Urcarea avionului

Urcarea avionului

Pe masura ce un avion urca, acumuleaza energie potentiala ( energia de pozitie, in acest caz datorat altitudinii ). Un avion poate face acest lucru prin fie :

q      Urcare in sandela; sau

q      Urcare constanta

Urcarea poate fi un castig temporar in inaltime cu o pierdere in viteza, sau poate fi o urcare constanta de lunga durata.

Urcarea in sandela

O urcare in sandela se produce prin transformarea energiei cinetice de miscare ( 1/2mV² ) in energia potentiala ( mgh ), adica prin conversia unei viteze mari V intr-o crestere in inaltime h facind "lumanarea" cu avionul. Sandela este doar un proces temporar, deoarece viteza nu poate fi scazuta sub viteza de zbor.

Desigur, cu cat ecartul vitezei este mai mare si cu cat este mai mare nevoia unei cresteri rapide in altitudine, cu atat este mai mare valoarea si capacitatea de executare a sandelei. De exemplu, un avion de lupta cu reactie care este urmarit la o viteza ridicata poate lua rapid altitudine facind o sandela sau un planor de acrobatie poate transforma energia cinetica a unui picaj in energia potentiala la capatul unei bucle executata in plan vertical ( unui luping ).

Urcarea constanta

O urcare constanta transforma excedentul de energia de propulsie fata de cea necesara pentru zborul rectiliniu orizontal la energia potentiala. Energia de propulsie vine din energia combustibilului care este transformata in energie de propulsie prin motor si elice. In acest fel poate fi mentinuta o urcare constanta. Urcarea constanta este importanta pentru noi.

Fortele in urcare

Presupunem ca, pentru urcarea normala constanta, forta de tractiune actioneaza in directia zborului, direct opusa fortei de rezistenta la inaintare. Forta portanta actioneaza perpendicular pe directia zborului. Forta de greutate actioneaza vertical, dar acum notati, ca in urcare are o componenta care actioneaza in directia opusa zborului.

Daca mentineti o urcare constanta la o viteza a aerului indicata constanta, elicea-motor trebuie sa ofere suficienta tractiune pentru a :

q      depasi forta de rezistenta la inaintare

q      ajuta sa ridice greutatea avionului cu o viteza verticala, cunoscuta ca rata de urcare.

In urcarea constanta nu exista nici o accelerare. Sistemul de forte este in echilibru si prin urmare forta rezultanta care actioneaza asupra avionului este zero.

Un punct important este ca, in timpul urcarii, forta portanta ( dezvoltata aerodinamic de aripa la 90° in directia zborului ) este sensibil mai mica decat greutatea. Echilibrul este posibil deoarece excedentul fortei de tractiune minus rezistenta la inaintare are o componenta verticala pentru a ajuta sa echilibreze forta de greutate.

Intr-o urcare : tractiunea (T) este mai mare decat rezistenta la inaintare (D); portanta (L) este mai mica decat greutatea (W).

Unghiul de panta la urcare ( Gradientul de urcare )

Unghiul de panta depinde direct de excedentul de tractiune ( excedentul de tractiune fata de rezistenta la inaintare ) si greutate. Un avion greu nu va urca la fel de bine ca atunci cand este mai usor. Cu cat greutatea este mai mare, cu atat este mai scazuta performanta de urcare.

Cu cat greutatea este mai scazuta (G) cu atat este mai mare unghiul de urcare. Un avion usor poate urca mai abrupt decat unul greu. Tractiunea este folosita pentru a depasi rezistenta la inaintare. Daca elicea-motor poate oferi o tractiune in exces celei necesare pentru a echilibra rezistenta la inaintare, atunci avionul este capabil sa urce.

Cu cat tractiunea (T) este mai mare, cu atat este mai mare unghiul de urcare. Cu cat rezistenta la inaintare este mai mica (D), cu atat este mai mare unghiul de urcare. Pentru o buna rata de urcare, avionul ar trebui in general sa fie tinut intr-o configuratie cu o rezistenta la inaintare scazuta, de exemplu cu flapsurile escamotate. Acesta este un aspect foarte important pentru decolare. Flapsul la decolare scade rulajul pe sol pentru decolare, dar odata aflat in zbor unghiul de panta (urcare) poate fi mai mic datorita rezistentei la inaintare mai mari cu flapsurile coborate.

Din moment ce in mod normal pilotul nu poate modifica greutatea in mod semnificativ in timpul zborului, singurul mod de a imbunatati unghiul de urcare este de a va asigura ca este "curat" ( cu o rezistenta la inaintare redusa ), si sa zburati la viteza care da cel mai mare excedent de forta de tractiune.

Rata de urcare

Viteza verticala se numeste rata de urcare si este exprimata de obicei in unitatea de masura pe minut sau pe secunda ( ft/min sau m/s ). O rata de urcare ( RoC ) de 500 ft/min inseamna ca avionul va castiga 500 ft in altitudine intr-un minut. Rata de urcare este aratata in cabina pe indicatorul vitezei verticale ( VSI )-variometru.

Cu cat excedentul de putere este mai mare, cu atat este mai mare rata de urcare. Rata de urcare maxima are loc de obicei la o viteza corespunzatoare celui mai bun raport portanta / rezistenta la inaintare, si are o valoare mai mare decat viteza pentru unghiul de urcare maxim.

Cea mai buna rata de urcare asigura castigul de altitudine maxim in cea mai scurta perioada de timp.

Diferite viteze de urcare

Cand luam in discutie performantele de urcare a avionului, trebuie sa va ganditi atat la unghiul de panta cat si la rata, si apoi sa alegeti viteza de urcare care se potriveste cel mai bine situatiei.

Panta ( unghiul ) de urcare maxima este folosita pentru a evita obstacolele, deoarece creaza cea mai mare inaltime in cea mai scurta distanta orizontala. Viteza de panta maxima ( V_x ) este cea mai mica ca valoare din cele trei viteze de urcare.

Este de obicei folosita la o putere mare a motorului si doar pentru un timp suficient de a evita obstacolele. Viteza redusa duce la temperaturi ale motorului mai putin reci si prin urmare mai ridicate, deoarece ar trebui folosit numai pentru perioade scurte cat inlatura obstacolele.

Rata maxima de urcare este folosita pentru a atinge altitudinea de zbor dorita cat se poate de repede, deoarece asigura castigul maxim de inaltime in cel mai scurt timp. Viteza pentru rata maxima (V_y) se afla de obicei aproape de viteza pentru cel mai bun raport portanta / rezistenta la inaintare.

Urcarea in zbor de croaziera ( normala ) este o urcare care permite o viteza ridicata ( pentru a va grabi sosirea la destinatie ) cat si sa permita avionului sa castige inaltime si sa atinga altitudinea de croaziera fara prea multa intarziere. Permite de asemenea si o mai buna racire a motorului datorita vitezei mai mari, si o vizibilitate mai buna datorita atitudinii de inclinare ( cabraj ) mai scazute.

Uitati-va in Manualul de zbor pentru diferitele viteze de urcare pentru avionul dumneavoastra. Tipic, viteza de panta maxima de urcare (V_x) este cu aproximativ 10 kt mai mica decat viteza de rata maxima de urcare (V_y).

Factorii care afecteaza performanta de urcare

Performanta in urcare, fie unghiul sau rata urcarii, se va reduce cand :

q      Puterea motorului este redusa;

q      Greutatea avionului este crescuta;

q      Temperatura creste din cauza unei densitati scazute a aerului;

q      Altitudinea creste din cauza densitatii scazute a aerului; si

q      Viteza este gresit selectata sau mentinuta de pilot ( fie prea repede fie prea incet).

Temperatura

Temperatura inconjuratoare ridicata scade performata de urcare. Daca temperatura este ridicata, atunci densitatea aerului (ρ) este mai mica. Grupul elice-motor si celula avionului vor fi amandoua mai putin eficiente, astfel incat capacitatea de performata a avionului este mai mica intr-o zi calda decat intr-o zi rece.

Altitudinea

Cresterea altitudinii scade performatele de urcare. Puterea disponibila de la elice-motor scade cu altitudinea. Desi performatele de la nivelul marii pot fi mentinute la altitudini inalte cu o supraalimentare a motorului, mai devreme sau mai tarziu puterea disponibila incepe sa scada. Performatele de urcare, rata de urcare, si capacitatea unghiului de urcare, vor scadea prin urmare toate cu altitudinea.

Altitudinea la care performanta de urcare scade aproape de zero si o urcare constanta nu mai poate fi mentinuta este cunoscuta ca plafon de zbor. Plafonul practic de zbor  este altitudinea la care rata de urcare constanta a scazut la doar 100 ft/ min. Plafonul teoretic de zbor ( absolut ) este altitudinea putin mai inalta la care rata de urcare constanta realizabila la viteza de urcare este zero ( si de aceea aproape imposibil de a mai urca ).

Manualul de zbor al avionului contine in mod normal un tabel sau un grafic cu detaliile despre performatele de urcare.

Performanta la urcare scade atunci cand densitatea aerului scade ( la altitudini mari si/sau la temperaturi mari ale aerului exterior ).

Viteza indicata ( IAS ) la o urcare performanta scade pe masura ce creste altitudinea.

Un zbor prea rapid

Daca zburati cu viteze mai mari decat vitezele recomandate, sa spunem la viteza unde tractiunea = rezistenta la inaintare, si puterea disponibila = puterea necesara, atunci nu exista nici un excedent de tractiune care sa va dea un unghi de urcare, si nici un excedent de putere care sa va dea o rata de urcare. Avionul poate doar sa mentina zborul orizontal. La viteze mai mari, ar fi o deficienta de selectare a tractiunii si a puterii, care determina ca avionul sa aiba un unghi de coborare si o rata de coborare, mai degraba decat o urcare.

Un zbor prea incet

Zborul cu viteze mai mici decat vitezele recomandate va determina un excedent de tractiune si putere decat cel optim ( datorita valorii rezistentei la inaintare ridicate si unghiurilor de atac mari pe care trebuie sa le depaseasca ) si performanta de zbor va fi scazuta. La viteza redusa grupul elice - motor isi pierde din eficienta si produce mai putina tractiune. Avionul la viteza redusa are o rezistenta la inaintare ridicata ( indeosebi rezistenta indusa ). In cele din urma avionul va ajunge la viteza limita daca zboara prea incet.

Zborul in urcare este posibil in ecartul vitezei unde grupul elice-motor poate produce tractiune suficienta pentru a genera un excedent al acesteia. La zborul cu viteza redusa puteti fi limitat de unghiul critic al vitezei limita.

Efectul vantului laminar asupra performatelor de urcare

Avionul zboara in masa de aer si caracteristicile acesteia au influenta asupra lui. Rata de urcare nu va fi afectata de vantul laminar ( constant ). In mod similar, unghiul de urcare nu va fi afectat de vantul laminar.

Cu toate acestea, daca tinem cont de unghiul de urcare ( sau de panta de urcare ) fata de sol ( panta de zbor ) un vant din fata creste panta de urcare si un vant din spate scade panta de urcare. Decolarea cu vant de fata are avantaje evidente in ceea ce priveste evitarea obstacolelor de pe sol.

Vantul nu va influenta rata de urcare, dar va influenta unghiul de panta fata de sol

Efectul  vantului de forfecare

Vantul de forfecare este caracterizat de o schimbare in directia vantului si/ sau a vitezei pe o portiune mica de spatiu. Vantul de forfecare este un vant schimbator. Aceasta poate insemna afectarea vitezei pe masura ce urcati sau coborati la diferite altitudini. Poate insemna un vant care isi modifica directia sau poate insemna un curent ascendent sau curent descendent prin care un avion trebuie sa zboare. Vantul de forfecare este inteles in general ca insemnind o schimbare de vant intr-o distanta scurta sau o durata scurta de timp.

Efectul ascendent ( overshoot )- umflarea. Zborul intr-un curent ascendent va creste rata de urcare si va creste unghiul de urcare relativ fata de sol. Zborul in curent descendent va avea efectul opus.

Datorita propriei sale inertii ( sau rezistenta la schimbare ), un avion care traverseaza o rafala de vant din fata va dori sa isi mentina viteza initiala relativa fata de sol. Astfel efectul asupra avionului in zbor la o rafala de vant din fata va fi acela de crestere a vitezei aerului pentru o perioada scurta de timp.

Incercarea de a mentine viteza de urcare corecta prin ridicarea botului avionului va duce la o performata de urcare crescuta.

In acest fel, performata de urcare va creste cand zburati intr-o rafala de vant frontal, la un vant din spate aflat in scadere sau intr-un curent ascendent. Avionul are tendinta de a  urca ( "umfla" ) cu masa de aer, sau de a merge deasupra traiectoriei de zbor initiale, sau de a-i creste temporar viteza - de aici termenul efect de "umflare" ( overshoot ).

Din nou, avantajele zborului cu vantul din fata sunt evidente. Forta vantului creste de obicei pe masura ce urcati de la sol, astfel ca in mod normal un avion care decoleaza in vant va urca intr-un vant frontal din ce in ce mai mare. Aceasta duce la o performanta de urcare crescuta deasupra solului, adica o panta de urcare mai abrupta deasupra obstacolelor de la sol.

Efectul descendent ( undershoot ) - infundare. La traversarea unui curent descendent avionul va urca in mod normal intr-o zona cu vant din spate in crestere. Datorita inertiei sale, avionul va tinde temporar sa isi mentina viteza initiala fata de sol, ducind la o scadere a vitezei  aerului. Pentru a mentine viteza de urcare propusa, pilotul ar trebui sa coboare botul avionului. Performanta de urcare, atat rata cat si panta, va scadea.

Exact acelasi efect de performanta de urcare scazuta va avea loc la zborul cu vant din spate crescut, vant din fata aflat in scadere sau un curent descendent. Avionul va avea tendita de a cadea sub traiectoria de zbor initiala, sau sa piarda din viteza, de unde si termenul de efect de " infundare" ( undershoot ).

Un efect initial de "umflare" ( de exemplu, cand zburati cu vant frontal crescut care vine de la baza unui nor de furtuna cumulonimbus ) poate fi urmat de un efect sever de "infundare"pe masura ce zburati in curent descendent si apoi cu vant din spate cu o intensificare rapida. Tratati norii cumulonimbus cu mare precautie.

Evitati zborul in apropierea norilor cumulonimbus (Cb)

Acum completati Exercitiul 11 - Urcarea