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你的飞机抗风性能如何?

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1.“你的飞机抗风性能如何?”

2.“这么小个飞机抗风肯定不行!大飞机抗风性能好!”

3.“xxx飞机抗风6级(或者60km/h),你的抗风能力才四级!”

做航测无人机不少日子了,这几句话几乎是每个没有用过无人机的客户或多或少会提到的。

简言之飞机抗风性能和如下几个因素相关“飞行速度(主要是巡航速度),翼载荷,剩余马力,展弦比,静稳定裕度,巡航升力系数,自驾的控制方式”,跟大小无关,跟标称值无关

首先明确几个逻辑,如果不明确就不用讨论了

逻辑1, A现象和B现象同时发生, A和B之间的关系,可能是A因B果,也可能是A果B因,可能是A与B无必然联系,也可能为A与B必然伴生,都是C导致的结果

比如 A手机上网用户增加 和B 人类食道癌比例增加

    A 辣椒辣  和B 辣椒维生素C含量高

逻辑2. 讨论某A与B之间关系时,往往是要求在其他条件稳定一致的情况下

Ok,来看这个问题“这么小个飞机抗风肯定不行!大飞机抗风性能好!”

人们有这个看法不奇怪,正如人们在伽利略论证重物下落速度之前人们的普遍看法一样,这种看法几乎在所有人的头脑中都是这个结论。

这里先摘录一段,这一段大部分人应该在中学教育当中读到过:

古代的学者们认为,物体下落的快慢是由它们的重量大小决定的,物体越重,下落得越快。生活在公元前4世纪的希腊哲学家亚里士多德最早阐述了这种看法。亚里士多得的论断影响深远,在其后两千多年的时间里,人们一直信奉他的学说。

但是这种从表面上的观察得出的结论实际上是错误的。伟大的物理学家伽利略用简单明了的科学推理,巧妙地揭示了亚里士多德的理论内部包含的矛盾。他在1638年写的《两种新科学的对话》一书中指出:根据亚里士多德的论断,一块大石头的下落速度要比一块小石头的下落速度大。假定大石头的下落速度为8,小石头的下落速度为4,当我们把两块石头拴在一起时,下落快的会被下落慢的拖着而减慢,下落慢的会被下落快的拖着而加快,结果整个系统的下落速度应该小于8。但是两块石头拴在一起,加起来比大石头还要重,因此重物体比轻物体的下落速度要小。这样,就从重物体比轻物体下落得快的假设,推出了重物体比轻物体下落得慢的结论。亚里士多德的理论陷入了自相矛盾的境地。伽利略由此推断重物体不会比轻物体下落得快。 伽利略曾在著名的比萨斜塔做了著名的自由落体试验,让两个体积相同,质量不同的球从塔顶同时下落,结果两球同时落地,以实践驳倒了亚里士多德的结论。

Ok,比喻和说明都不能论证,那么先举一个例子,稍后再用大家都不愿意看的公式来说明

假定在静止无风的室内50米的距离上树立两个靶子,一个靶子用弩来射击,另一个靶子用步枪来设计,均使用机械结构自动触发,均经过校准后,能够保证弩和子弹都能落在靶心;(强调一下,弩为正常普通的弩,箭长40cm左右,带尾翼,质量(一般大家叫重量) 50克,弹头结构:56冲锋枪 (AK47)尖头,锥底,

 

弹头质量:7.91g

psb.png

两者速度呢,弩机发射箭的速度按照较大值 150m/s,当然也有实测值在80m/s到 100m/s(这已经对应360km/h了),

AK47 子弹的枪口速度为710m/s (注意音速在海平面大致为340m/s)

那么此时将射击场两侧的门都打开,用鼓风机吹出20m/s的正侧风(假顶是稳定的风场)或者10m/s吧,各位看官自己想象一下,是个头大重量大的箭偏离靶心远还是个头小,重量小的子弹偏离靶心远?

一般来说升力:Y= 1/2 ρv2 *Cya *a* s

升力= 二分之一 空气密度*空速的平方*升力线斜率*迎角*机翼面积
ρ—
空气密度
s—
机翼面积
Cy
a升力线斜率

a 迎角
v—气流速度

对于某个固定的飞机在某个速度下飞行而言,当发生一个垂直扰动的时候(上升或者下降气流),升力增量ΔY=1/2 ρv2 *Cya *Δa *s,   简单说就是胜利增量和迎角增量成正比,那么我们看看在不同速度下,同样的垂直风(侧风亦然)导致的Δa 是怎样的

psb (1).png

图中 速度V2>V1, 垂直风Vv 所产生的迎角变化

Δa2<Δa1  , 如果是水平方向上侧风,或者迎风,顺风变化所产生的升力的增量即正比于2倍空速的增量(即对空速微分)

那么人们从何来的飞机大小即抗风强弱的能力的依据源于何方呢? 个人揣测是否源于运动飞机,轻型飞机,和载人飞机的比较,还是螺旋桨客机同喷气客机的比较,还是蝴蝶同小鸟比较得出的结论,这些飞行器或生物之间对于抗风性能的不同是源于飞行速度而非大小,只是抗风大小恰好同外部尺寸大小有类似规律而已。2倍音速的战斗机的抗风性能是远超民航客机的,箭同子弹之比也是一个案例。

今天先到这里。后续在谈其他参数与抗风(扰动之间的关系)

 云南的杨总说
太复杂了,我给你个直观的答复:
机型:大白2
设定空速:32米/秒(108公里/小时)
风向:正西风
航向:与风向角度近似于零度
结果如图

1.jpg

2.jpg

图解分析结果:顺风地速240公里/小时,逆风地速50公里/小时,
风速约定于于70-120公里/小时。
这应该算是几级风?
0-12级编辑

风级和符号名称风速(米/秒)陆地物象水面物象浪高(米)
0无风0.0-0.2烟直上,感觉没风平静0.0
1软风0.3-1.5烟示风向 ,风向标不转动微波峰无飞沫0.1
2轻风1.6-3.3感觉有风,树叶有一点响声小波峰未破碎0.2
3微风3.4-5.4树叶树枝摇摆,旌旗展开小波峰顶破裂0.6
4和风5.5-7.9吹起尘土﹑纸张﹑灰尘、沙粒小浪白沫波峰1.0
5轻劲风8.0-10.7小树摇摆,负面泛小波,阻力极大中浪折沫峰群2.0
6强风10.8-13.8树枝摇动,电线有声,举伞困难大浪到个飞沫3.0
7疾风13.9-17.1步行困难,大树摇动,气球吹起或破裂破峰白沫成条4.0
8大风17.2-20.7折毁树枝,前行感觉阻力很大,可能伞飞走浪长高有浪花5.5
9烈风20.8-24.4屋顶受损,瓦片吹飞,树枝折断浪峰倒卷7.0
10狂风24.5-28.4拔起树木 ,摧毁房屋海浪翻滚咆哮9.0
11暴风28.5-32.6损毁普遍,房屋吹走,有可能出现“沙尘暴”波峰全呈飞沫11.5
12

台风

(亚太平洋西北部和南海海域)

或飓风

(大西洋及北太平洋东部)

32.7-36.9陆上极少,造成巨大灾害,房屋吹走海浪滔天14.0

注意:本表所列风速是指平地上离地10米处的风速值

对此
风场分为两种情况,稳定(或者说理想风场),不稳定风场(湍流),假定杨总的飞机进入到风场是一个稳定的风场,那么风速为 (240-50)/2=95km/h ,这是一个简单的简化结果,是否意味这个飞机可以扛住台风了呢?  简单讲,不会,因为台风不是一个稳定的风场(其一),  杨总也不会让他的飞机在台风中起降,正如我的电动飞机在海边空速设定为顺风150的地速,顶风20km/h的地速,我也不会在地面65km/h的风速条件下飞行,在北京预报60km/h阵风和五级风条件下,也不会有人去航测作业一样;看看大气常识就知道高空喷气流可以达到160km/h,在这个稳定的风场中热气流环球飞行的动力即来源于此
其二,相信杨总当天起飞时候的地面风速是多少应该有印象;如果风速为95km/h,当天附近航班在飞行么? 是否意味1125的这架飞机比民航客机的抗风性能还好?
其三,在昆明苍山洱海就非常明显,我国距离地面1000米至1200米以上,基本都是比较稳定的西北风(大多数情况下),当阳光强烈的时候,双塔寺一侧是上山风(东南),但是当高度超过背后山体的高度之后,就是强烈的西北风;如果从苍山面向洱海一侧起飞,爬升到切变层,会被风切变打的非常厉害
其四,民航客机在空中的顺风和逆风常常大于起降条件,
另外一个广东的朋友说:
翼载荷低的抗风,这是先天条件,其余是控制问题。
风对重于空气的飞行器来讲,是升力的来源。风速大,只要风向恒定,那跟静风没区别,地速多少是另一码事。
对飞机最大的威胁来自不确定的风向变化(包括水平和垂直方向),越接近地面,这个影响越大,地形对风向影响太大了,甚至是难于预测,飞机怕风就这原因。
翼载荷低的飞机,临界失速速度低,反而在乱风中容易存活。
对此答复如下
但从翼载荷角度大小来看抗风能力,是不能成立的,为什么呢? 民航客机的翼载荷高达500公斤/平米,而小航模的翼载荷是6公斤/平米,在四五级风力条件下,民航客机正常起降飞行,而小航模飞成什么样子,"你懂的",背后的原理如何,下回分解;另外滑翔伞,滑翔机运动员,在平静天气(冬季)是轻载飞行,在强对流天(夏季,大温差)都是装配重飞行,一是抗扰动,二是穿越强风。

3.jpg4.jpg



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