Question:
Au fur et à mesure qu'un avion ralentit, pourquoi un certain angle d'inclinaison vous fait-il tourner plus vite?
Crafterguy
2017-05-24 07:05:39 UTC
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Dans la vidéo "Manoeuvrer pendant un vol lent", le narrateur déclare qu'en volant lentement, l'avion sera moins réactif aux ailerons et aux autres commandes. Il dit également que l'avion tournera plus vite à un certain angle d'inclinaison que si l'avion volait à vitesse normale. Ma question est la suivante: pourquoi l'avion tourne-t-il plus vite lorsqu'il vole à une vitesse inférieure?

Donc, en gros, ce que je demande, c'est qu'un avion ralentit, pourquoi commencerait-il à tourner plus vite qu'il ne l'était lorsqu'il était rapide flight?

La partie de la vidéo dont je suis confus est à 1:16

Sept réponses:
Carlo Felicione
2017-05-24 07:28:15 UTC
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La vitesse de virage dépend des deux éléments suivants:

  • La composante horizontale de la portance (force centripète)
  • La vitesse tangentielle de l'aéronef (vitesse vraie)

La vitesse ou le virage est directement proportionnel à la composante horizontale de la portance et inversement proportionnel à la vitesse tangentielle de l'aéronef.

Pour un angle d'inclinaison donné, le Les composantes verticale et horizontale de la portance seront les mêmes, quelle que soit la vitesse en vol en palier.

Par conséquent, l'avion connaîtra la même accélération centripète, quelle que soit la vitesse.

Depuis la vitesse tangentielle est plus lente, tout type de force centripète produira un taux de virage plus élevé pour un avion volant plus lentement que pour un avion se déplaçant plus rapidement et cela peut être montré par l'équation d'accélération centripète

$$ a_c = \ frac {v ^ 2} {r} $$

donc à la fois un avion volant lent avec une vitesse vraie $ v_s = 100 $ nœuds et un avion volant rapide avec une vitesse vraie $ v_f = 200 $ kno ts éprouvent la même accélération centripète.

$$ \ dfrac {v_s ^ 2} {r_s} = \ dfrac {v_f ^ 2} {r_f} = 4 \ \ dfrac {v_s ^ 2} {r_f} $$

ou, $$ \ dfrac {1} {r_s} = \ dfrac {4} {r_f} $$

Par conséquent $ r_s < r_f $; dans ce cas $ r_f = 4 \ r_s $

Puisque la vitesse angulaire est égale à la vitesse tangentielle divisée par le rayon.

$$ \ omega = v / r $$

la vitesse angulaire de l'avion le plus lent sera supérieure à celle de l'avion le plus rapide.

$$ \ omega_s = v_s / r_s $$

et

$$ \ omega_f = \ dfrac {v_f} {r_f} = \ dfrac {2 \ v_s} {4 \ r_s} = \ frac {1} {2} w_s $$

Donc, notre deux fois plus lent, l'avion tourne deux fois plus vite que l'avion le plus rapide dans ces conditions.

@Krumia Seules les variables doivent être composées en italique, donc les index doivent être contenus dans \ mathrm {...}
@bogl "devrait" selon? N'oubliez pas qu'il ne s'agit pas d'une publication scientifique avec des directives éditoriales.
Selon une meilleure lisibilité. J'aurais utilisé «doit» si c'était obligatoire. Notez que mon commentaire s'adressait à @Krumia, car il a fait des efforts pour embellir votre réponse, et j'ai voté sur sa modification. Quoi qu'il en soit, n'hésitez pas à revenir en arrière.
Vous pouvez voir ce même phénomène dans une voiture, non? Essayez de faire un virage à vitesse maximale par rapport à un virage lent. Bonne chance pour faire un virage à 90 ° à 80 MPH! Mais nous le faisons tout le temps à 5-10 MPH.
C'est là, mais une voiture n'a pas de composante de force horizontale, seuls les contrôles de friction des pneus tournent. Mais (dénis de responsabilité infinis), si vous appuyez sur les freins et que vous tournez la roue pour déraper / faire tourner la voiture (sans la retourner), vous pouvez tourner plus vite. Le dérapage et le retournement limitent les virages de la voiture, pas les avions.
Mais le principe reste le même.
callisto
2017-05-24 13:42:28 UTC
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Une autre façon de l'expliquer en termes plus simples serait:

Deux véhicules, roulant respectivement à 10 m / s et 100 m / s, exécutent tous deux des virages de 180 degrés vers la gauche.

Le hic, c'est que chaque voiture doit faire le virage pour que le conducteur ne subisse qu'une accélération latérale de 0,5G.

Pour la voiture qui roule à 10 m / s, cela signifie un rayon de virage de 20 m.
Ce La voiture effectuera le virage en un peu plus de 6 secondes tout en parcourant 62,8 m.

Pour la voiture roulant à 100 m / s, un rayon de braquage de 2000 m produira la même force latérale. Elle effectuera son demi-tour en 63 secondes en parcourant une distance de 6283 m.

En bref, la voiture plus lente peut faire demi-tour beaucoup plus rapidement.

Le même raisonnement peut être appliqué au vol.

Je dois vous expliquer quelque chose, une voiture dans un virage ne dérape pas. Cette analogie, bien que très appréciée, est inexacte en ce qu'elle ne reflète pas la physique du retournement dans l'air de deux manières. Premièrement, le vecteur somme du mouvement vers l'avant et de la composante horizontale du vecteur de portance est la direction du vol. Deuxièmement, la queue fait pivoter l'avion pendant le virage. Les voitures sont attachées au sol, leur vitesse de virage est limitée par le frottement des pneus au sol. La voiture à 100 m / s tournerait plus vite si elle pouvait pivoter.
Ben
2017-05-24 08:51:47 UTC
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Le mot clé est "taux" de virage. Cela signifie que si vous voyagez plus lentement, il vous faudra moins de temps pour effectuer un virage à 360 degrés que si vous alliez vite. C'est la même chose que lorsque vous conduisez une voiture.

Si vous voulez terminer le virage rapidement à grande vitesse, vous avez besoin d'un angle d'inclinaison plus raide par rapport à l'angle dont vous auriez besoin à basse vitesse.

Je ne vois pas comment cela répond à la question. La question était «étant donné un angle d'inclinaison constant, pourquoi vire-t-on plus vite en volant à une vitesse plus lente? Vous avez expliqué clairement ce que signifie «tourner plus vite», mais vous ne semblez pas avoir dit quoi que ce soit sur * pourquoi *.
@TannerSwett J'ai supposé que l'OP avait simplement mal compris ce que signifiait la vidéo, et n'avait pas besoin d'une explication détaillée de la physique. J'ai senti que la réponse existante, bien que précise, aurait pu le dérouter s'il n'avait pas une solide compréhension de la physique. J'ai donc donné une réponse simple qui, espérons-le, l'aide à comprendre le concept, même si cela n'explique pas complètement le «pourquoi».
Ouais, ça a du sens. Je pense que c'est une bonne réponse dans ce cas.
Un angle d'inclinaison plus raide et une charge g plus élevée ...
Peter Kämpf
2017-05-24 09:50:28 UTC
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Le poids ne change pas pour différentes vitesses, donc l'élévation ne change pas non plus si vous conservez le même angle d'inclinaison. À une vitesse inférieure, cependant, l'énergie cinétique, dont la direction doit être modifiée dans un virage, est plus petite, donc la même force de portance a moins de travail à faire.

Une aile inclinée crée une force latérale qui est utilisé comme force centripète dans un virage. Cette force tire en fait l'avion latéralement dans la nouvelle direction de mouvement. Lors de l'inclinaison dans le virage, la force centripète accélérera l'avion latéralement et décélérera sa composante de vitesse d'origine, de sorte que la direction du vecteur vitesse change continuellement tandis que sa valeur scalaire reste constante. S'il y a moins de vitesse à convertir, le tournage peut être effectué plus rapidement.

La réponse la plus intuitivement compréhensible, tout en étant correcte.
J'espère que vous voulez dire "travail" au sens figuré ...;) Idéalement, l'ascenseur n'effectue jamais aucun travail.
@Sanchises "a moins de travail à faire" signifie aussi "surmonter moins de forces opposées" je pense.
@KorvinStarmast En physique, le terme «travail» est exclusivement réservé au transfert d'énergie sous forme de force multipliée par distance. L'anglais simple n'est pas si strict; donc vous avez bien sûr raison - j'étais juste pédant d'une manière semi-plaisante.
@Sanchises Oui, c'est Internet et Pedantry 'R Us. 8 ^ D
Il s'agit plus de momentum que d'énergie cinétique. Idéalement, l'énergie cinétique reste constante pendant le virage.
@VladimirF La réponse est de traiter l'énergie cinétique comme une quantité vectorielle et de la décomposer dans la direction originale du vol.
@Sanchises qui est faux.
@VladimirF: Je pensais mentionner l'élan mais j'ai trouvé l'explication avec l'énergie cinétique plus facile à comprendre. Mon objectif n'est pas la réponse avec le vocabulaire le plus exalté mais une réponse facile à comprendre. Je conviens que l'explication de l'élan est physiquement correcte. Mais quand une aile «a du travail à faire», l'expliquer en termes d'énergie se suggère.
@Peter Kampf puis-je suggérer: la force centripète accélérera le plan latéralement et DRAG ralentira sa composante de vitesse d'origine ... sa valeur scalaire reste constante (en raison d'une poussée constante). Remarquez si le plan s'incline mais ne pivote pas, la composante de poussée reste dans la même direction et le plan suivra une diagonale. La poussée pivotante dans une nouvelle direction permet de faire glisser pour ralentir le vecteur de vitesse d'origine.
@RobertDiGiovanni: La traînée et la poussée s'annulent et la composante latérale de la portance est en effet la force qui réduit la composante de vitesse d'origine. Sinon, pourquoi l'avion s'inclinerait-il tout au long de son virage, même juste avant la fin, alors que la nouvelle vitesse est presque atteinte? Au début du virage, la portance augmente principalement la nouvelle vitesse tandis qu'à la fin, elle réduit principalement l'ancienne vitesse. Ceci est décrit par le développement des fonctions sinus et cosinus: elles vous indiquent quelle partie de la force ajoute une nouvelle vitesse (sinus) ou réduit l'ancienne vitesse (cosinus).
Ok, je pensais rouler dans la berge, mais arrêter le lacet avec le gouvernail. Ceci est un glissement latéral. Sans vent de travers et sans intervention du gouvernail, le composant de levage horizontal tire le plan latéralement, activant le mouvement de lacet depuis la queue (aile droite). Aucune puissance ajoutée, virage descendant. Gouvernail de direction opposé, glissade descendante se déplaçant dans la berge, descente diagonale. Avec vent de travers, descente droite. L'avion maintient son inclinaison pendant le virage de la portance différentielle des ailes, la queue tourne le nez.
Mais maintenant je vois! Lorsque le plan pivote, faites glisser ET le composant de levage horizontal ralentit et arrêtez la course dans la direction d'origine. Merci! Je ne voyais pas instantanément (sans jeu de mots)
Et la quantité de différentiel de levage nécessaire pour maintenir la banque (et comment elle est créée) est un autre grand sujet!
Koyovis
2017-05-24 18:26:11 UTC
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Veuillez pardonner mon one-liner: car il est très difficile de faire tourner une balle pour excès de vitesse.

enter image description here

Même angle d'inclinaison => même force de rotation. Beaucoup moins d'énergie inertielle pour faire demi-tour lorsque l'avion vole lentement.

mongo
2017-05-26 05:37:43 UTC
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Lorsque vous tournez, l'accélération est utilisée pour rediriger votre direction de déplacement. Si votre vitesse initiale est faible (vol lent), alors moins d'accélération (angle d'inclinaison * temps) est nécessaire pour rediriger votre voyage.

Si votre vitesse initiale est élevée (vol SR-71 Mach 3.2), plus d'accélération (angle d'inclinaison * temps) est nécessaire pour rediriger votre déplacement.

L'angle d'inclinaison décrit ici l'accélération car il réoriente effectivement une partie de la "portance" dans une direction horizontale, ce qui provoque le changement de direction.

Bien sûr, en volant droit et de niveau, l'ascenseur est utilisé pour contrer exactement la force de gravité. Dans un virage en palier, une partie de la portance de l'aile est utilisée pour faire changer la direction du déplacement (accélération horizontale), et une élévation arrière est également ajoutée pour augmenter l'angle d'attaque et provoquer une augmentation temporaire de la portance en tournant. (Cela pourrait vous ralentir un peu dans le virage d'ailleurs.)

La réponse simple est donc qu'il y a moins d'énergie (temps d'accélération *) dépensé pour faire tourner un objet lent qu'un objet rapide.

Robert DiGiovanni
2019-04-02 07:51:54 UTC
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Un avion plus lent à un angle d'inclinaison constant devra voler à un AOA plus élevé pour maintenir le même montant de portance que le plus rapide. À un angle d'inclinaison constant, les composants de levage vertical et horizontal sont répartis dans le même rapport rapidement ou lentement.

Pourquoi le plus lent tourne-t-il plus vite? En raison de l'augmentation de la traînée à un AOA plus élevé, il y a plus de résistance au mouvement vers l'avant, tandis que le profil latéral est identique au plus rapide.

Le plus lent a une accélération latérale égale au plus rapide (composante de levage horizontal) mais moins de mouvement vers l'avant. Le vecteur résultant (direction du vol) est plus dans le sens du virage. Remarquez que les forces latérales G sont les mêmes. Pour ce faire, l'avion le plus rapide doit tourner plus lentement!

Incliner également le résultat en faveur d'une déviation plus lente et accrue de la gouverne de profondeur, tournée sur le côté dans l'inclinaison, permet de faire tourner l'avion plus rapidement.

Enfin, le souffle de l'hélice sur les surfaces de la queue (merci John K) crée également de plus grandes forces de rotation.

L'aile tire l'avion latéralement, la queue le fait tourner. Ajoutez de la puissance dans un virage lent.



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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