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§
AERE 261 Homework 5
Sep 25, 2025
§
1.
T
=
D
T=D
T
=
D
L
=
W
L=W
L
=
W
T
R
=
W
C
L
/
C
D
=
W
C
D
C
L
T_R=\frac{W}{C_L / C_D}=\frac{W C_D}{C_L}
T
R
=
C
L
/
C
D
W
=
C
L
W
C
D
C
L
=
L
q
∞
S
=
W
q
∞
S
C_L=\frac{L}{q_\infty S}=\frac{W}{q_\infty S}
C
L
=
q
∞
S
L
=
q
∞
S
W
T
R
=
W
C
D
W
q
∞
S
=
W
C
D
q
∞
S
W
=
C
D
q
∞
S
T_R=\frac{W C_D}{\frac{W}{q_\infty S}}=\frac{W C_D q_\infty S}{W}=C_D q_\infty S
T
R
=
q
∞
S
W
W
C
D
=
W
W
C
D
q
∞
S
=
C
D
q
∞
S
C
D
=
C
D
,
0
+
K
C
L
2
=
C
D
,
0
+
K
(
W
q
∞
S
)
2
=
C
D
,
0
+
K
W
2
q
∞
2
S
2
C_D=C_{D,0}+K C_L^2=C_{D,0}+K \left(\frac{W}{q_\infty S}\right)^2=C_{D,0}+\frac{KW^2}{q_\infty^2 S^2}
C
D
=
C
D
,
0
+
K
C
L
2
=
C
D
,
0
+
K
(
q
∞
S
W
)
2
=
C
D
,
0
+
q
∞
2
S
2
K
W
2
T
R
=
(
C
D
,
0
+
K
W
2
q
∞
2
S
2
)
q
∞
S
=
q
∞
S
C
D
,
0
+
q
∞
S
K
W
2
q
∞
2
S
2
=
q
∞
S
C
D
,
0
+
K
W
2
q
∞
S
T_R=\left(C_{D,0}+\frac{KW^2}{q_\infty^2 S^2}\right) q_\infty S=q_\infty SC_{D,0}+\frac{q_\infty SKW^2}{q_\infty^2 S^2}=q_\infty SC_{D,0}+\frac{KW^2}{q_\infty S}
T
R
=
(
C
D
,
0
+
q
∞
2
S
2
K
W
2
)
q
∞
S
=
q
∞
S
C
D
,
0
+
q
∞
2
S
2
q
∞
S
K
W
2
=
q
∞
S
C
D
,
0
+
q
∞
S
K
W
2
q
∞
=
1
2
ρ
∞
V
∞
2
q_\infty=\frac{1}{2} \rho_\infty V_\infty^2
q
∞
=
2
1
ρ
∞
V
∞
2
T
R
=
1
2
ρ
∞
V
∞
2
S
C
D
,
0
+
K
W
2
1
2
ρ
∞
V
∞
2
S
=
1
2
ρ
∞
V
∞
2
S
C
D
,
0
+
2
K
W
2
ρ
∞
V
∞
2
S
T_R=\frac{1}{2} \rho_\infty V_\infty^2 SC_{D,0}+\frac{KW^2}{\frac{1}{2} \rho_\infty V_\infty^2 S}=\boxed{\frac{1}{2} \rho_\infty V_\infty^2 SC_{D,0}+\frac{2KW^2}{\rho_\infty V_\infty^2 S}}
T
R
=
2
1
ρ
∞
V
∞
2
S
C
D
,
0
+
2
1
ρ
∞
V
∞
2
S
K
W
2
=
2
1
ρ
∞
V
∞
2
S
C
D
,
0
+
ρ
∞
V
∞
2
S
2
K
W
2
§
2.
T
R
=
1
2
ρ
∞
V
∞
2
S
C
D
,
0
+
2
K
W
2
ρ
∞
V
∞
2
S
T_R=\frac{1}{2} \rho_\infty V_\infty^2 SC_{D,0}+\frac{2KW^2}{\rho_\infty V_\infty^2 S}
T
R
=
2
1
ρ
∞
V
∞
2
S
C
D
,
0
+
ρ
∞
V
∞
2
S
2
K
W
2
∂
T
R
∂
V
∞
=
∂
∂
V
∞
(
1
2
ρ
∞
V
∞
2
S
C
D
,
0
+
2
K
W
2
ρ
∞
V
∞
2
S
)
\frac{\partial T_R}{\partial V_\infty}=\frac{\partial}{\partial V_\infty}\left(\frac{1}{2} \rho_\infty V_\infty^2 SC_{D,0}+\frac{2KW^2}{\rho_\infty V_\infty^2 S}\right)
∂
V
∞
∂
T
R
=
∂
V
∞
∂
(
2
1
ρ
∞
V
∞
2
S
C
D
,
0
+
ρ
∞
V
∞
2
S
2
K
W
2
)
=
∂
∂
V
∞
(
1
2
ρ
∞
V
∞
2
S
C
D
,
0
)
+
∂
∂
V
∞
(
2
K
W
2
ρ
∞
V
∞
2
S
)
=\frac{\partial}{\partial V_\infty}\left(\frac{1}{2} \rho_\infty V_\infty^2 SC_{D,0}\right)+\frac{\partial}{\partial V_\infty}\left(\frac{2KW^2}{\rho_\infty V_\infty^2 S}\right)
=
∂
V
∞
∂
(
2
1
ρ
∞
V
∞
2
S
C
D
,
0
)
+
∂
V
∞
∂
(
ρ
∞
V
∞
2
S
2
K
W
2
)
∂
T
R
∂
V
∞
=
2
∗
1
2
ρ
∞
V
∞
S
C
D
,
0
+
∂
∂
V
∞
(
2
K
W
2
ρ
∞
V
∞
2
S
)
\frac{\partial T_R}{\partial V_\infty}=2*\frac{1}{2} \rho_\infty V_\infty SC_{D,0}+\frac{\partial}{\partial V_\infty}\left(\frac{2KW^2}{\rho_\infty V_\infty^2 S}\right)
∂
V
∞
∂
T
R
=
2
∗
2
1
ρ
∞
V
∞
S
C
D
,
0
+
∂
V
∞
∂
(
ρ
∞
V
∞
2
S
2
K
W
2
)
=
ρ
∞
V
∞
S
C
D
,
0
+
∂
∂
V
∞
(
2
K
W
2
ρ
∞
V
∞
2
S
)
=\rho_\infty V_\infty SC_{D,0}+\frac{\partial}{\partial V_\infty}\left(\frac{2KW^2}{\rho_\infty V_\infty^2 S}\right)
=
ρ
∞
V
∞
S
C
D
,
0
+
∂
V
∞
∂
(
ρ
∞
V
∞
2
S
2
K
W
2
)
∂
T
R
∂
V
∞
=
ρ
∞
V
∞
S
C
D
,
0
+
∂
∂
V
∞
(
2
K
W
2
ρ
∞
S
V
∞
−
2
)
\frac{\partial T_R}{\partial V_\infty}=\rho_\infty V_\infty SC_{D,0}+\frac{\partial}{\partial V_\infty}\left(\frac{2KW^2}{\rho_\infty S}V_\infty^{-2}\right)
∂
V
∞
∂
T
R
=
ρ
∞
V
∞
S
C
D
,
0
+
∂
V
∞
∂
(
ρ
∞
S
2
K
W
2
V
∞
−
2
)
=
ρ
∞
V
∞
S
C
D
,
0
−
2
∗
2
K
W
2
ρ
∞
S
V
∞
−
3
=\rho_\infty V_\infty SC_{D,0}-2*\frac{2KW^2}{\rho_\infty S}V_\infty^{-3}
=
ρ
∞
V
∞
S
C
D
,
0
−
2
∗
ρ
∞
S
2
K
W
2
V
∞
−
3
∂
T
R
∂
V
∞
=
ρ
∞
V
∞
S
C
D
,
0
−
4
K
W
2
ρ
∞
V
∞
3
S
=
0
\frac{\partial T_R}{\partial V_\infty}=\rho_\infty V_\infty SC_{D,0}-\frac{4KW^2}{\rho_\infty V_\infty^3 S}=0
∂
V
∞
∂
T
R
=
ρ
∞
V
∞
S
C
D
,
0
−
ρ
∞
V
∞
3
S
4
K
W
2
=
0
ρ
∞
V
∞
S
C
D
,
0
=
4
K
W
2
ρ
∞
V
∞
3
S
\rho_\infty V_\infty SC_{D,0}=\frac{4KW^2}{\rho_\infty V_\infty^3 S}
ρ
∞
V
∞
S
C
D
,
0
=
ρ
∞
V
∞
3
S
4
K
W
2
ρ
∞
V
∞
4
S
C
D
,
0
=
4
K
W
2
ρ
∞
S
\rho_\infty V_\infty^4 SC_{D,0}=\frac{4KW^2}{\rho_\infty S}
ρ
∞
V
∞
4
S
C
D
,
0
=
ρ
∞
S
4
K
W
2
V
∞
4
=
4
K
W
2
ρ
∞
2
S
2
C
D
,
0
V_\infty^4=\frac{4KW^2}{\rho_\infty^2 S^2 C_{D,0}}
V
∞
4
=
ρ
∞
2
S
2
C
D
,
0
4
K
W
2
=
4
K
C
D
,
0
(
W
ρ
∞
S
)
2
=\frac{4K}{C_{D,0}}\left(\frac{W}{\rho_\infty S}\right)^2
=
C
D
,
0
4
K
(
ρ
∞
S
W
)
2
V
∞
=
(
4
K
C
D
,
0
)
1
4
(
W
ρ
∞
S
)
2
4
V_\infty=\left(\frac{4K}{C_{D,0}}\right)^{\frac{1}{4}} \left(\frac{W}{\rho_\infty S}\right)^{\frac{2}{4}}
V
∞
=
(
C
D
,
0
4
K
)
4
1
(
ρ
∞
S
W
)
4
2
=
4
K
C
D
,
0
4
W
ρ
∞
S
=\sqrt[4]{\frac{4K}{C_{D,0}}} \sqrt{\frac{W}{\rho_\infty S}}
=
4
C
D
,
0
4
K
ρ
∞
S
W
=
W
ρ
∞
S
4
K
C
D
,
0
=\sqrt{\frac{W}{\rho_\infty S} \sqrt{\frac{4K}{C_{D,0}}}}
=
ρ
∞
S
W
C
D
,
0
4
K
=
2
W
ρ
∞
S
K
C
D
,
0
=\boxed{\sqrt{\frac{2W}{\rho_\infty S} \sqrt{\frac{K}{C_{D,0}}}}}
=
ρ
∞
S
2
W
C
D
,
0
K
§
3. (a)
h
=
7000
f
t
h=7000ft
h
=
7000
f
t
ρ
∞
=
0.993
k
g
/
m
3
\rho_\infty=0.993kg/m^3
ρ
∞
=
0.993
k
g
/
m
3
m
e
=
1243
k
g
m_e=1243kg
m
e
=
1243
k
g
m
f
=
147
k
g
m_f=147kg
m
f
=
147
k
g
w
p
=
2
∗
62
k
g
+
2
∗
68
k
g
+
30
k
g
=
290
k
g
w_p=2*62kg+2*68kg+30kg=290kg
w
p
=
2
∗
62
k
g
+
2
∗
68
k
g
+
30
k
g
=
290
k
g
K
=
0.056
K=0.056
K
=
0.056
C
D
,
0
=
0.017
C_{D,0}=0.017
C
D
,
0
=
0.017
S
=
22.9
m
2
S=22.9m^2
S
=
22.9
m
2
g
=
9.81
m
/
s
2
g=9.81m/s^2
g
=
9.81
m
/
s
2
W
e
=
m
e
g
=
1243
k
g
∗
9.81
m
/
s
2
=
12190
N
W_e=m_eg=1243kg*9.81m/s^2=12190N
W
e
=
m
e
g
=
1243
k
g
∗
9.81
m
/
s
2
=
12190
N
W
f
=
m
f
g
=
147
k
g
∗
9.81
m
/
s
2
=
1442
N
W_f=m_fg=147kg*9.81m/s^2=1442N
W
f
=
m
f
g
=
147
k
g
∗
9.81
m
/
s
2
=
1442
N
W
p
=
w
p
=
290
k
g
∗
9.81
m
/
s
2
=
2845
N
W_p=w_p=290kg*9.81m/s^2=2845N
W
p
=
w
p
=
290
k
g
∗
9.81
m
/
s
2
=
2845
N
W
=
W
0
=
W
e
+
W
p
+
W
f
=
12190
N
+
2845
N
+
1442
N
=
16477
N
W=W_0=W_e+W_p+W_f=12190N+2845N+1442N=16477N
W
=
W
0
=
W
e
+
W
p
+
W
f
=
12190
N
+
2845
N
+
1442
N
=
16477
N
V
∞
=
2
W
ρ
∞
S
K
C
D
,
0
V_\infty=\sqrt{\frac{2W}{\rho_\infty S} \sqrt{\frac{K}{C_{D,0}}}}
V
∞
=
ρ
∞
S
2
W
C
D
,
0
K
=
2
∗
16477
N
0.993
k
g
/
m
3
∗
22.9
m
2
0.056
0.017
=\sqrt{\frac{2 * 16477N}{0.993kg/m^3 * 22.9m^2} \sqrt{\frac{0.056}{0.017}}}
=
0.993
k
g
/
m
3
∗
22.9
m
2
2
∗
16477
N
0.017
0.056
=
51.29
m
/
s
=\boxed{51.29m/s}
=
51.29
m
/
s
§
3. (b)
(
C
L
/
C
D
)
m
a
x
=
1
4
K
C
D
,
0
(C_L/C_D)_{max}=\frac{1}{\sqrt{4KC_{D,0}}}
(
C
L
/
C
D
)
ma
x
=
4
K
C
D
,
0
1
=
1
4
∗
0.056
∗
0.017
=\frac{1}{\sqrt{4 * 0.056 * 0.017}}
=
4
∗
0.056
∗
0.017
1
=
16.21
=\boxed{16.21}
=
16.21
§
3. (c)
V
∞
=
51.29
m
/
s
V_\infty=51.29m/s
V
∞
=
51.29
m
/
s
q
∞
=
1
2
ρ
∞
V
∞
2
q_\infty=\frac{1}{2}\rho_\infty V_\infty^2
q
∞
=
2
1
ρ
∞
V
∞
2
=
1
2
∗
0.993
k
g
/
m
3
∗
(
51.29
m
/
s
)
2
=\frac{1}{2} * 0.993kg/m^3 * (51.29m/s)^2
=
2
1
∗
0.993
k
g
/
m
3
∗
(
51.29
m
/
s
)
2
=
1306
P
a
=1306Pa
=
1306
P
a
C
L
=
W
q
∞
S
=
16477
N
1306
P
a
∗
22.9
m
2
=
0.5509
C_L=\frac{W}{q_\infty S}=\frac{16477N}{1306Pa * 22.9m^2}=0.5509
C
L
=
q
∞
S
W
=
1306
P
a
∗
22.9
m
2
16477
N
=
0.5509
§
3. (d)
a
=
0.088
deg
−
1
a = 0.088\deg^{-1}
a
=
0.088
de
g
−
1
α
L
=
0
=
−
1.19
deg
\alpha_{L=0}=-1.19\deg
α
L
=
0
=
−
1.19
de
g
C
L
=
0.5509
C_L=0.5509
C
L
=
0.5509
C
L
=
a
(
α
−
α
L
=
0
)
C_L = a(\alpha-\alpha_{L=0})
C
L
=
a
(
α
−
α
L
=
0
)
C
L
a
=
α
−
α
L
=
0
\frac{C_L}{a} = \alpha-\alpha_{L=0}
a
C
L
=
α
−
α
L
=
0
α
=
C
L
a
+
α
L
=
0
\alpha=\frac{C_L}{a} + \alpha_{L=0}
α
=
a
C
L
+
α
L
=
0
=
0.5509
0.088
deg
−
1
−
1.19
deg
=\frac{0.5509}{0.088\deg^{-1}} - 1.19\deg
=
0.088
de
g
−
1
0.5509
−
1.19
de
g
=
5.07
deg
=\boxed{5.07\deg}
=
5.07
de
g
§
3. (e)
C
D
=
C
D
,
0
+
K
C
L
2
C_D=C_{D,0}+K C_L^2
C
D
=
C
D
,
0
+
K
C
L
2
=
0.017
+
0.056
∗
(
0.5509
)
2
=0.017 + 0.056 * (0.5509)^2
=
0.017
+
0.056
∗
(
0.5509
)
2
=
0.03400
=0.03400
=
0.03400
§
3. (f)
(
C
L
/
C
D
)
m
a
x
=
C
L
C
D
(C_L/C_D)_{max}=\frac{C_L}{C_D}
(
C
L
/
C
D
)
ma
x
=
C
D
C
L
=
0.5509
0.03400
=\frac{0.5509}{0.03400}
=
0.03400
0.5509
=
16.20
=\boxed{16.20}
=
16.20
That's pretty close to the
16.21
16.21
16.21
that I got in part (b).