Prędkość Macha w lotnictwie

[D. Design]

Witam.
Może ktoś z odpowiednią wiedzą chciałby się nią podzielić w kwestii prędkości Macha?
W jakim celu używa się w lotnictwie pasażerskim prędkość podróżną wyrażoną w Machach (np. Ma 0.80)? Jako co należy ją traktować i czym dokładnie różni się od IAS? Dlaczego maksymalna dozwolona prędkość samolotu w IAS rózni się w zależności od wysokości ale nie wprost proporcjonalnie do prędkości w Ma?
Jest oczywiście materiał pomocniczy: http://en.wikipedia.org/wiki/Mach_number ale nie wszystko z niego wynika.
Wydaje mi się, że nie było na ten temat za dużo mowy na forum.
Pozdrawiam

[PK]

Wydaje mi się, że nie było na ten temat za dużo mowy na forum.

Było bardzo dużo ale pod terminem TAS.

Piotr

[D. Design]

No owszem, ale TAS nie jest tym samym co Ma.

TAS w kts=39Ma√T
(T - static air temperature, w Kelvinach)

Dlaczego zatem nie korzysta się w czasie lotu z TAS tylko z Ma i jak ma się to do IAS pod względem obciążenia na konstrukcję samolotu na różnych wysokościach?

[PK]

No owszem, ale TAS nie jest tym samym co Ma.

TAS w kts=39Ma√T

Mylisz znaczenie parametru fizycznego z jednostkami. Równie dobrze można powiedzieć że TAS w Rosji nie jest tym samym co TAS w reszcie świata bo: TAS km/h = 1,852 * TAS kts.
TAS samolotu podzielone przez TAS dzwięku w ośrodku w którym znajduje się samolot równa się prędkość samolotu w Machach.

Piotr

[D. Design]

Podobno powyżej pewnego pułapu nie można się już sugerować węzłami, bo powyżej pewnej wysokości prędkość paradoksalnie maleje i np. Ma 1.0 na FL 250 to 600kt, ale już na FL350 570kt. Żeby samoloty jakoś odseparować prędkościami od siebie musi być wspólna jednostka, łatwiej wtedy ich trzymać wg. prędkości Ma niż węzły. Czy to prawda?

[lukasz]

Wydaje mi się, że ten proces zachodzi przy każdej wysokości. I wydaje mi się też, że to chyba efekt coraz większego rozrzedzenia powietrza. A więc samolot lecący FL100 i FL340 z prędkością 250IAS pokonuje ten sam opór powietrza, mimo iż rzeczywiście leci znacznie szybciej.

[D. Design]

Przypuśćmy, że tak. W takim razie, dlaczego na FL100 maksymalna dozwolona prędkość samolotu to 340KIAS a na FL340 - 280KIAS? To raz.
Dwa: prędkość Macha podlega podobnym zmianom względem wysokości, ale jej procentowy spadek jest mniejszy, niż prędkości IAS.
Na FL360:
Mach - ~86% wartości na poziomie morza
IAS - ~50% wartości na poziomie morza

[lukasz]

ad 1. Np. różnica ciśnienia otaczającego skrzydło - czy jest ono proporcjonalne do prędkości czy mają na nie wpływ też inne czynniki?

ad 2. Podobnie jw., czyli jakieś inne czynniki. Być może prędkość dźwięku jest inna na różnych wysokościach.

Ową tezę, którą przedstawiłem w poprzednim poście wykonceptowąłem o dozwolone prędkości do wysunięcia klap. Czyli, mogę je wysunąć na wysokości 30000 stóp i 3000 stóp, a efekt będzie podobny (lecąc oczywiście tą samą prędkością IAS), podobne więc muszą być warunki fizyczne.

W sumie to sobie tak gdybam, a prawdziwa odp. pewnie jest zupełnie inna.

[some1]

Ekspertem nie jestem ale:
Od prędkości dźwięku zależy maksymalna prędkość samolotu pasażerskiego bo w jej pobliżu zaczyna pojawiać się zjawisko fali uderzeniowej, dość niebezpieczne dla samolotu nieprzystosowanego do przekraczania bariery dźwięku. Liczba macha jest używana bo tak najwygodniej, tak samo prędkość przeciągnięcia podaje się w IAS a nie GS.

Na niższych wysokościach ze względu na opór powietrza i wyższą prędkość dźwięku samolot nie zbliża się do tej bariery, ale z kolei w grę wchodzą "normalne" ograniczenia wynikające z nadmiernego obciążenia konstrukcji, więc żeby nam skrzydeł nie urwało (obrazowo) jest ograniczenie prędkości IAS.

[budyniek]

Dwa: prędkość Macha podlega podobnym zmianom względem wysokości, ale jej procentowy spadek jest mniejszy, niż prędkości IAS.

Stanisławie,
Generalnie wynika to z tego, że IAS zmienia się liniowo z wysokością, a MACH potęgowo (a dokładnie prędkość dźwięku jest funkcją pierwiastka kwadratowego z wysokości).

Przeczytaj ten dokument
Pozdrawiam,

[D. Design]

Dzięki, Krzysztof.

[zbyszek]

A może należałoby zacząć o tego, że ani Mach, ani TAS nie są prędkościami, biorąc pod uwagę prawa fizyki.
Jedyną prędkością z definicji jest tylko GS.
Pomimo, że IAS-y, TAS-y, EAS-y mają w swojej nazwie słowo "speed", żadnymi prędkosciami nie są.
Są to jedynie porownywawcze parametry lotu / ruchu / / kropka /

[wibwk]

A może należałoby zacząć o tego, że ani Mach, ani TAS nie są prędkościami, biorąc pod uwagę prawa fizyki.

I tu się mylisz bo są prędkościami właśnie ze względu na prawa fizyki (prędkość względem ośrodka), nie są jedynie miernikiem pokonanej drogi w czasie.

[zbyszek]

Kolega zapewne ukończył 6 klasę, w której uczą / powinni /, że v śr. = ds/dt

[JeV]

Mógłbyś rozwinąć temat?

[zbyszek]

Temat wszystkich ... AS-ów, był wielokrotnie poruszany i wyjaśniany na forum,
więc nie ma co powtarzać.

We wzorze powyżej:
v śr - prędkość średnia / wektor /
ds - przemieszczenie / wektor /
dt - odstep czasu

[PK]

A może należałoby zacząć o tego, że ani Mach, ani TAS nie są prędkościami, biorąc pod uwagę prawa fizyki.
Jedyną prędkością z definicji jest tylko GS.
Pomimo, że IAS-y, TAS-y, EAS-y mają w swojej nazwie słowo "speed", żadnymi prędkosciami nie są.
Są to jedynie porownywawcze parametry lotu / ruchu / / kropka /

Fajnie - ale co z tego, że "zaczniemy od tego", iż "jedyna prędkość z definicji GS" równa się "parametr lotu/ruchu" TAS plus prędkość wiatru względem ziemi?

Piotr

[budyniek]

Jedyną prędkością z definicji jest tylko GS.

1. Mam dla Ciebie zagadkę. Jaki jest GS dla rakiety startującej pionowo z Ziemii (rozważamy przypadek idealny - tak jak fizycy lubią).

2. Czy masa [wyrażona w kg] także nie jest masą z definicji? Wszak wyraża ile waży dany obiekt w danym środowisku (czytaj: przyspieszenie) względem walca o wysokości i średnicy podstawy 39 mm wykonanego ze stopu platyny z irydem.
Tak samo Mach wyraża naszą prędkość w danym środowisku (temp, wilgotność) względem prędkości dźwięku w tymże środowisku. Jest to oczywiścię prędkość względem tego środowiska. Ale możesz ją zmierzyć.

3. Wg mnie dyskusja ma charakter, która prędkość jest lepsza: względem ziemii (GS), powietrza, a może względem słońca, wszak Ziemią obraca się wokół niego z prędkościa kątową. Pewnie znajdą się i tacy którzy spytają, jaka jest nasza prędkość względem centrum galaktyki - wszak układ słoneczny nie stoi w miejscu.

4. Wg mnie (tylko moja opinia) w samolotach stosuję się Mach ze względu na zjawiska aeorodynamiczna jakie zachodzą przy prędkościach bliskich prędkości dźwięku w danych warunkach.

[RzEmYk]

Jaki jest GS dla rakiety startującej pionowo z Ziemi (rozważamy przypadek idealny - tak jak fizycy lubią).

Zmierzyć w osi lotu - jak teoria, to w osi pionowej - otrzyma się GS, bo punktem odniesienia jest grunt.
W dwóch osiach poziomych GS będzie równy zero.
Prędkość jest wektorem, dopiero po zrzutowaniu na oś otrzymamy skalar.

2. Czy masa [wyrażona w kg] także nie jest masą z definicji? Wszak wyraża ile waży dany obiekt w danym środowisku (czytaj: przyspieszenie) względem walca o wysokości i średnicy podstawy 39 mm wykonanego ze stopu platyny z irydem.

Mamy wzorzec masy, ale jest to dalej wartość umowna, bo... My nie mierzymy masę, my zawsze mierzymy ciężar. Więc ten wzorzec np. w Monachium ma ciężar odrobinę różny od ciężaru np. w Tybecie...
Jak wiadomo przyśpieszenie ziemskie nie jest jednorodne i nie w każdym miejscu na globie wynosi 9.8065... m/s^2.

Taka mała pseudonaukowa wstawka

[budyniek]

Więc ten wzorzec np. w Monachium ma ciężar odrobinę różny od ciężaru np. w Tybecie...

Całkowicie się zagadzam. Weź pod uwagę, iż prędkośc dźwięku też nie jest stała, jeżeli czytałeś dokument, na który podałem linka. Tak więc wzorzec "pręd. dźwięku" jest też różny

My nie mierzymy masę, my zawsze mierzymy ciężar.

Musze zareklamowac dziś jabłka - zapłaciłem za 1kg, a powiny ważyc ~9,81 kG

[tidit]

Musze zareklamowac dziś jabłka - zapłaciłem za 1kg, a powiny ważyc ~9,81 kG

Jak już to 1kG
Są przyciągane przez naszą grawitację z siłą 9,81 N. kG to jednostka z jaką jest przyciągana masa 1kg

[RzEmYk]

kG (kilogram siła) to jednostka układu CGS (centymetr gram sekunda).
N (niuton) to jednostka układu SI.

1 kg masy na ziemi ma ciężar ≈ 9.81 N i 1 kG

Ale offtopic zacząłem ;P

[JeV]

noo..

To zależy też oczywiście od szerokości geograficznej i wysokości npm. (czy jak kto woli odległości od środka planety)

w Warszawie na przykład 9.8388 ms^-2

[tidit]

gdzie:
h – wysokość nad poziomem morza
φ – szerokość geograficzna

Teraz każdy wyliczy sobie ile waży u niego 1kg jabłek

źródło: http://pl.wikipedia.org/wiki/Przyspieszenie_ziemskie

PS. Za bardzo chyba już poszliśmy po bandzie. Offtop na maksa.

[b00gie]

Za bardzo chyba już poszliśmy po bandzie. Offtop na maksa.

Za bardzo? skąd!! ... po prostu nigdy w życiu nie kupie już sobie tego zdradliwego jabłka

[trluer]

Nie wiem czy temat jeszcze jest na czasie ale spróbuje na niego odpowiedzieć.

Więc należy w naszych rozważaniach przybliżyć nieco rozważania na temat prędkości w samolocie. Wszystkie prędkości które zawierają słowo "speed" są prędkościami to jest generalnie proste

IAS - czyli prędkość wskazywana, rzeczywiście jest prędkością bez jakichkolwiek poprawek i tak naprawde jest ona prawdziwa tylko na poziomie ziemi i jest odnoszona do atmosfery wzorcowej, ale np. w niej podawane są ograniczenia do wysunięcia klap, podwozia itd.

CAS - prędkość skalibrowana o ustawienie przyżądów, jak wiadomo prędkość w samolocie jest mierzona na podstawie ciśnienia dynamicznego pobieranego z rurki pitota która jest umieszczona z regóły na skrzydle lub na przedniej części kadłuba i nie jest regulowana w zależności od kąta natarcia samolotu, prędkość hmm w zasadzie nie używana przez pilota

kolejną prędkością jest TAS - to prędkość IAS a w zasadzie CAS poprawiona o warotść temeratury

GS - Prędkość względem ziemi czyli połączenie TAS i składowej wiatru

I teraz odpowiedź na pytanie po co stosuje się prędkość w Machach w lotnictwie cywilnym komunikacyjnym, otóż prędkość dżwięku jest różna na różnych wysokościach w związku z tym iż gęstość powietrza zmniejsza się wraz z wysokością więc prędkość dżwięku łatwiej jest osiągnąć powyżej danej wysokości dlatego przyjmuje się iż od poziomu FL100 przechodzi się na prędkości mierzone na machomierzu wynika to z prędkości opływu strug powietrza wokół samolotu i tak np. na B737 lata się do prędkości 0.85M. Graniczną wartością jest liczba 1M i ma to związek tylko i wyłącznie z wytrzymałością konstrukcji poprostu powyżej poziomu 100 ważniejsze jest żeby nie przekroczyć 1M niż stwarzać kolejną ...AS w celu bezpieczeństwa.

Uff mam nadzieje że nieco Wam zamierzałem ale rozwieje niektórych wątpliwości.

Powyższe informacje tyczą się prawdziwego lotnictwa

[r.a.f]

Ciekawa lektura ale chyba powinieneś doczytać trochę.

przyjmuje się iż od poziomu FL100 przechodzi się na prędkości mierzone na machomierzu

Chyba coś nie do końca z tą zmianą prędkości. Każdy samolot ma określony pułap przy którym powinno się zmienić z IAS na MACH ale nie jest to FL100.

Graniczną wartością jest liczba 1M i ma to związek tylko i wyłącznie z wytrzymałością konstrukcji poprostu powyżej poziomu 100 ważniejsze jest żeby nie przekroczyć 1M

Wartością ograniczającą nie jest 1Mach ale wartość podana przez producenta,zależna od konstrukcji i dla każdego typu samolotu inna !
Polecam poczytać post

[trluer]

Fakt trochę się napędziłem z tymi wartościami oczywiście odnoszą się do danego typu samolotu

[tidit]

Prędkość max. jest też w dużej mierze uzależniona od zastosowanego profilu (lub profili, jeśli samolot ma skrzydło składające się z kilku) lotniczego. Związana jest z tym liczba Macha krytycznego, czyli taka prędkość niezaburzonego strumienia powietrza, dla której na górnej części profilu prędkość strugi przekroczy Ma=1.

Samoloty komunikacyjne nie przekraczają też prędkości dźwięku z tej przyczyny, iż przy pokonywaniu bariery dźwięku gwałtownie rośnie opór samolotu, a co za tym idzie należałoby zwiększyć ciąg, co z kolei pociąga za sobą większe spalanie itd. Opór ten jest dość znaczny dla skrzydeł prostych, jakie spotyka się w samolotach komunikacyjnych i maleje dla np. skrzydeł typu delta, skośnych czy pasmowych.

Oczywiście argument o wytrzymałości konstrukcji również jest bardzo ważny, ale takich konstrukcji nie projektuje się do przekraczania prędkości dźwięku z powodów, które wymieniłem powyżej.

[lelumpolelum]

(...)czyli taka prędkość niezaburzonego strumienia powietrza, dla której na górnej części profilu prędkość strugi przekroczy Ma=1 (..)

Bedąc dokladnym, nie na calej gornej powierzchni plata, a wystepujaca tylko lokalnie (w niektorych punktach na skrzydle)

[Aaben]

I teraz odpowiedź na pytanie po co stosuje się prędkość w Machach w lotnictwie cywilnym komunikacyjnym, otóż prędkość dżwięku jest różna na różnych wysokościach w związku z tym iż gęstość powietrza zmniejsza się wraz z wysokością

Nie.

w związku z tym iż gęstość powietrza zmniejsza się wraz z wysokością więc prędkość dżwięku łatwiej jest osiągnąć powyżej danej wysokości

Nie.

dlatego przyjmuje się iż od poziomu FL100 przechodzi się na prędkości mierzone na machomierzu

Nie.

wynika to z prędkości opływu strug powietrza wokół samolotu

Nie.

Powyższe informacje tyczą się prawdziwego lotnictwa

[tidit]

Aaben rozumiem, że negujesz to co napisał kol. truler, ponieważ wzór na prędkość dźwięku to
a=sqrt(k*R*T).

No chyba, że uważasz, że gęstość powietrza nie zmienia się z wysokością.

[Aaben]

Moje uważanie nie ma tutaj nic do rzeczy, powyższe twierdzenia są po prostu nieprawdziwe, również z tego powodu, który podałeś

[tidit]

Zachęcam Cię do podzielenia się wiedzą z resztą forum

[ciemny21]

Prędkość dźwięku zależy tylko od temperatury, nie od np gęstości czy wysokości .

[tidit]

Co napisałem 3 posty wyżej

[Kirow]

Czyli dźwięk w wodzie o temp 20stC rozchodzi się z tą samą prędkością co w powietrzu o temp 20st C?

[tidit]

Popatrz na wzór, który napisałem powyżej.

[Lukasz Jelonek]

Prędkość dźwięku zależy tylko od temperatury, nie od np gęstości czy wysokości .

Ciśnienie i gęstość w gazach powiązane są równaniem stanu w którym występuje również temperatura.

[trluer]

Liczba Macha - stosunek prędkości rzeczywistej TAS do prędkości dźwięku w warstwie powietrza otaczającej go. Prędkość dźwięku na poziomie zerowym międzynarodowej atosfery wzorcowej wynosi 1225,03 km/h (340 m/s). Wraz ze zwiększaniem wysokości prędkość dźwięku maleje.

Obliczenia dokonuje się na podstawie wzoru

MA=TAS/Ah = TAS /20 √ Th

Prędkość dźwięku dopiero od wysokości 11000m przyjmuje wartość stałą tj. 295,02 m/s

To dla kolegi Aaben który zanegował praktycznie cały mój post dla ułatwienia jest to cytat z książki pewnego bardzo znanego autora które napisał większość książek a propos lotnictwa (celowo nie podam nazwiska bo Ci co wiedzą coś o lataniu znają to nazwisko dokładnie) - więc może jego też proszę zanegować