Detta är allmänt känt som Hastighetsstabilitet , inte att förväxla med hastighetsstabilitet i betydelsen statisk längsgående stabilitet. Jag tror att det finns en viss vanlig förvirring med detta fenomen. Den första delen av detta svar behandlar OP: s fråga; den andra delen klargör en vanlig förvirring.

1. Huvudsvar

I nivå flygning (dvs. noll vertikal hastighet) kan rörelseekvationen i längd skrivas kortfattat som:

$$ m \ dot {V} = TD $$

$ m $ är flygmassa, $ V $ är flyghastighet, $ T $ är dragkraft och $ D $ är drag. Om vi ​​nu uttrycker dragkraft och drar som första ordningens approximation som en funktion av förändring i flyghastighet ( $ \ Delta V $ ) från det trimmade tillståndet har vi:

$$ T = T_0 + \ frac {dT} {dV} \ Delta V = T_0 + T_V \ Delta V $$ och $$ D = D_0 + \ frac {dD} {dV} \ Delta V = D_0 + D_V \ Delta V $$

I trimförhållande har vi nödvändigtvis $ T_0 = D_0 $ . Så nu har vi en ny rörelseekvation:

$$ m \ dot {\ Delta V} = (T_V-D_V) \ Delta V $$ span>

Denna ekvation är en första ordens vanliga differentiella ekvation och är stabil om $ T_V-D_V<0 $ och annars är instabil.

• För ett jetplan är dragkraften ganska konstant under plana förhållanden och $ T_V $ är ungefär noll. Således motsvarar $ D_V = 0 $ exakt det minsta drag eller minsta tryck som krävs (där $ C_ {D_0} = C_ { D_i} $ för högt bildförhållande, låg Mach-flygplan).

• För ett propellerplan är effekten konstant, men nu är stabilitetskriteriet $ - \ frac {P} {V ^ 2} -D_V<0 $ . Detta motsvarar varken den minsta erforderliga effekten eller den minimala kraften som krävs.

2. Tillägg

Vad betyder detta resultat, exakt? Om ett flygplan är trimmat i den instabila hastighetsregimen, kommer det att förfalla mot stall om det upplever en hastighetsstörning med pilothand-off, även om det är statiskt längsgående stabilt? håller i nivå tillstånd där flygplanet varken klättrar eller sjunker. Således måste piloten hålla höjd med hiss medan hastigheten ändras. Slutsatsen för hastighetsinstabilitet är:

• Om höjden avviker under trimhöjden, kommer uppdraget att minska lufthastigheten, vilket resulterar i ytterligare energibrist. Hastigheten kommer kontinuerligt att sönderfalla på detta sätt.
• Om höjden avviker över trimhöjden ökar tryckhastigheten lufthastigheten, vilket resulterar i ytterligare energiöverskott. Hastigheten accelererar kontinuerligt tills den når en stabil punkt på andra sidan polaren.

Eftersom piloten är i slingan har det ingenting att göra med de grundläggande flygplanens egenlägen.

Samma resultat kan uppnås om vi strävar efter en konstant flygvägsvinkel. I inflygningskonfiguration kallas detta också flygvägsstabilitet vilket jag tycker är ett bättre namn än hastighetsstabilitet .

Båda har rätt på sina egna sätt.

Först grunderna: Kraft är tryck gånger hastighet och är konstant över hastighet för propellerdrivna kolvflygplan med variabel stigning. Propellerkraften är därför proportionell mot den inversa hastigheten. Den minimikraft som krävs sammanfaller med punkten för maximal övereffekt eftersom den behöver den lägsta effektinställningen för trimmad flygning. Den minsta dragkraften som krävs är när det absoluta motståndet är på sitt minimum. Eftersom propellerkraften med variabel stigning är invers mot hastighet behöver flygning vid lägsta drag mer kraft och sker vid högre hastighet än trimmad flygning vid maximal övereffekthastighet i propelldrivna kolvflygplan.

Tryck (grön), drag (röd) och överskott (blå) över hastighet för ett propellerflygplan. Den streckade linjen är för trimmad flygning vid lägsta effektinställning. Siffror för ett lätt GA-flygplan med 106 kW och 1300 kg massa.

Nu till instabiliteten: Normalt, om du ökar hastigheten behöver du mer kraft för att trimma flygplanet med denna högre hastighet. Utan pilotintervention kommer flygplanet att sakta ner till trimmad hastighet. Detta är en stabil process. Fungerar också i omvänd ordning. I diagrammet ovan i det stabila intervallet kan du se att om du flyttar bort från trimpunkten, kommer dra att falla mindre än tryck, så varje hastighetsökning kommer att behöva en högre effektinställning och flygplanet faller tillbaka till trimpunkten. Detta fungerar för varje effektinställning till höger om den maximala övereffekthastigheten.

Under den punkten vänder detta tillstånd upp: Nu kommer dra att öka mer med en hastighetsminskning än dragkraften ökar. Till vänster om den maximala överskottseffekthastigheten kommer en avvikelse från initialhastigheten att antingen påskynda flygplanet eller sakta ner det utan hopp om att någonsin återvända till det ursprungliga tillståndet utan pilotinsats.

Uppenbarligen är den maximala övereffekthastigheten (som är den lägsta hastigheten som krävs och den bästa uthållighetshastigheten för propellerflygplan) gränsen mellan stabilt och instabilt beteende. För propellerflygplan.

Med turbojets är dragkraften ungefär konstant över det mesta av det subsoniska hastighetsområdet och nu sammanfaller den maximala hastigheten för övereffekt med den minsta hastighet som krävs. Din bok handlar om turbojets medan dessa webbsidor förklarar hastighetsstabilitet för propellerflygplan med variabel stigning.

Observera att propellrar med fast tonhöjd visar en linjär ökning av effektiviteten över hastigheten under deras optimala framstegsförhållande, så här är dragkraften igen ungefär konstant över hastighet. Men det håller bara över det långsamma hastighetsområdet när flygplanet flyger långsammare än vad propellerförskottsförhållandet skulle vilja.

En definition av "regionen för omvänd kommando" är den del av flyghöljet där en liten bakåtrörelse av pinnen eller oket, vilket orsakar en liten minskning av lufthastigheten, utan ändring av gasreglaget eller tryckreglaget , kommer så småningom att leda till en nettoökning av sjunkhastigheten, inte en minskning av sjunkhastigheten netto.

I "regionen med omvänd kommando" måste du flytta gasreglaget eller tryckspaken, inte fördröja den för att bibehålla höjden (eller för att upprätthålla en konstant stigningshastighet eller sjunkhastighet) när du sakta flyttar kontrollspaken eller oket bakåt för att minska lufthastigheten.

Observera att detta INTE betyder att om du vill hålla en konstant höjd när du flyttar gasreglaget eller tryckspaken framåt måste du flytta pinnen eller ok i "regionen med omvänd kommando" bakåt och låt hastigheten minska. Du kan istället sätta pinnen framåt så att flygplanet kan accelerera ur "regionen med omvänd kommando".

Om ditt flygplans motor för en viss position av gasreglaget eller tryckreglaget släpper ut konstant hästkrafter oavsett flyghastighet, vilket är kännetecknande för en kolv- eller turbopropmotor, kommer "regionen med omvänd kommando" att vara den del av flygkuvertet där lufthastigheten är lägre än lufthastigheten för minsta möjliga effekt. Dvs den del av det kraftbehovsdiagrammet som ligger till vänster om lufthastigheten där minimikraften krävs.

Å andra sidan, om ditt flygplan lägger ut konstant tryck oavsett lufthastighet, vilket är kännetecknande för en jetmotor utan propeller, kommer "regionen med omvänd kommando" att vara den del av flygningen kuvert där lufthastigheten är lägre än lufthastigheten för minimalt tryckkrav. Dvs den del av kraftbehovsdiagrammet som ligger till vänster om lufthastigheten där minsta tryck krävs.

Ett mer nyanserat tillvägagångssätt skulle ta hänsyn till formen på den kraftbehovskurvan och den kraftlevererade kurvan för en given position för gasreglaget eller tryckreglaget. I en sådan graf är "regionen för omvänd kommando" vilken region som, när vi minskar lufthastigheten, får vi värdet på (levererad effekt minus erforderlig effekt) att bli mindre positivt eller mer negativt. Det här är den del av flyghöljet där en minskning av lufthastigheten kommer att leda till en minskning av stigningshastigheten eller en ökning av sjunkhastigheten, utan någon förändring av gasreglaget eller tryckreglaget.

Detta svar kan utvidgas för att ta hänsyn till effekterna av propeller med konstant hastighet.

Allt ovanstående innehåll kan också omformuleras och förenklas för att eliminera någon hänvisning till kontrollspakens eller okets läge och fokusera enbart på lufthastighet. Även om vi önskade, kunde vi eliminera alla hänvisningar till gasreglaget eller tryckreglaget och fokusera enbart på tryckkrav eller kraftkrav. Det är bara en fråga om definitioner. Om vi ​​med "region med omvänd kommando" menar vi helt enkelt att vi behöver mer dragkraft för att upprätthålla höjden medan vi flyger lite långsammare än medan vi flyger lite snabbare, än uppenbarligen är "regionen med omvänd kommando" den del av det tryck som krävs som ligger till vänster om den minsta kraft som krävs. På samma sätt, om vi med "region med omvänd kommando" menar vi helt enkelt att vi behöver mer kraft för att bibehålla höjden medan vi flyger lite långsammare än medan vi flyger lite snabbare, än uppenbarligen är "regionen med omvänd kommando" den del av makten önskat diagram som ligger till vänster om den minsta effektkravpunkten. Det är bara att definiera våra villkor.

Vi kan också definiera "regionen för det omvända kommandot" något annorlunda - eftersom den del av flyghöljet där en liten bakåtförändring i positionen för stick eller ok, vilket leder till en liten minskning av lufthastighet, orsakar glidvinkeln (relativt luftmassan) för att bli brantare än grundare. I avstängningsfallet skulle denna region inkludera alla flyghastigheter som är lägre än den bästa L / D-lufthastigheten.

Med någon av dessa olika definitioner verkar det vara ett fel att föreslå att det att vara i "regionen med omvänd kommando" ändrar djupt ett flygplans grundläggande tonhöjdsstabilitetsdynamik och / eller tonhöjdskontrollresponsdynamik och / eller hastighetsstabilitetsdynamik, såvida vi inte har infört en autopilot (eller mänsklig pilot) i slingan som försöker använda ingångskontrollingångar för att bibehålla höjden eller upprätthålla en inställd stigning eller nedstigningshastighet eller stanna på en fast glidlutning etc.

Ett annat svar har inspirerat till följande tankar:

I "regionen med normalt kommando" kan vi styra flygplanet på något av följande sätt:

1 ) Öka lufthastigheten genom att flytta kontrollspaken eller oket framåt och minska lufthastigheten genom att flytta kontrollspaken eller oket bakåt, utan att ändra positionen för tryckreglaget eller kraftreglaget (gasreglaget). Klättringshastigheten eller sjunkhastigheten kommer inte att förbli exakt konstant.

2) Öka lufthastigheten genom att flytta kontrollspaken eller oket framåt och minska lufthastigheten genom att flytta kontrollspaken eller oket samtidigt som du justerar dragkraften eller effektnivå (gas) efter behov för att hålla höjd eller klättringshastighet eller sjunkhastighet konstant. (Flytta spaken framåt för att öka stigningen eller minska sjunken och bakåt för att minska stigningen eller öka sjunken.)

3) Öka diskhastigheten (eller minska stigningen) genom att flytta kontrollspaken eller oket framåt och minska diskhastigheten (eller öka stigningen) genom att flytta kontrollspaken eller oket, utan att ändra positionen för tryck- eller kraftreglage (gasreglage). Lufthastigheten kommer inte att förbli exakt konstant.

4) Öka diskhastigheten (eller minska stigningen) genom att flytta kontrollspaken eller oket framåt och minska diskhastigheten (eller öka stigningen) genom att flytta kontrollspaken eller ok bakåt, samtidigt som du justerar tryck- eller effektnivån (gas) efter behov för att hålla flyghastigheten konstant. (Flytta dragkraften eller spaken framåt för att öka lufthastigheten och bakåt för att sänka lufthastigheten.)

I "regionen med omvänd kommando" fungerar endast metod 1 och 2. Metod 3 och 4 fungerar inte.

Andra metoder för att styra flygplanet som kommer att fungera i "regionen med omvänd kommando" -

5) Flytta kontrollspaken eller oket bakåt för att öka sjunkhastigheten och flytta manöverspaken eller oket framåt för att sänka diskhastigheten medan du lämnar tryck- eller effektnivån i ett fast läge. Lufthastigheten kommer inte att förbli exakt konstant. Försök inte detta nära angreppsvinkeln!

6) Flytta kontrollpinnen eller oket för att öka diskhastigheten och flytta kontrollpinnen eller oket framåt för att minska diskhastigheten, medan samtidigt justera tryck- eller effektnivå (gas) efter behov för att hålla flyghastigheten konstant. (Flytta dragkraften eller spaken bakåt för att öka lufthastigheten, och framåt för att sänka lufthastigheten - mycket kontraintuitiv - precis som med metod 4 fungerar den här metoden bara för att den tvingar piloten att modulera sina ingångar för tonhöjdskontroll på ett sätt som leder till önskad förändring i flyghastighet.) Återigen är det oklokt att prova detta nära angreppsvinkeln.

Metod 5 och 6 fungerar emellertid ENDAST om piloten väntar en stund efter någon tonhöjdsinmatning för att se ULTIMATE, inte OMEDELBART, resultera i sjunkhastighet eller klättringshastighet innan du gör en ytterligare uppföljningsingång. De är alltså inte särskilt praktiska i de flesta fall.

För att hjälpa till att illustrera skillnaden mellan de omedelbara och ultimata resultaten av en tonhöjdsinmatning i "regionen med omvänd kommando", överväg detta - det är fullt möjligt att utföra en landningsflare i "regionen med omvänd kommando ", så att pinnen eller oket rör sig bakåt för att generera en onormalt låg sjunkhastighet (i huvudsak noll eller nästan noll) för effektinställningen (som kan vara nära noll, särskilt i ett ljusplan eller glidflygplan.) Här är pinnen eller ok flyttas AFT, inte framåt, för att stoppa sjunkhastigheten när lufthastigheten minskar. Denna manövrering är dock inte hållbar - om piloten fortsätter att flytta pinnen eller oket akter, kommer planet så småningom att stanna, medan om han stoppar akterns rörelse eller oket strax utanför stalläget, kommer planet att sjunka i hög hastighet.

I "regionen med omvänd kommando", för andra manövrar än landningsflare, är det vanligtvis bäst att hålla sakerna enkla och använda ENDAST toningångar för flyghastighetskontroll, inte kontroll av sjunkhastighet eller stigningshastighet. I "regionen med omvänd kommando" är det mest praktiskt att åstadkomma förändringar i sjunkhastighet eller stigningshastighet genom att flytta dragkraften eller spaken.

Tja, det här svaret kommer inte från mig, men jag hittade det för några minuter sedan i Richard von Mises '' Theory of Flight '' Dover Books, ISBN 978-0-486-60541-8.

'Abscissan där de två kraftkurvorna har parallella tangenter ...'

Enligt fet metod, och viktigare när det gäller din checkride, är regionen "omvänd kommando" i huvudsak långsam flygteknik, där tonhöjd styr hastighet och kraft kontrollerar höjd, jämfört med kryssningsflyg, där man "planar ut" med tonhöjd och "gaser tillbaka" till marschfart. Detta är avgörande teknik som används för inflygning och landning, där en säker hastighet kan trimmas in.

Detta är inte en definition som man kan komma ihåg med rote, eftersom det bara tjänar till att förvirra sunt förnuft: den hastigheten kontroll är avgörande för långsam flygning och du kan inte "räkna med" din motor för att rädda dig om du "skruvar upp" (eller ner). Segelflygpiloter vet detta väl. Att hantera hastighet med tonhöjd och höjd med kraft, låter väldigt "normalt" för mig, och ja, när man tittar på det ordentligt fungerar det på samma sätt vid kryssning.