TLDR
Nous allons devoir décomposer vos besoins et les définir pour pouvoir répondre:
Avion
donc, un avion plus lourd que l'air qui utilise la portance pour défier la gravité
vole
donc, "reste en l'air pendant un certain temps". Quelle période est acceptable pour constituer un vol? Je dirais indéfini, car vous avez dit "toujours" mais ..
dans le vent
donc, capable de s'éloigner d'un point de référence qui le vent souffle vers
incontrôlé,
donc, soit n'a pas de surfaces contrôlables, soit aucun appareil (pilote, pilote automatique) capable de contrôler les surfaces
factice
donc, pas de capacité intrinsèquement intelligente / adaptative pour répondre aux conditions changeantes
planeur
donc, pas propulsé par un dispositif de type moteur assurant une propulsion constante
a chuté
donc, pas fourni d'inertie horizontale initiale pour atteindre le flux d'air sur ses surfaces de levage
face au vent par conception
donc, ayant un aspect asymétrique qui le fera pivoter autour de son point d'équilibre pendant que cet aspect vit une force du vent
Serait-ce possible?
Les exigences sont susceptibles d'être en conflit en fonction de la façon dont vous définissez le vol, mais si vous commencez assez haut et que vous ajustez suffisamment votre avion, et que vous ne fournissez pas de conditions de départ trop difficiles à récupérer, vous pourriez obtenir quelque chose. définir comme un avion volant dans le vent avant de toucher le sol. L'engin pourrait être placé dans un courant d'air au-dessus d'un point de référence, et tomberait initialement en plus d'être emporté par le vent du point de référence. Au fur et à mesure que la gravité l'accélère, il pourrait atteindre une trajectoire de vol telle qu'il vire et recommence à se déplacer vers le point de référence et peut-être le dépasse pour finir au vent de lui au moment où il touche le sol. Il faudrait plus de temps pour toucher le sol qu'un objet en chute libre.
Serait-ce un vol?
À quoi ressemblerait-il
Vous avez déjà un peu spécifié qu'il doit ressembler à un avion. Il ne serait pas exceptionnellement différent de n'importe quel avion typique que vous pourriez imaginer
La version:
Sommes-nous en train de le concevoir maintenant? Il serait peut-être préférable de se familiariser d'abord avec la physique impliquée.
Si nous commençons avec un appareil simple qui se tourne pour faire face au vent, il ressemblerait peut-être à une manche à air. Une manche à air ne fonctionne vraiment que parce qu'elle est ancrée à un poteau qui est ancré au sol. Lorsque le vent souffle dessus, il subit un vent d'une certaine vitesse par rapport au fait qu'il est fixé en place. La manche à air s'étend dans la direction dans laquelle le vent souffle et reste ainsi parce que le pôle fournit constamment une force qui maintient la chaussette stationnaire, ainsi elle subit constamment une force du vent. Il est léger mais présente une forme qui subit une grande quantité de friction sur l'air qui le dépasse. L'air l'entraîne en forme de manche à air
Imaginez si la manche à air s'est déchirée et a explosé. Cette traînée le ferait accélérer rapidement à la même vitesse que le vent. Si le vent était parfaitement sans turbulence, il conserverait sa forme car c'est maintenant un objet faisant 60 km / h dans un courant d'air faisant également 60 km / h mais il tomberait au sol (et finirait par ne pas ressembler à une manche à air) car il n'a aucun moyen de défier la gravité. S'il subissait des turbulences, il se déformerait avant de toucher le sol. Mais l'idée était là - c'est quelque chose qui peut attraper le vent et se tourner pour lui faire face.
Abandonnons le problème de la gravité qui fait s'écraser nos affaires et parlons plutôt de quelque chose de flottant, comme une montgolfière. Il résiste à la gravité à cause de l'air chaud et commence à se déplacer dans une certaine direction parce que le vent souffle contre lui, le poussant. Supposons finalement que le ballon atteigne 60 km / h car il fait partie d'un courant d'air faisant 60 km / h. Il ne subit plus aucune force qui va le faire tourner ou l'accélérer parce qu'il fait la même vitesse que la seule chose qui le pousse; le vent de 60 km / h
Supposons que vous vouliez vraiment faire tourner votre embarcation et que vous ayez eu une énorme pagaie sur une longue perche. Normalement, il est soigneusement rangé dans le panier du ballon, mais pendant le vol, vous l'assemblez et il finit par ressembler à une énorme sucette, et vous le sortez du ballon sur le côté, le côté plat de cette énorme sucette est tourné pour qu'il "attrape le vent "plutôt que" trancher le vent "(face sucette verticale, pas horizontale). Sur le côté comme dans, si le ballon se dirige vers l'est, la sucette pointe vers le nord ou le sud
Si le ballon fait déjà 60 km / h et la sucette fait 60 km / h et le vent fait 60 km / h , la sucette subira-t-elle une force qui (si elle était solidement boulonnée au panier du ballon) fera tourner le ballon (de sorte que la sucette soit sous le vent du ballon)?
Non ... Parce que tout roule déjà à 60 km / h. Le vent ne souffle pas plus fort sur la sucette que sur le ballon. Il n'y a aucune force globale agissant sur quoi que ce soit dans cette configuration.
Supposons que vous puissiez faire tourner le vent de «souffler» à «aspirer», comme sur un aspirateur, en appuyant sur un interrupteur de façon à ce qu'il soit brusquement inverse la direction. Maintenant il y a une force agissant sur le ballon et la sucette. Le ballon se dirige vers l'est à 60 km / h, le vent souffle soudain vers l'ouest à 60 km / h.
La forme du ballon et de la sucette est asymétrique, donc la sucette attrape le vent d'un côté et il n'y a pas de sucette de l'autre côté pour équilibrer les forces. Donc l'asymétrie de la sucette va faire tourner le ballon pour que la sucette soit sous le vent du ballon .. Pourquoi sous le vent? Parce que finalement le ballon tournera à un point où la sucette tranche le vent; le vent souffle vers l'est, la sucette pointe vers l'est. Il n'y a aucune partie du visage de la sucette sur laquelle le vent souffle, donc elle ne subit aucune force globale. En raison de l'inertie, le ballon continuera à tourner de sorte que le vent souffle à nouveau sur la sucette, cette fois de l'autre côté. L'effet serait de l'arrêter de tourner dans le sens des aiguilles d'une montre et de le démarrer dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Il va osciller d'avant en arrière dans sa rotation, et à chaque fois, il ne tournera pas aussi loin grâce au frottement (traînée) subi par l'objet dans son ensemble.
Il pourrait même devenir stable (arrêter de tourner, car la partie "dans le vent" de la question implique que la direction vers laquelle pointe l'engin soit fixe par rapport à la direction du vent) mais nous devons espérer que le ballon finit d'osciller avant que ce vent opposé n'arrive à ralentir le tout de 60 km / h (vers l'est, par exemple) à 0, puis l'accélère jusqu'à 60 km / h dans la direction opposée (vers l'ouest, par exemple). S'il ne parvient pas à arrêter la rotation oscillante du ballon au moment où le vent souffle le tout, donc il fait 60 km / h, alors l'assemblage entier continuera à tourner lentement pour toujours car nous sommes de retour à cette situation de tout ce qui fait 60 km / h et il n'y a pas de force globale
Si vous y réfléchissez, la plupart des choses qui volent avec la direction sont comme cet arrangement ballon et sucette - hélicoptères, avions, navires, manches à vent. Ce "truc qui sort pour fournir une asymétrie afin qu'une force puisse être appliquée jusqu'au bout pour nous faire demi-tour" pourrait également s'appliquer à votre planeur incontrôlé, mais je pense que vous devez vraiment considérer ce que vous entendez par incontrôlé.
Si, comme les premiers humains l'ont fait, nous quittons le ballon en tant que dispositif défiant la gravité et essayons de concevoir un objet en forme d'avion qui répond à nos exigences, nous finirons probablement par avoir quelque chose qui ressemble beaucoup à un avion moderne. Il existe une grande variété de formes, mais lorsque vous les regardez sous différents angles, certains aspects sont symétriques et d'autres non. Nous les concevons généralement de manière à ce que, vus du haut, ils soient symétriques par rapport à la direction dans laquelle ils sont censés voler, ce qui aide à fournir une certaine symétrie au contrôle pour les faire pivoter et les aide également à atteindre un faible effort stable et de niveau. vol. Vue de côté, il y a une asymétrie qui contribue généralement à la fois aux objectifs de conception généraux de défier la gravité et de faire tourner l'avion pour qu'il vole dans la direction dans laquelle il a été conçu. Tout cela signifie qu'ils sont conçus pour bien voler dans une direction et une orientation particulières. Certains peuvent voler dans d'autres orientations, par exemple, vous pourriez être en mesure d'équilibrer les choses pour qu'un avion vole "sur le côté" et que l'air qui claque sur le côté du fuselage le maintient en l'air et défie la gravité, tandis que le gouvernail le maintient tourné de manière que le fuselage fait toujours un angle approprié pour que l'air pénètre dans et que les moteurs continuent de le pousser vers l'avant assez rapidement pour que l'air continue de claquer le fuselage, mais il n'a pas besoin d'une quantité considérable de contrôle et de puissance pour voler de cette façon
Vous avez établi que c'est un planeur et qu'il n'a donc aucune puissance propre, et il n'est même pas clair s'il obtient une poussée initiale dans la direction de visée parce que vous le «lâchez» simplement dans un courant aérien , ce qui signifie que vous allez le lancer par l'arrière d'un plus grand avion en mouvement, peut-être à la même vitesse vers l'arrière que l'avion plus grand se déplace vers l'avant, de sorte qu'au départ, votre planeur n'ait pas de vitesse. Il a une attitude non spécifiée (angle / orientation) qui n'est pas nécessairement sa configuration de vol stable et en palier (et pour la plupart ne le sera probablement pas - je suppose que vous voudrez tester comment votre planeur se rétablit. lorsque vous démarrez avec une orientation inhabituelle. Je suppose également que vous êtes si doué pour le lancer qu'il n'a pas de rotation initiale
La gravité affecte les choses de manière significative dès le début. Le vent peut ou non affecter beaucoup les choses selon l'orientation de l'engin. Il y aura une partie de la cellule qui attrape le vent et subira une force. Si c'est dans une orientation de vol en palier stable, cette force n'est pas énorme parce que nous essayons de concevoir les choses de manière à ce que ce ne soit pas le cas, ce qui nous donne moins de friction à surmonter (coûte moins cher pour faire fonctionner un moteur, vole plus longtemps sur sa propre inertie) , mais c'est présent. En l'absence d'autres facteurs, le vent soufflera sur les surfaces de levage, ce qui lui donnera une certaine capacité à résister à la gravité, mais il plongera vers la terre car le réglage pour un vol en palier stable nécessite que l'engin ait une certaine cohérence à sa vitesse et sa vitesse change déjà. . Avec le temps, les choses essaieront de s'équilibrer; divers facteurs concernant l'asymétrie du gouvernail et de la gouverne de profondeur conspirent pour faire tourner l'engin de sorte qu'il pointe vers la direction d'où le vent souffle, mais la seule façon pour lui de voler dans le vent est d'utiliser la gravité pour surmonter le frottement que le cadre subit du vent qui souffle là-dessus, et la gravité est en approvisionnement limité parce que l'altitude est en approvisionnement limité; vous ne pouvez pas faire voler cet engin indéfiniment, vous pouvez donc dire que vous ne pouvez le concevoir que pour résister à l'écrasement le plus longtemps possible. Il aura probablement adopté une configuration de vol qui signifie qu'il pointe dans le vent au moment où il se bloque
Si vous rendez les choses vraiment difficiles, donnez une grande quantité de rotation dans les 3 axes à votre objet de forme magique lorsque vous le jetez par la trappe de votre B52, alors il y a de fortes chances que cela ne fonctionnera jamais; l'asymétrie de la gouverne de direction et de la gouverne de profondeur fera de son mieux pour inverser une certaine rotation en cours, mais il faudra un frottement pour réduire les oscillations. Si vous augmentez la friction, vous augmentez la capacité du vent à accélérer la cellule. Même si vous maintenez la friction faible, dans ce mode de rotation folle, l'engin passera une grande partie de son temps à faire face dans une direction où le vent peut pousser directement sur toutes les surfaces de l'engin, en particulier les ailes et le fuselage, ce qui signifie que l'engin rapidement accélère à la vitesse du vent et cela signifie alors que c'est juste un objet tombant librement sous la gravité. En accélérant, il prend de la vitesse qui peut améliorer la capacité des ailes à fournir de la portance si l'engin est orienté de manière à ce qu'ils soient dans une direction de vol, mais dans l'ensemble, votre planeur se dirige vraiment dans la mauvaise direction et se rétablit automatiquement vers quelque chose qui pourrait être appelé vol est peu probable, donc même si la rotation change constamment, vous le verrez probablement basculer encore et encore jusqu'à ce qu'il se bloque. Déployer une grosse manche à air par l'arrière pendant un certain temps jusqu'à ce que les oscillations s'arrêtent, puis la couper peut fonctionner - mais cela revient à avoir le contrôle actif de l'engin.
Les ballons défient la gravité parce qu'ils flottent, les avions et les planeurs défient la gravité parce qu'ils maintiennent une différence relative de vitesse sur leurs surfaces de portance. Si vous cherchez à concevoir quelque chose qui reste en l'air et des girouettes (qui tourne pour s'aligner avec la direction du vent), je vous recommande d'abord de trouver un moyen pour que votre appareil reste en l'air et adopte un vol stable (maintient l'altitude sans dégringoler) - cela réduit le nombre de problèmes à résoudre en termes de mouvement 3D. Ensuite, résolvez ce problème où il doit se transformer dans le vent et cesser son oscillation rotative plus tôt qu'il n'accélère au point qu'il fait la même vitesse que le vent.
Ce sera probablement comme une montgolfière avec une partie légère en haut et une partie lourde en bas. Il sera très lourd donc il a de l'inertie mais le poids sera très proche de son centre de rotation, donc un objet de type gouvernail (sucette) peut facilement le faire tourner (faible inertie de rotation) mais il est difficile de le souffler sur le côté (haut latéral) inertie). Il aura une symétrie par rapport à son corps et suffisamment flottant pour contrer le poids de base.
Cela nous laisse avec le problème que vous avez appelé non seulement à pointer dans le vent, mais à voler dans le vent. Peu importe ce que vous concevez, même s'il peut pointer dans le vent, il ne pourra pas voler dans le vent, le terme "voler" défini comme "reste en altitude indéfiniment ". Un ballon non motorisé ne peut pas du tout voler dans le vent. Un planeur ne peut voler dans le vent que tandis que la gravité surmonte le frottement causé par le vol et nous savons que les planeurs ne restent pas en l'air indéfiniment sans une force motrice externe car le frottement qu'ils rencontrent réduit l'inertie dont ils ont besoin pour continuer à voler ou leur donne progressivement un inertie qui les laisse sans flux d'air pour générer la portance nécessaire pour continuer à voler. Un avion propulsé vole dans le vent parce que le moteur fournit la puissance nécessaire pour surmonter le frottement, mais seulement tant que le moteur tourne.
Cela signifie que la réponse à votre question telle que présentée est probablement "non" , basé sur ce que je suppose que vous voulez