Varför är det en skillnad mellan GPS-hastighet och indikatorhastighet?

Hastighetsindikatorn i cockpiten visar angiven flyghastighet . Indikerad flyghastighet är vanligtvis annorlunda än GPS-hastighet, på grund av vind- och aerodynamiska effekter.

GPS-hastighet är din hastighet i förhållande till marken. Om du står på terra firma läser den 0. Om den läser 100 knop kommer du att vara 100NM bort från var du är nu på en timme, så länge du fortsätter att flyga i en rak linje.

Flyghastigheten är flygplanets hastighet i förhållande till omgivande luft. Så om du står på terra firma med 20 knop vindar det i ditt ansikte, din flyghastighet blir 20 knop. Om du reser med 100 knop flyghastighet mot en 20 knop vind vind, är din markhastighet 80 knutar. Om du gör 100 knop flyghastighet med 20 knoppsvindvind, läser din GPS-hastighet 120 knop.

Men även i lugna vindförhållanden kommer lufthastighetsindikatorn att läsa annorlunda än GPS-hastigheten. Detta har att göra med hur flyghastigheten mäts.

Lufthastigheten mäts med ett pitotrör. Ett pitotrör har två tryckmätningsportar. En som mäter det totala trycket $ P_t $. Denna port står inför det inkommande luftflödet. Den andra mäter det statiska trycket $ P $ och placeras vinkelrätt mot luftflödet. Skillnaden mellan de två trycken kallas slagtryck (tryckförhöjning gör till luftflödet som påverkar pitotröret) och betecknas $ q_c $.

Stöttrycket är relaterat till hastigheten på luftflödet som pitotröret utsätts för. Om flödet anses oförenbart (vilket är en acceptabel approximation för hastigheter upp till 200 knop) kan slagtrycket härledas från Bernouillis ekvation.

$ q_c = \ frac {1} {2} \ rho V ^ 2 $

• $ q_c $ är slagtrycket i Pa
• $ \ rho $ är densiteten i kg / m 3
• $ V $ är den sanna flyghastigheten i m / s

Lufthastighetsindikatorn är kalibrerad för standard havsvillkor, där $ \ rho $ är 1.225 kg / m 3 . I verkligheten kommer flygplanet att flyga i höjd och därför är luftens faktiska densitet lägre. Därför blir angiven flyghastighet också lägre. Till exempel om ett flygplan flyger 75 m / s (ca 146 knop) vid 6000 ft är densiteten 1,02393 kg / m 3 .

$ q_c = \ frac {1} {2} 1.02393 \ cdot 75 ^ 2 = 2879.8 \ textrm {Pa} $

Ekvivalent flyghastighet på havsnivå för samma $ q_c $ är:

$ V_ {EAS} = \ sqrt {\ frac {2 q_c} {\ rho_0}} = \ sqrt {\ frac {2 \ cdot 2879.8} {1.225}} = 68.6 \ textrm {m / s} $

Din airspeedindikator läser bara 68,6 m / s (133 knop) trots att du flyttar med 75 m / s (146 knop) med avseende på luften.

Omvandling av sann flyghastighet till ekvivalent flyghastighet kan göras direkt av:

$ V_ {EAS} = V \ cdot \ sqrt {\ frac {\ rho} {\ rho_0}} $

• $ V_ {EAS} $ ekvivalent flyghastighet (m / s)
• $ V $ true airspeed (m / s)
• $ \ rho $ faktisk luftdensitet (kg / m 3 ).
• $ \ rho_0 $ densitet vid normala havsvillkor (1.225 kg / m 3 )

Effekterna av den lägre densiteten på din stigande indikator blir mer uttalad, ju högre du går. När du går fortare än ca 100 m / s sann flyghastighet kan effekterna av kompressibilitet inte längre ignoreras och ovanstående gäller inte längre. Airspeed-indikatorer korrigeras för effekter av kompressibilitet och använder därför inte ekvivalent flyghastighet utan använder istället kalibrerad lufthastighet för kalibrering.

$ V_ {CAS} = a_ {0} \ sqrt {5 \ vänster [\ left (\ frac {q_c} {P_ {0}} + 1 \ right) ^ \ frac {2} {7} -1 \ right]} $

• $ V_ {CAS} $ är kalibrerad flyghastighet
• $ a_ {0} $ är ljudets hastighet under normala havnivåförhållanden (340,3 m / s)
• $ P_0 $ är det statiska lufttrycket under normala havsvillkor (101325 Pa)
• $ {q_c} $ är slagtrycket

Effekttrycket är också lite mer komplext för komprimerbart flöde:

$ \; q_c = P \ left [\ left (1 + 0,2 M ^ 2 \ right) ^ \ tfrac {7} {2} -1 \ höger] $

• $ P $ det statiska trycket
• $ M $ Mach-nummeret

Effektivare desto högre och snabbare du får desto större skillnad är den angivna flyghastigheten och den sanna flyghastigheten. Till exempel kommer Mach 0,8 vid 40000 fot utan vind att resultera i en GPS-hastighet på 489 knop , men en kalibrerad flyghastighet av endast 242 knop , vilket är mindre än hälften.

Därför vid höga höjder och hastigheter kommer den angivna flyghastigheten att vara lägre än markhastigheten / GPS-hastigheten, om du inte har extremt huvudvind.

Här är en mycket enkel grafik av vad du kan se:

bild http://www.modelairplane.cadblog.net/images/airplane_airspeed_groundspeed.jpg

Och det är därför vi landar i en vind i stället för bakvindaren, eftersom annars skulle vi landa i högre hastighet och kräva att fler landningar slutar.

GPS mäter markhastighet eller absolut hastighet. Pitotröret på flygplanet mäter hastigheten i förhållande till luftflödet runt flygplanet.

Här är en bra grafik från NASA på relativ hastighet :

Fotnot: Som Ratchet Freak demonstrerar i sin ekvation måste du naturligtvis komma ihåg att det här förenklar det som att flyga rakt in i vinden och inte ta hänsyn till vindriktningen.

De andra svaren om vind är sanna, men det här är inte vad du ser i din simulering. Vad du faktiskt ser är skillnaden mellan sann flyghastighet och < a href="http://sv.wikipedia.org/wiki/Indicated_airspeed"> angiven flyghastighet .

Sann flyghastighet är planetens faktiska hastighet genom luften. Med ingen vind är detta detsamma som planetens hastighet över marken. Detta är vad din GPS visar.

Airspeedindikatorn är å andra sidan verkligen en "dynamisk tryck" -sensor. Det fungerar genom att mäta trycket i rammluftflödet. Men som vi vet, när du klättrar upp i atmosfären blir luften tunnare - mindre tät och lägre tryck. Detta gör att airspeerindikatorn läser lägre än sann flyghastighet.

Anledningen till att det är gjort på detta sätt är att alla viktiga aerodynamiska saker som kan hända med ett plan (som stalling) verkligen är knutna till dynamiskt tryck snarare än sann flyghastighet.

Indikerad flyghastighet är en approximation av planetens hastighet i luften. Vind kan orsaka att den verkliga flyghastigheten skiljer sig från markhastigheten (vad GPS visar).

För att konvertera den till markhastigheten behöver du veta vindhastigheten och lägga till dem.

$$ \ vec v_ {air} + \ vec v_ {wind} = \ vec v_ {jord} $$

Ska försöka ge ett så enkelt svar som möjligt, men hastigheter i flygningen tar lite för att få huvudet omkring ....

Luftspegelindikatorn (ASI) mäter angiven lufthastighet eller IAS, mätt i knutar. Men IAS är tekniskt ingen hastighet alls. Det kan ses som en mätning av trycket i luftmolekylerna som flyter över vingen.

IAS är den viktigaste hastigheten eftersom om trycket i luftmolekylerna som går över vingen är för lågt kommer du att förlora hiss och stall. Mer fart men betyder mer tryck.

På hög höjd finns det mindre luftmolekyler, så mindre tryck på vingen. För att hålla samma tryck på vingen (dvs att hålla samma IAS) måste du gå fortare. True Airspeed (TAS) mäter hur snabbt du faktiskt går. Under flygning blir det högre än IAS. TAS bryr sig inte om trycket över vingen - det är hastigheten genom luften.

Groundspeed (GS) är helt enkelt TAS med effekten av vind tillsatt. Groundspeed är flygplanets hastighet i förhållande till marken. Om du har en TAS på 200kt, och en svängvind på 50kt kommer din hastighet över marken att vara 250kts. Det här är den hastighet GPS visar.