Zullen de oppervlakken in een vliegtuig minder efficiënt zijn op een grotere hoogte?

10

Misschien heb ik het mis, maar ik heb geleerd dat de bedieningsoppervlakken afhankelijk zijn van de juiste werking van de luchtstroom en dat lijnvliegtuigen een hogere kruishoogte hebben vanwege de minder dichte atmosfeer, waardoor de brandstofefficiëntie verbetert.

Maar dat zette me aan het denken:

  • Zullen de oppervlakken op een vlak minder effectief zijn op een grotere hoogte vanwege de minder dichte lucht?
  • Hebben moderne vliegtuigen een oplossing om dit probleem op te lossen?
reeks Gabriel Brito 27.04.2016 / 17:08

2 antwoord

12

Laat me alsjeblieft aannemen dat je je afvraagt over de effectiviteit van regeloppervlak in plaats van hun efficiëntie. Beide zijn nauw met elkaar verbonden, maar ik geef er de voorkeur aan hun effectiviteit aan te pakken - doen wat de piloot van hen eist.

De aerodynamische krachten zijn evenredig met de dynamische druk $ q $ van de stroom, wat de dichtheid maal snelheid is, zoals in $$ q = \ frac {\ rho} {2} \ cdot v ^ 2 $$

Om dezelfde hoeveelheid lift op een grotere hoogte te creëren, moet het vliegtuig sneller vliegen, dus in feite kunnen de krachten hetzelfde blijven. Alleen de echte luchtsnelheid zal anders zijn, waardoor u sneller kunt komen waar u wilt. De effectiviteit van het controle-oppervlak blijft ongewijzigd.

Als we wat dieper graven, koelt de atmosfeer af met toenemende hoogte totdat je de tropopauze . Deze koeling zorgt voor de efficiënter , maar ook vermindert het Reynolds-nummer van de stroom rond het vliegtuig. Een lager Reynoldsgetal vertaalt zich in een dikkere grenslaag, wat de effectiviteit van de regeloppervlakken een klein beetje zal verminderen en het bereik van hun beste effectiviteit zal verminderen. Maar dit effect is zo klein dat het geen praktische gevolgen heeft.

Airliners vliegen op transsonische snelheden op grote hoogte, dus nu worden de geluidseffecten duidelijker. Voor de besturingsoppervlakken betekent dit dat ze verliezen hun effectiviteit bij hogere doorbuigingshoeken . Voor kleine correcties lijkt alles erg op lage, langzame vlucht, maar als je volledige uitwijkingen nodig hebt, zijn de bedieningsoppervlakken inderdaad minder effectief op hoogte.

Een ander effect zal wat meer uitgesproken zijn, en dit is aërodynamische demping. Demping is de neiging van een systeem om extra krachten te creëren uit bewegingen die tegen deze beweging lopen. Neem een vleugel: als het vliegtuig rolt, zullen de vleugeltips omhoog bewegen aan de ene kant en omlaag aan de andere kant. Beide bewegingen voegen een kleine aanvalshoek toe, waardoor de totale aanvalshoek op de omhoog bewegende punt afneemt en deze op de omlaag bewegende punt wordt verhoogd. Beide tips zullen een verandering in de lift zien die de rolbeweging zal tegengaan. Als de rolsnelheid $ \ omega_x $ is, is de resulterende wijziging in invalshoek $ \ alpha $ op een vleugelstation $ y $ gelijk aan $$ \ Delta \ alpha = arctan \ left (\ frac {\ omega_x \ cdot y} {v} \ right) $$ Zoals je kunt zien, zit de vliegsnelheid in de noemer, dus een hogere vliegsnelheid zal een kleinere hoekverandering voor dezelfde rolsnelheid veroorzaken. Hetzelfde geldt voor de andere bewegingsassen en bijgevolg voor de hoger vliegende vliegtuigen hebben meer piloot aandacht nodig of een kunstmatige demper.

Ik vermoed dat dit de lagere demping is, waardoor je denkt dat de bedieningsoppervlakken minder effectief zijn. Dat zijn ze niet.

    
antwoord gegeven 27.04.2016 / 23:14
4

De effectiviteit van de controle is afhankelijk van de luchtstroom. Langzamer vliegen of door dunnere lucht maakt de bedieningselementen minder effectief. Echter, gezien dezelfde aangegeven luchtsnelheid (IAS), passeren hetzelfde aantal luchtmoleculen de regeloppervlakken, dus de effectiviteit zal hetzelfde zijn. Houd er rekening mee dat een gegeven IAS resulteert in een hogere ware luchtsnelheid (TAS) in dunnere lucht (hogere hoogte).

    
antwoord gegeven 27.04.2016 / 17:58