absolute ceiling или теоретический потолок

jammer79

Новичок
Здравствуйте уважаемые профессионалы помогите разобраться с теоретическим потолком как с явлением, те почему он вообще существует. Умная американская книжка сообщает по этому поводу следующее:
The thrust required for a stabilized climb equals drag plus a
percentage of weight dependent on the angle of climb. For
example, a 10° climb would require thrust to equal drag plus
17 percent of weight. To climb straight up would require
thrust to equal all of weight and drag. Therefore, the angle
of climb for climb performance is dependent on the amount
of excess thrust available to overcome a portion of weight.
Note that aircraft are able to sustain a climb due to excess
thrust. When the excess thrust is gone, the aircraft is no
longer able to climb. At this point, the aircraft has reached
its “absolute ceiling.”
это последний абзац из главы Forces in Climbs (силы при подъёме) в главе если я конечно правильно понял содержание говориться о том что при установившемся наборе четыре силы действующие на самолёт находятся в равновесии как при горизонтальном полёте с постоянной скоростью. Если начать набор без увеличения тяги то воздушная скорость ЛА будет снижаться до тех пор пока не сила сопротивления снова не станет равной силе тяги (из за компоненты веса действующей в направлении сопротивления и увеличивающей общее сопоставление, величина этой компоненты зависит от угла подъёма ), но при таком раскладе набор с постоянной скоростью должен длиться вечно )). Но вместо этого последний абзац и теоретический потолок! Почему он происходит, из за того что двигатели перестают развивать необходимую мощность из за недостатка кислорода?
 
Реклама
Думаю Профессионалы лётчики английский знают. Нашел статью в Wiki на русском но ясности не добавилось
 
jammer79, не думал на счет плотности воздуха? Что чтобы обеспечивать подъем при меньшей плотности воздуха требуется большая скорость, чтобы обеспечивать большую подъемную силу, а скорость обеспечивается тягой

Ps моя не практик и даже не теоретик
 
When the excess thrust is gone, the aircraft is no
longer able to climb. At this point, the aircraft has reached
its “absolute ceiling.”
Отнеситесь к этому тексту, как к интерпретации понятия "теоретический потолок".
Если давать определение, его из данной фразы можно переформатировать примерно так:
"Теоретический потолок - высота, на которой нет избытка тяги, для дальнейшего набора высоты".
Никакого иного смысла тут нет.
 
curious_plt, я попытаюсь объяснить что меня смутило, они пишут что для установившегося набора необходим избыток тяги для преодоления сопротивления + части веса самолёта которая направлена вдоль траектории и зависит от угла подъёма, и угол набора следовательно зависит от избытка мощности - ну всё понятно нет проблем. А вот дальше они пишут:"помните самолёт способен поддерживать набор благодаря избыточной тяге" а дальше еще лучше "когда избыточная тяга is gone самолёт не может больше набирать высоту". Предположим что мы выбираем небольшой угол подъёма, добавляем режим и без проблем преодолеваем тот самый a portion of weight и даже ускоряемся потом некоторое время, но когда сила тяги будет уравновешена возросшей силой сопротивления мы, согласно их логике и первому закону Ньютона продолжим движение по траектории с постоянной скоростью пока будут работать двигатели тк если все силы уравновешены то это тоже самое что ни какие силы на нас больше не действуют. Тогда за чем нам нужен постоянный избыток тяги, как она может кончится, пока в воздухе есть кислород и топливо горит в двигателях? Это я сейчас рассуждал только в рамках того что написано и намеренно никаких дополнительных догадок не строил, чтобы показать пробел в рассуждениях. Нужно также заметить что обычно материал в этой книге подаётся в максимально разжеванном виде с многократными повторениям и иллюстрирующими примерами - такой у них стиль, к как правило ничего на откуп догадливости ученика не отдаётся. Вот я и решил пообщаться со знающими людьми по этому поводу, тем более раздел специальный для того отведён )). Да кстати в русских учебниках рассуждения точно такие же вот например http://auto-dnevnik.com/docs/index-6298.html?page=2
 
эээ ссылка не очень удачный пример русского учебника тк это перевод буржуйского ошибочка
 
пока в воздухе есть кислород и топливо горит в двигателях
Если бы относительное процентное содержание кислорода в Земном воздухе каким-то божьим произволением сильно зависело от высоты, то с него бы и надо было начинать, несомненно. Но "формула воздуха" не так сильно зависит от высоты, чтобы это проходили в школе.
Поэтому "сделаем шаг назад".

1.
Реактивное движение.​
Это движение с помощью и за счёт отброса массы. Летящее тело отталкивается от того, что оно отбрасывает от себя "назад" по ходу движения.
Баллистические ракеты отталкиваются от газов, генерируемых в двигателе. Независимо от окружающей среды.
Самолёты реактивные и ракеты крылатые (что почти одно и то же) движутся "отбрасывая назад" окружающий воздух.

2.
Избыточность тяги.​
"Избыточность" относительно чего???...
Я так думаю, относительно тяги, необходимой для поддержания горизонтального полёта.
С набором высоты, действительно, будет уменьшаться плотность воздуха = масса "прокачиваемого воздуха" на "единицу работы" двигателя, в каких бы попугаях мы эту работу не посчитали.
Следовательно. На некоторой высоте при заданном постоянном режиме работы двигателя он станет отбрасывать только-только такую массу воздуха, которой достаточно для горизонтального полёта, и не больше.
Для продолжения набора необходимо станет менять режим работы двигателя. Увеличивать его мощность/отдачу. Или, в предложенных только что словах, увеличивать количество его "единиц работы" в единицу времени.

3.
End game.​
Хотя явление "потолка" уже должно быть формально понятно из предыдущего абзаца, можно закончить тем, что в определённых условиях объективно исчезнет возможность прибавлять "интенсивность работы двигателя" дальше. Даже хотя бы за счёт конструктивного ограничения мощности/оборотов/прочности. Даже если самолёт повезёт с собой окислитель в баллонах. В какой-то момент двигатели не смогут обеспечить "прокачку через себя" и выброс той массы воздуха, которая нужна для продолжения подъёма. Масса самолёта всё та же, а воздуха вокруг всё меньше.
Но и кислород (снижение его уровня вместе со снижением количества всего воздуха) в отсутствие на борту баллонов с окислителем также накладывает практическое ограничение.
 
Последнее редактирование:
Реклама
Другими словами.​

Это в горизонтальном полёте "всё уравновешено без ограничений по времени, и самолёт будет лететь непрерывно до скончания горючего".
Если я правильно понял Ваши сомнения, то, наверное, надо нарисовать все векторы на бумажке. А потом вспомнить фильм "Flight". Точнее, вспомнить то, почему есть мнение, что полёт пассажирского джета "вверх колёсами" невозможен.
Потому что подъёмная сила крыла пассажирского джета (данность жизни) направлена вертикально вверх (относительно крыла в привычном нам положении). И для горизонтального полёта нужна какая-то скорость "Vx" с мощностью двигателей "Mx".
Далее, набор высоты. В двух вариантах.
Вариант 1): Самолёт разгоняется с тангажём около 0 до скорости Vy > Vx, поднимаясь за счёт той самой подъёмной силы, выросшей со скоростью, после увеличения M.
Здесь понятно, что из-за понижения плотности воздуха с высотой набор прекратится??? Потому что при скорости Vy подъёмная сила крыла потеряет способность поднимать самолёт ещё выше, на какой-то высоте. У нас же плотность воздуха непосредственно и жёстко связана с высотой. Вот и потолок. Потребуется увеличивать M ещё, чтобы дальше увеличить V. И, отсюда деваться некуда, "новая М" сначала будет "избыточной", а потом станет "равновесной".
Вариант 2): Самолёт летит, поддерживая постоянную скорость, но "поднимает нос".
Здесь понятно, что вектор подъёмной силы крыла отклонится от вертикали (он же привязан к крылу, аки давление к высоте), и его "действие вертикально вверх" ослабнет???
Чисто графически, хотя бы, на рисунке. И даже для сохранения высоты полёта с сохранением скорости потребуется уже увеличивать M до My > Mx. Чтобы компенсировать снижение способности крыла держать самолёт на текущей высоте, то есть, противодействовать силе тяжести, тянущей самолёт к земле.
А для набора высоты потребуется увеличение М до некоторого Mz > My. И при достижении какой-то высоты подъёмная сила крыла при существующем тангаже уменьшится из-за понижения плотности воздуха настолько, что развитая двигателями Mz перестанет его поднимать выше. Потребуется увеличивать M ещё. И, отсюда деваться некуда, "новая М" сначала будет "избыточной", а потом станет "равновесной".


-- Можно считать первоначальную "теорему" доказанной? :)
 
Последнее редактирование:
Очень даже согласен с вашими рассуждениями, мне странно что всё это просто взяли и оставили за скобками не находите? И это при том что гораздо более очевидным вещам уделяется много больше внимания. Я заглянул в гайд по аэродинамике на сайт NASA картина та же, правда там лаконично но ёмко сказано, что для горизонтального полёта ускорение не требуется, а для маневров самолёт должно ускорять необходима избыточная тяга - что на самом деле хотя бы соответствует реальной картине.
"пока в воздухе есть кислород и топливо горит в двигателях" здесь я имел в виду конечно же не химический состав воздуха, двигателю на него плевать это я как специалист заявляю, а количество окислителя те кислорода в м3 газа. Двигатель будь он атмосферный поршневой или с любым типом наддува или даже турбореактивный все равно имеет компрессор производительность которого имеет придел и в связи с тем что окислителя в воздухе с набором высоты все меньше и меньше объём который необходимо будет прокачивать для сжигания данного количества топлива будет всё больше, и таки упрётся в предел производительности а дальше горение станет неправильным нестабильным и прекратиться, вот. Да, там есть еще такие специфичные для авиации явления как затенение двигателей и черт еще что, в чем я как чайник еще ну совсем не разбираюсь
Подъёмная сила направлена перпендикулярно не крылу а relative wind набегающему потокоу )))
 
"Избыточность" относительно чего???...
как я понимаю это их excess thrust, имеется в виду что тяга как сила должна быть всегда больше силы общего сопротивления (всего сопротивления, как это по русски "лобового", не знаю), а если так то самолёт должен двигаться не с постоянной скоростью как в горизонтальном полёте а с ускорением, и только пока он движется с ускорением он может набирать высоту. При этом я не понимаю еще, как добавляется тяга, в смысле - существует специальный режим двигателей, или их несколько в зависимости от угла набора, или на усмотрение пилота каждый раз, а сразу или порциями по мере подъёма - много вопросов сразу)))
 
...Ну, там, в англоязычном источнике, и правда, могло быть написано получше. Автор бросает в читателя "пример", и оставляет с этим "примером" в сферическом вакууме. Нужна, типа, тяга в размере (17% веса + сопротивление) для подъёма с углом 10град. -- действительно, из этих слов можно подумать, что так можно лететь до Луны. И, действительно, из этих слов не очень понятно "а где же тут меняется чего?"
Это, мне кажется, просто такой пример сиюминутный вброшенный в повествование. И не очень удачно вброшенный.
Да, странно, нахожу.

~ ~ ~​

А Вы видите причины, чтобы сопротивление отличалось в горизонтальном полёте и в наборе? Я так может не туда смотрю, но не вижу. :) (Угол атаки если полагаем неизменным весь полёт, как цель.) Ускорение не обязательно, можно с постоянной скоростью и вверх лететь. Вопрос "какой ценой"/"чем за это платить".

В первом приближении платить расходом керосина/повышенной тягой.

Если мы её будем увеличивать плавно, то дойдём (можно и с постоянной скоростью) до потолка самолёта, указанного в его ТТХ. А если будем двигать РУДы дискретно - то будет так, как я многословно расписывал выше. Дошли до одного равновесного состояния - "локального потолка" при данной мощности - добавили ещё "газу" - поднялись выше* - остановились на новом равновесном "потолке" - добавим "газу" ещё, если есть куда...
Но это всё, конечно, иллюстрация. Иллюстративное моделирование.
На практике - посмотрите, если захотите - как работают экипажи в роликах на Youtube-и, почитаете "Руководства по Лётной Эксплуатации" конкретных моделей самолётов - там увидите, как выполняется работа.

Может и на тренажёр какой полномасштабный сходите... Мне кажется, Вы этим серьёзно занялись. Тогда и на тренажёр есть смысл сходить, на учебный полёт.


_______________________________________
* -- Либо "сначала резвее, потом медленнее" если держать Постоянный угол набора высоты. Либо сначала с большим углом, потом с меньшим, если держать Постоянную скорость.
 
Последнее редактирование:
Почему он происходит, из за того что двигатели перестают развивать необходимую мощность из за недостатка кислорода?
Если начать набор без увеличения тяги то воздушная скорость ЛА будет снижаться до тех пор пока не сила сопротивления снова не станет равной силе тяги (из за компоненты веса ... величина этой компоненты зависит от угла подъёма ), но при таком раскладе набор с постоянной скоростью должен длиться вечно...
Да Вы всё уж практически и поняли.
(Просто "пример" тамошний отодвиньте на время. И упрощайте, а не усложняйте.)

Фишка в том, что в этих рассматриваемых условиях для постоянной скорости набора двигатели надо постоянно разгонять.
И для бесконечно выдерживаемой постоянной скорости разгонять их надо бесконечно.
Вот и всё.
Вот когда закончится room для разгона двигателей, тогда сбудется absolute ceiling.

Да и всё. Как говорится, "Behold!!!"

Хоть с жидким кислородом, хоть с четырёхокисью азота. Просто есть предел мощности и тяги.

А остальное - уже "другая опера".
 
Последнее редактирование:
...(из за компоненты веса действующей в направлении сопротивления и увеличивающей общее сопоставление, величина этой компоненты зависит от угла подъёма )...
P.S.:
И не надо, чтобы "компоненты веса" переходили при наклонных траекториях в "общее сопротивление". Это, как минимум, не по "заданной теме". А как максимум будет противоречить исходному тексту. Потому что у Вас получится, что при вертикальном взлёте "весь вес перешёл в сопротивление", а в писании сказано про суммирование их влияний как раздельных феноменов.
А Вы ведь именно с этим текстом и "его оперой" хотели разобраться изначально.
And eventually, даже если Вам захочется калькулировать неизвестными мне аэродинамическими науками "увеличенное в наборе общее сопротивление", это никак не повлияет на то, что:
"Вот когда закончится room для разгона двигателей, тогда сбудется absolute ceiling."
 
Последнее редактирование:
Извините, я ваш диалог целиком не осилил, может кто-то из вас об этом сказал.
Бесконечный набор невозможен из-за понижения плотности воздуха. Для поддержания набора высоты придётся увеличивать угол атаки => увеличивать сопротивление => вот тут-то избыток тяги и пропадёт.
 
climb.gif

вот те самые вектора на бумажке, это картинка из гайда по аэродинамике на сайте NASA, в моей книжке специальной картинки по этому поводу нет. Еще я нашел такую картинку:

6298_html_742d7a0b.png


здесь еще нагляднее показано. что вес самолёта относительно траектории действует под углом, а не по одной оси с подъёмной силой как при горизонтальном полёте, от чего и распадается на две компоненты. Та которая G sin угла набора суммируется с силой сопротивления и увеличивает его, и вот как минимум на эту величину необходимо увеличить тягу иначе скорость будет снижаться. И чем больше угол набора тем больше величина этой компоненты и да при вертикальном подъёме 100% силы тяжести прибавится к сопротивлению. При этом компонента G cos угла будет действовать против под подъёмной силы при чем будет меньше чем в горизонтальном полёте, и стало быть меньшая подъёмная сила потребуется чтобы её уравновесить.
Но это еще не всё, дело в том что с увеличением угла атаки, не подъёма а атаки, вектор подъёмной силы тоже отклоняется назад (тк отклоняется набегающий поток) и тоже распадается на две компоненты одна из которых прибавляется к сопротивлению и называется индуктивное сопротивление. Чем больше угол атаки тем больше это сопротивление, еще его величина зависит от аэродинамического качества крыла. Но для установившегося набора, о котором мы здесь рассуждаем, это не сильно важно, тк при таком наборе угол атаки такой же как и при горизонтальном полёте вот цитата: "For all practical purposes, the wing’s lift in a steady state normal climb is the same as it is in a steady level flight at the same airspeed. Although the aircraft’s flight path changed when the climb was established, the AOA of the wing with respect to the inclined flight path reverts to practically the same values, as does the lift." (для всех практических целей подъёмная сила крыла при установившемся наборе такая же как при горизонтальном полёте при одинаковой воздушной скорости. Хотя траектория полёта ЛА изменилась когда набор начался, угол атаки относительно отклонённой траектории вернулся к практически таким же значениям, так же как и подъёмная сила).
Вот и выходит что без ускорения набирать не получится вопрос только в том за счет чего ускоряться, добавляя режим увеличивать тягу или увеличить угол атаки и увеличить подъёмную силу а значит опять же ускоряться.
 
Реклама
Sidor, да так, многие уже об этом написали. Весь сыр бор из за того что в книжке про это сказать забыли, и получилось что без всякого ускорения можем набирать пока двигатели работают главное угол правильный в начале выбрать. А вот другой книжки чтоб этот вопрос подробнее освещался пока ни кто не предложил. В тех что я нашел понижение плотности воздуха в рассуждениях о силах при установившемся наборе не упоминается.
 
Назад