l'air. Et votre tapis roulant n'est efficace qu'environ 1 à 5% pour ralentir l'avion.
@Shane Dans l'état actuel des choses, la question ne peut être résolue qu'en appliquant des hypothèses et des contraintes. Si vous introduisez la friction, l'élan et la résistance au roulement dans cette absurdité hypothétique, alors cela devient totalement irréfutable à moins que des limites et des contraintes emperiques ne soient ajoutées à la question.
h22
2015-09-30 23:46:06 UTC
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Oui. Peu importe la direction et la vitesse de rotation du tapis de course; l'avion va décoller.

La seule exigence pour générer de la portance est de se déplacer dans air suffisamment rapidement. La vitesse est créée par la poussée. Et la poussée du moteur de l'avion ne dépend pas de la vitesse sol («sol» serait la surface du tapis roulant dans ce cas).

Le tapis de course ne peut affecter que la vitesse au sol et n'aurait donc aucun effet sur la poussée du moteur. Par conséquent, cela n'aurait pas non plus d'effet significatif sur la vitesse de l'air, sauf à travers les forces de friction dans les roulements des roues. Je suppose que ces forces sont faibles par rapport à la puissance du moteur.

La seule chance, comme le châssis de l'avion est conçu uniquement pour la vitesse au sol limitée, le tapis de course peut empêcher le décollage en tournant dans le direction opposée assez rapidement pour provoquer l'effondrement du châssis.

Si nous ignorons la friction, le tapis roulant n'affectera ni la vitesse au sol ni la vitesse anémométrique, à moins que vous ne définissiez la «vitesse au sol» comme étant la vitesse par rapport à la surface du tapis roulant en mouvement. Si vous définissez la `` vitesse sol '' comme étant relative à la Terre sur laquelle le tapis roulant est assis (c'est-à-dire définition normale de la vitesse sol), la vitesse sol ne différerait de la vitesse anémométrique que par le vent qui se trouve à ce moment-là.
Quelles forces provoqueraient l'effondrement du châssis?
@Octopus Friction dans les roulements de roue entraînant un couple sur les jambes de train d'atterrissage.
«Vitesse sol», je veux dire par rapport à la surface du tapis roulant (le «sol» d'où l'avion décolle). Le tapis roulant peut forcer les roues à tourner plus vite que ce que les roulements pourraient tenir en se déplaçant assez rapidement dans la direction opposée.
@DavidRicherby Sans parler du frottement dans les roulements de roue et du frottement sur la surface du pneu (à la fois avec l'air et avec la surface du tapis de course), probablement en train de mettre le feu à l'engrenage.
John Ray
2015-10-01 20:12:28 UTC
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Théoriquement oui. En réalité cela dépend.

Théoriquement

Nous ne tenons pas compte du frottement dans les roulements des roues du train d'atterrissage ou entre le tapis de course et les roues. Cela signifierait qu'avec l'avion juste au ralenti, si le tapis roulant bouge, l'avion restera immobile. Vous pouvez essayer ceci en mettant une voiture miniature sur un morceau de papier. Si vous secouez le papier d'avant en arrière, la voiture ne bouge pas vraiment. La seule raison pour laquelle la voiture bouge est le frottement. Si vous éliminiez la friction dans les roues, la voiture ne bougerait pas du tout. Nous avons maintenant établi que la piste en mouvement n'a aucune influence sur l'avion. Le pilote est libre de démarrer le moteur et de décoller.

En réalité

La vraie réponse dépend de la conception et des limites de l'avion / tapis roulant:

  • Dans la vraie vie, il y a des frottements dans le train d'atterrissage. Il y a des limites à la vitesse à laquelle les roues peuvent patiner avant de tomber en panne. Mais il y aurait aussi une limite à la vitesse à laquelle le tapis de course pourrait aller.
  • Il y a des limites à la vitesse à laquelle le tapis de course et l'avion peuvent accélérer et changer de direction. Un pilote peut être capable de faire avancer le tapis roulant dans une direction puis de faire demi-tour et de décoller dans l'autre.
  • Un très grand tapis roulant se déplaçant à grande vitesse créerait du vent. Un vent suffisamment fort peut permettre à un avion de décoller même s'il est immobile.
    La quantité de vent générée dépendra de la qualité exacte de la surface et de sa largeur.
"ou entre le tapis de course et les roues." Si vous ne tenez pas compte du frottement entre les pneus et le tapis de course, les roues ne tourneront même pas. L'avion déraperait simplement sur la surface du tapis roulant.
Loren Pechtel
2015-10-02 08:47:59 UTC
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J'ai eu une pensée ici: si nous considérons un tapis roulant parfait et des roues / roulements parfaits dans l'avion, il ne décolle pas.

L'avion commence à rouler. Le tapis de course correspond à la vitesse de la roue, mais cela fait simplement tourner les roues plus rapidement - tant que l'avion roule, le tapis de course est dans une course sans fin contre la roue.

Puisque nous cherchons un parfait système cela se déroule sans limite et infiniment rapide - le tapis roulant (et le bord extérieur de la roue) va approcher la vitesse de la lumière. La masse augmente sans limite, l'avion est trop lourd pour décoller.

Dans le monde réel avec des systèmes imparfaits, quelque chose doit donner.

1) Les roues ont une vitesse maximale. Dépassez cela de trop et votre train d'atterrissage explose. Les crêpes planent sur le tapis roulant, le frottement est trop important pour qu'il puisse les surmonter, il est projeté en arrière puis s'arrête.

2) Le tapis roulant a une vitesse maximale. Si les roues peuvent survivre à la vitesse de décollage plus cette vitesse, l'avion décolle, sinon # 1.

3) Le tapis de course a un taux d'accélération fini. L'avion pourrait très bien décoller avant que le tapis roulant n'ait atteint une vitesse élevée.



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Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 3.0 sous laquelle il est distribué.
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