Domanda:
Gli aerei di linea potrebbero usare una catapulta a vapore o elettrica per il decollo?
Firee
2016-08-29 14:17:56 UTC
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Ciò avrebbe gli ovvi vantaggi:

  • Meno piste necessarie per il decollo
  • Risparmio di carburante
  • Tempi di rotazione più rapidi per le compagnie aeree

Potrebbe essere implementato in aeroporti trafficati?

Correlato: http://aviation.stackexchange.com/q/24479/1289?
Il primo punto "meno pista" è discutibile in quanto la solita pista sarebbe necessaria per l'atterraggio, a meno che non si utilizzi un dispositivo di arresto, che è probabilmente una grande sfida quando si trasportano merci o passeggeri. Anche passare da 0 a VR in meno tempo significa maggiore accelerazione, quale sarebbe il tuo limite?
Una nota amichevole: questa è una domanda perfettamente ragionevole. Non è necessario votare una domanda solo perché la risposta potrebbe essere * in nessun modo * o perché pensi che potrebbe essere ingenua - non è così che funziona questo sistema. In caso di dubbi sul valore della domanda, guarda la qualità delle risposte di seguito.
Questo è, a proposito, esattamente come funzionano le portaerei per i decolli.
@mins In genere, tuttavia, viene utilizzata più pista per il decollo che per l'atterraggio, quindi ridurrebbe un po 'i requisiti della pista, anche se è completamente impossibile per molti altri motivi.
@reirab: concordato. Ma non si dovrebbe mai dire impossibile: Airbus [Eco-Climb] (http://www.airbus.com/innovation/future-by-airbus/smarter-skies/aircraft-take-off-in-continuous-eco-climb/ ). "* Il concetto finale, anche se molto estremo, è quello di avere un sistema che non solo lancia ma cattura anche il velivolo, eliminando la necessità del carrello di atterraggio. *"
Se si desidera risparmiare carburante utilizzato a terra, utilizzare [rimorchiatori per il rullaggio] (http://aviation.stackexchange.com/questions/9101/does-it-make-sense-towing-airplanes-to-the-head- di-pista di atterraggio con mezzi esterni) farebbe una differenza molto più grande (e su cui si sta lavorando)
@DanieleProcida Perlopiù hai ragione. Normalmente, se una domanda è ingenua, significa che ci sono ipotesi, o anche asserzioni come "significativi vantaggi in termini di costi" che non sono corrette. Normalmente la mia strategia è quella di evidenziarli, non solo di sottovalutare la domanda. Tuttavia, se vedo una domanda a cui una persona ragionevole potrebbe rispondere, magari con pochi secondi su Google, la downvoto. Considero buone domande quelle in cui il richiedente ha messo almeno un po 'di riflessione e ricerca.
È un dato di fatto, @CodyP, il passaggio del mouse sopra il testo per l'icona del voto positivo è "Questa domanda mostra lo sforzo di ricerca; è utile e chiaro", mentre il passaggio del mouse sopra il testo per l'icona del voto negativo è il contrario, "" Questa domanda non viene mostrata qualsiasi sforzo di ricerca; non è chiaro o non è utile ", quindi la tua valutazione è perfetta con SE.
Correlato, ma in un campo diverso: [Perché non usiamo catapulte per arrivare nello spazio?] (Https://space.stackexchange.com/q/5463/415) su [space.se]. Divulgazione completa: la risposta accettata è la mia.
@chrisH Delta Air Lines ha sperimentato una variazione di questo: rullaggio solo con il motore sinistro. In effetti ha fatto risparmiare carburante, ma i costi di manutenzione del motore destro sono andati alle stelle. Si scopre che il piacevole, lungo e basso "riscaldamento" di un taxi fa bene al motore. Sono tornati al taxi bimotore e la manutenzione del motore destro è stata livellata per abbinare il sinistro.
@ScottSEA Hai un riferimento per questo? Sembra ragionevole, ma poi sembra anche il tipo di cosa che un produttore di motori potrebbe specificare come parte delle proprie procedure operative standard.
@mins: L'Airbus Eco Climb è un concetto interessante di Airbus. Le risposte che ricevo mi aprono davvero gli occhi, per non dire altro, con ottime spiegazioni fornite insieme al ragionamento. Ad altri, direi, ho fatto delle ricerche di base, ma non sono riuscito a ottenere alcuna soluzione pertinente, quindi ho usato questo forum.
Nove risposte:
#1
+47
Peter Kämpf
2016-08-29 18:03:57 UTC
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Vediamo quali sono i risparmi:

Un aereo di linea di medie dimensioni trasporta forse il 20% della sua massa in carburante. Questo carburante ha una densità di energia di 43 MJ per kg. Di quell'energia chimica al massimo il 40% viene convertito in lavoro utilizzabile. Diamine, facciamo questo 25%, quindi siamo davvero conservatori. Pertanto, l'energia per l'intero viaggio è $$ E _ {\ text {trip}} = 0,2 \ cdot 0,25 \ cdot 43,000,000 \, \ frac {\ mathrm {J}} {\ mathrm {kg}} \ cdot \ text { massa} = 2.150.000 \, \ frac {\ mathrm {J}} {\ mathrm {kg}} \ cdot \ text {mass} $$

Ora supponi che questo aereo di linea risparmia l'energia per accelerare da 0 a 150 nodi utilizzando una catapulta. Questa energia è $$ E _ {\ text {accel}} = \ frac {v _ {\ text {decollo}} ^ 2 - v_0 ^ 2} {2} \ cdot \ text {massa} = 2.977,35 \, \ frac {\ mathrm {m} ^ 2} {\ mathrm {s} ^ 2} \ cdot \ text {mass} $$

Dato che ho scelto le unità metriche, la conversione è facile: $ 1 \, \ mathrm {J} = 1 \, \ mathrm {Ws} = 1 \, \ frac {\ mathrm {kg} \ cdot \ mathrm {m} ^ 2} {\ mathrm {s} ^ 2} $. Uso $ \ text {mass} $ per la massa al decollo, quindi non pensi che sia l'unità metro. Ora mettiamolo in proporzione: $$ \ frac {E _ {\ text {accel}}} {E _ {\ text {trip}}} = 0.001385 $$

L'uso della catapulta risparmia lo 0,1385% del l'energia necessaria per volare un tipico viaggio di un aereo di linea, assumendo le stesse efficienze durante l'accelerazione come durante il volo. Se prendiamo in considerazione che i motori a reazione sono più efficienti durante la crociera, raddoppiamo il fabbisogno di carburante per l'accelerazione e rendiamo lo 0,277%. Certo, è più per voli a corto raggio, ma ancora insignificante rispetto a ciò che è necessario per spostare l'aereo di 10 km in cielo e poi per un paio di centinaia di miglia in aria a Mach 0.8. In termini di massa di carburante, questo 0,277% è preso dal 20% della massa al decollo. Quindi il carburante necessario per accelerare a v $ _0 $ è 0,000554 volte la massa al decollo.

Per rendere possibile il lancio di una catapulta, devi aggiungere un po 'di forza al carrello anteriore e alla fusoliera anteriore. La frazione tipica del carrello di atterraggio della massa al decollo è di circa il 3% e il carrello anteriore è del 10% - 15% di quella, quindi $ m _ {\ text {nosegear}} = 0,00375 \ cdot \ text {mass} $. Rispetto alla massa del carrello anteriore, il risparmio di carburante derivante dall'utilizzo di un lancio da catapulta è $ \ frac {0.000554} {0,00375} = 0,0148 $ o il 15% della massa del carrello anteriore. Pertanto, i rinforzi devono aggiungere meno del 15% alla massa del carrello anteriore.

Se ipotizziamo un'accelerazione di ½ g = 4,903 m / s², la corsa di decollo accelera a 150 nodi è 607 m. Mi aspetto che anche questa accelerazione moderata (che richiede una forza di trazione pari a metà della portanza al decollo) si traduca in aumenti di massa molto più elevati rispetto al 15% della massa del carrello anteriore.

Hai dimenticato di prendere in considerazione (il che renderebbe il concetto ancora meno interessante) che un aereo capace di catapulte deve essere costruito molto più forte. Quindi longheroni di ala e fusoliera più pesanti, carrello di atterraggio più pesante, ecc. Ecc. Il risultato finale è un aereo che, per consentirgli di aver bisogno di meno pista per il decollo (pista che è comunque necessaria per l'atterraggio) sarà molto più pesante e quindi richiederà molto di più carburante durante il volo.
Hai dimenticato di tenere conto del fatto che il 99,9% (stima approssimativa) dei passeggeri paganti _non_ gradirebbe l'enorme accelerazione di essere sparati da terra da una catapulta. Mentre le linee a Cedar Point per la corsa del [Top Thrill Dragster] (https://www.cedarpoint.com/rides/Roller-Coasters/Top-Thrill-Dragster) sono lunghe, non sono le più lunghe al parco da nessuno si intende.
@FreeMan: Chi dice che è necessario eseguire l'accelerazione entro pochi metri? Se il lancio si estendesse per oltre 2 km, l'accelerazione sarebbe come quella odierna e nessuno si preoccuperebbe.
Ho fatto il salto dal vantaggio "meno pista" alla "pista di lunghezza del ponte portaerei". Forse l'ho portato all'estremo ...;)
Inoltre, oltre a tutto il resto, aggiungi il costo per l'aeroporto per l'installazione, il funzionamento e la manutenzione della catapulta - e anche le tasse aggiuntive, sicuramente, per qualsiasi compagnia aerea volesse utilizzarla.
Hai dimenticato di tenere conto della riduzione della massa perché non hai bisogno di accelerare il carburante che normalmente avresti dovuto portare per accelerare fino al punto di rotazione. Non che importi una collina di fagioli. Il problema più grande in ogni caso sarebbe probabilmente che i costi aeroportuali aumenterebbero e sommergerebbero comunque i costi del risparmio di carburante.
Ci sono un paio di cose in questa risposta che sembrano sbagliate. Nella tua prima equazione, l'energia spesa per un viaggio è una funzione lineare dell'efficienza. Quindi maggiore è l'efficienza, maggiore è l'energia che spendiamo per il viaggio, e con efficienza zero spendiamo zero energia - non può essere giusto. Secondo punto: il calcolo dell'energia per raggiungere $ V_0 $ viene eseguito con un'efficienza del 100%. Quale processo può farlo?
@Koyovis: La prima equazione mostra solo quanta energia utilizzabile può essere estratta dall'energia chimica nel carburante. A efficienza zero che è zero, e al 100% sono tutti i 43 MJ per kg, riferiti al MTOW. Se ora si utilizza un quarto del 100% come parte utilizzabile, il risultato è 2,15 MJ per kg di MTOW dell'aereo. Secondo punto: se ho già tenuto conto della perdita di efficienza una volta, nel calcolo dell'energia disponibile, non dovrei farlo una seconda volta nel calcolo della variazione di energia cinetica per raggiungere v $ _0 $, dovrei?
L'aereo di linea utilizza lo stesso carburante con lo stesso fattore di efficienza del carburante per raggiungere $ V_0 $ a terra. Questa è la quantità risparmiata usando la catapulta. I motori accelerano l'aria attraverso i motori, analogo a [questa risposta] (https://aviation.stackexchange.com/a/33711/21091). Il confronto deve essere effettuato utilizzando il flusso di carburante * tempo per le fasi.
AilixsfhliCMT Ora meglio?
[Questo sito] (http://thesurge.com/stories/much-fuel-used-flight-takeoff) dice: un B747 utilizza 5.700 libbre di carburante per il decollo, su 422.000 libbre. Questo è l'1,35% del carico massimo di carburante al decollo per un aereo di linea a lungo raggio.
@Koyovis: Confrontiamo le mele con le mele. Un decollo è completo solo a 1,3 v $ _s $ ea 50 piedi di altitudine. La pagina che hai citato molto probabilmente ha aggiunto anche carburante per i taxi. Qui presumo solo che la catapulta acceleri l'aereo finché non ruota (150 nodi).
Questa è decisamente una mela. Il rullaggio non spiega un fattore 10. La catapulta può accelerare fino a 1.3v, dopodiché l'aereo può zoomare parzialmente in salita, come mostra la clip nell'articolo Eco-climb.
Non fermarti a 150 nodi. Lancia la catapulta su per il fianco di una montagna e lancia l'aereo di linea fino all'altitudine di crociera. Ora quanto carburante risparmia?
@snips-n-snails L'energia potenziale per sollevare l'aereo di 10 km è pari a 443 m / s. C'è un limite alla velocità a cui un aereo di linea può essere accelerato: la pressione dinamica massima è a circa la metà di quella velocità a livello del mare, o un quarto dell'energia. E poi l'aereo arriva a questa quota a velocità zero. Non fattibile, in altre parole.
#2
+24
Daniele Procida
2016-08-29 20:45:10 UTC
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Sarebbe possibile da un punto di vista ingegneristico progettare una sorta di meccanismo di lancio al decollo assistito a terra per gli aerei di linea, anche se i vantaggi che descrivi sarebbero ampiamente controbilanciati da nuovi svantaggi, come sottolineato in altre risposte .

C'è però un nuovo punto che penso valga la pena sottolineare. Il più breve rollio al decollo che significherebbe non è di per sé un vantaggio, ma uno svantaggio.

Il tempo impiegato per aumentare la velocità sulla pista con i motori a piena potenza è prezioso. È un'opportunità per assicurarsi che loro e il resto dei sistemi dell'aereo funzionino correttamente. Se si verifica un guasto come una perdita di potenza o un improvviso calo della pressione idraulica, il rollio al decollo è un buon punto in cui avvenga, perché offre all'equipaggio l'opportunità di interromperlo in sicurezza.

Questa opportunità andrebbe persa in un decollo assistito.

Non lo so. Almeno in passato, il capitano avrebbe dovuto girare fino al 105% con i freni bloccati per verificare tutti quei sistemi, quindi abbassare il regime, rilasciare i freni e decollare.
@CarlWitthoft Non è mai successo su nessun volo su cui sono stato.
Se potessi scegliere, preferirei fare i controlli finali sui motori e sui sistemi mentre l'aereo era ancora fermo a terra, invece che nel rullino di decollo. Non hai la stessa capacità di essere consapevole del controllo a causa del maggiore carico di lavoro della gestione di un aereo in movimento. Sarebbe più semplice eseguire i controlli finali, quindi eseguire il tiro al gatto, simile ai lanci del vettore.
@CarloFelicione senza dubbio, ma qui stiamo parlando per definizione di problemi che * diventano evidenti * durante il rollio di decollo, piuttosto che di quelli che sarebbero stati scoperti durante i controlli pre-volo. A volte, tutti i controlli pre-volo non rivelano un problema che si manifesta durante il rollio. Non è molto spesso, ma succede.
#3
+17
Carlo Felicione
2016-08-29 19:54:02 UTC
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Ti manca la risposta più ovvia: potresti, ma a parte qualche giovane drogato di adrenalina nessun altro vorrebbe cavalcarlo.

L'unico vero scopo per un decollo assistito da catapulta è quello di fornire e agli aeromobili una rapida accelerazione verso Vr e oltre al largo di un breve aeroporto. Poiché praticamente tutti gli aeroporti utilizzati per le principali operazioni commerciali hanno piste di almeno 1 miglio di lunghezza o più, non c'è una crisi infrastrutturale che ne imponga la necessità.

Se avessi un aeroporto che era così piccolo che ha richiesto un lancio CATO per far volare i jet, devi anche affrontare il compito di atterrarli anche in uno spazio ridotto. Ciò richiederebbe che il campo sia dotato anche di equipaggiamento di arresto.

Come sottolineato sopra, nessun aereo di linea esistente è progettato per il decollo e il ripristino utilizzando questi sistemi, quindi, anche con l'investimento in un'infrastruttura CATOBAR per un aeroporto, nessun vettore aereo a scopo di lucro potrebbe usarlo. E non offre praticamente alcun risparmio di carburante per le compagnie aeree.

E non dimentichiamo qui i fattori umani: se prendiamo le operazioni CATOBAR delle portaerei militari come parametro di riferimento per le prestazioni, un colpo di gatto impone un 2-2,5 G carico di accelerazione sull'aereo durante la corsa di lancio e una decelerazione di 2-2,5 G durante un atterraggio arrestato. Anche se sono sicuro che un ventenne drogato di adrenalina si ecciterà se lo farà, sarà un'esperienza spiacevole per la maggior parte delle persone e piuttosto pericolosa per gli anziani, gli infermi, le donne incinte, ecc.

#4
+4
Burhan Khalid
2016-08-31 14:48:03 UTC
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Tieni presente che, a differenza degli aerei militari, gli aerei civili sono progettati per il comfort e l'economia.

Ottenere qualsiasi tipo di aereo di linea tipico adattato per l'uso con catapulta significherebbe rinforzare il telaio e la struttura dell'aereo (quindi, possibilmente peso); ali rinforzate o altrimenti rinforzate e supporti del motore, possibili modifiche alle ruote e al carrello di atterraggio: tutto ciò aggiunge peso, il che significa un costo in quanto sarebbe necessario più carburante (o potrebbero essere trasportati meno passeggeri), riducendo così ogni possibile risparmio.

Non dimentichiamo di aver modificato le piste (costi aggiuntivi) e gli inevitabili ritardi dalla chiusura delle piste, e gli ulteriori ritardi poiché il meccanismo della catapulta deve essere "ripristinato" dopo ogni decollo.

Per non parlare del fatto che ai passeggeri non piace molto il fatto che vengano scossi durante una lieve turbolenza: immagina solo quanto sarai popolare se li sparerai come una fionda.

Questo è un punto importante: gli aerei navali hanno una struttura molto più pesante rispetto ai loro omologhi terrestri. Un F-14 pesa 7 tonnellate in più (vuoto) di un F-15, sebbene abbia dimensioni simili e un carico utile solo leggermente maggiore.
#5
+3
Antzi
2016-08-29 14:59:01 UTC
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Non possiamo farcela poiché ci sono 0 aerei commerciali progettati pensando alle catapulte.

La tua supposizione che porterebbe a un risparmio sui costi è sbagliata, su molti livelli. Il principale sarebbe che:

Il decollo (la parte in cui possono agire le catapulte) dura solo una manciata di secondi.

Inoltre:

  1. Hai bisogno della massima potenza per salire, quindi non puoi scendere sul gaz
  2. Non puoi accelerare molto più velocemente a causa dello stress per la cellula e i passeggeri

La catapulta ti aiuterebbe ad accelerare da 0 a V1, ma non può fare nulla per aiutarti a salire al livello di crociera.

Aggiungere un nuovo sistema sarebbe molto costoso, poco pratico e ti farebbe risparmiare solo un paio di secondi di accelerazione.

Inoltre non c'è modo di interrompere il decollo se qualcosa va storto con l'aereo o il cavo
@TomMcW ovviamente hai il gancio d'arresto alla fine della fuga: p
@TomMcW Potresti progettare una catapulta in modo tale da poter interrompere il lancio della catapulta alla stessa velocità nel tiro di decollo che puoi con un decollo standard - ordinando uno stop alla catapulta, che, con la frenata attiva, potrebbe rispondere più velocemente e con più ritardare la forza rispetto all'avvolgimento dei motori a reazione.
Questa risposta ha ignorato la penalità di peso di rendere l'aereo di linea abbastanza forte da gestire questo lancio per un lungo periodo di tempo. (È altrimenti sensato)
#6
+3
coteyr
2016-08-30 18:24:27 UTC
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Il nocciolo di tutto dipende da questo per me.

Ci vuole x energia per passare da 0 alla velocità di salita. Se quell'energia proviene dal "suolo" tramite una catapulta o dai motori, non ci sono risparmi reali. Devi ancora spendere le energie. L'unico risparmio potrebbe essere il costo del carburante per generare quell'energia. Tuttavia, anche se i risparmi sui costi del carburante sono estremi, l'energia totale spesa per raggiungere un'altitudine di crociera è minore rispetto all'energia spesa per mantenere un aereo lassù. Il costo del mantenimento della catapulta peserebbe probabilmente sul costo del carburante "extra" necessario per far produrre ai motori l'energia di salita.

Ricorda che le catapulte sui vettori aerei non vengono utilizzate perché i risparmi sui costi vengono utilizzati perché non c'è altro modo per far funzionare un aereo su una pista così corta. Man mano che VTOL diventa più popolare, le catapulte vengono utilizzate sempre meno.

Molte Marine sono passate interamente ai sistemi STOBAR o STOVL. Le tendenze attuali sembrano essere "trovami qualcosa oltre a una catapulta per far volare questa cosa", anche quando ciò è a scapito della flessibilità.

Quindi, per esaminare i tuoi punti:

  • Meno pista: No, devo ancora atterrare, e anche se fosse vero, pochissime località sono così strette che le piste non possono essere estese. Potrebbe essere costoso farlo, ma diavolo, il Giappone (credo) costruisce un'isola completamente nuova per ospitare il proprio aeroporto.

  • Risparmio di carburante: forse. Se usi una catapulta a vapore e fai il vapore con il carbone, e la differenza di costo per unità di lavoro tra carbone e carburante per aerei è sufficiente, allora sì, potrebbe esserci un risparmio di carburante. Tuttavia, quasi certamente verrebbe compensato dai costi di manutenzione.

  • Girata più veloce: no! Ci vuole tempo per caricare quella catapulta. Non è istantaneo. Non puoi semplicemente lanciare un secondo aereo non appena il primo libera la pista. La catapulta deve essere regolata, caricata e quindi lanciata. Nelle operazioni militari, puoi lanciare solo X numero di velivoli. Quindi è possibile che una catapulta militare possa essere caricata per l'intero lancio. Un aeroporto, invece, è continuo. Quindi ci sarà tempo in cui sarà necessaria la ricarica. Ci sono modi per aggirare questo problema, come il "caricamento laterale" da due fonti, in modo che quando una è esaurita, l'altra si sta caricando. Ma questo aumenterebbe ulteriormente i costi e la complessità.

Per la cronaca, puoi effettivamente lanciare tanti velivoli quante sono le lunghe piste. Uno dopo l'altro. Sto ignorando tutte le regole sulla spaziatura minima e simili.
VTOL sembra carino, ma non è necessariamente tutto questo. L'F-35B * ancora * non funziona al 100%. VTOL ha anche lo svantaggio che lo scarico del getto colpisce direttamente il ponte ed è abbastanza caldo da fondere l'acciaio (e le piste, che è un problema per l'USMC che intende utilizzarle a terra). Il Regno Unito ha attualmente due portaerei molto costose ma nessun aereo per loro, e l'USMC ha un supporto aereo limitato, perché ha scelto di ritirare i propri Harrier prima che l'F-35B fosse in funzione.
@Graham, sì, è tutto vero, ma la tendenza è ancora lontana dalla catapulta. Tanto che tu fai notare che la marina britannica non sembra avere nulla da usare sul suo nuovo vettore. Anche se sono abbastanza sicuro che le marine abbiano lo STOBAR funzionante.
"Ci vuole x energia per passare da 0 a velocità di salita. Se quell'energia proviene da" terra "tramite una catapulta o dai motori, non ci sono risparmi reali". Essendo un sistema di propulsione a terra, i motori a reazione sono orribilmente inefficienti. Nell'aria spinto all'indietro va molta più energia che nell'aereo spinto in avanti.
Non dimenticare che il VTOL richiede molta più spinta rispetto al decollo tradizionale. Il decollo orizzontale consente al velivolo di accelerare lungo la pista anche se la spinta è inferiore alla gravità, poiché è diretta perpendicolare alla gravità. Pertanto può accelerare fino a quando il sollevamento dell'ala non supera la gravità. Il VTOL d'altra parte deve avere una spinta sufficiente per superare la gravità. In conclusione, il decollo orizzontale richiede solo una spinta sufficiente per superare la resistenza al rotolamento / aria (e una pista sufficiente per raggiungere la velocità di decollo), ma il VTOL richiede una spinta sufficiente per superare la gravità che è molto maggiore.
@coteyr Potrebbe essere meno una tendenza di un articolo di fede da parte di persone che in realtà non devono combattere la guerra. La Marina degli Stati Uniti ha scelto consapevolmente di restare con le catapulte. La Marina britannica ha effettivamente offerto la tecnologia delle catapulte elettriche per i propri vettori dagli Stati Uniti, ma ha scelto di non prenderla.
@Graham IIRC l'F-35B non è VTOL, è STOVL (Short Take-Off Vertical Landing). Gli Harrier fecero più o meno lo stesso; usavano una catapulta (o una pista) per un (breve) decollo convenzionale ma dovevano bruciare carburante / spendere munizioni / perdere peso significativo prima di poter tentare un atterraggio verticale. Sì, l'Harrier POTREBBE fare VTOL, ma solo se fossero caricati leggermente. Mi aspetto che lo stesso valga per l'F-35B.
#7
+3
Anthony X
2016-08-31 04:29:32 UTC
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Se ci fosse davvero un vantaggio economico o di sicurezza netto, sarebbero già in uso. Le catapulte esistono da abbastanza tempo da essere una tecnologia collaudata quando vengono utilizzate.

Considera che alcune compagnie aeree hanno modificato i loro schemi di verniciatura perché avrebbero eliminato abbastanza peso dall'aereo per risparmiare una quantità significativa di carburante, o aggiungere altro capacità di carico utile. Se hanno esaminato e implementato cose del genere, sono sicuro che le catapulte non sarebbero state trascurate per così tanto tempo.

#8
+3
Koyovis
2017-11-03 21:28:16 UTC
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Sì, ci sarebbero risparmi di carburante, da più fonti:

  • Guadagno di efficienza dal lanciatore a terra.
  • Risparmio di peso grazie alle dimensioni del motore più piccole

Aumento di efficienza. Secondo questo sito, un B747 utilizza 5.700 libbre per il decollo, su un massimo di 422.000 libbre. carburante. Questo è l'1,35% del carburante per un aereo di linea a lungo raggio, la percentuale per un aereo di linea a corto raggio sarebbe più alta. La catapulta o il cavo di traino elettrico dovrebbe ora fornire l'energia al decollo: se alimentato dall'elettricità, l'efficienza è molto più elevata. Si guadagna un fattore superiore a 2 non accelerando l'aria ma l'aereo stesso e la potenza del ciclo combinato è molto più efficiente di una singola turbina a gas. Da wikipedia:

Combinando questi più flussi di lavoro su un singolo albero meccanico che fa girare un generatore elettrico, l'efficienza netta complessiva del sistema può essere aumentata di 50– 60%. Cioè, da un'efficienza complessiva diciamo del 34% (in un singolo ciclo) a un'efficienza forse complessiva del 62,22% (in una combinazione meccanica di due cicli) nell'efficienza termodinamica netta di Carnot. Questo può essere fatto perché i motori termici sono in grado di utilizzare solo una parte dell'energia generata dal loro carburante (di solito meno del 50%). In un normale motore termico (a ciclo non combinato) il calore residuo (ad es. Fumi di scarico caldi) dalla combustione viene generalmente sprecato.

Quindi in un aereo, l ' aria è accelerata da un processo termodinamico con un'efficienza del 35%. Quando viene lanciato da una catapulta, l'aereo viene accelerato da un processo termodinamico con oltre il 60% di efficienza. Il guadagno di efficienza totale è il fattore 2 riportato sopra, per 60/35 = 3,4 volte superiore. Portando a 5.700 / 3.4 = 1.700 libbre necessarie per il decollo con lancio di catapulta. Un potenziale risparmio di 4.000 libbre ad ogni decollo di un B747. Ovviamente, molto di questo è annullato dal fatto che i motori funzionino a velocità che consentono una salita subito dopo il decollo, ma anche un risparmio di 1.000 libbre / aereo pesante fornirebbe un incredibile risparmio annuale in un aeroporto affollato come O ' Lepre.

Risparmio di peso . Airbus sta difendendo questo (ora dietro un muro di autorizzazione). La spinta massima viene utilizzata solo al decollo, un decollo assistito significherebbe motori più leggeri con un consumo di carburante inferiore associato. Dall'articolo:

Ascolta il suono mutevole dei motori durante il volo ed è ovvio: un aereo attinge alle sue riserve di potenza più durante il decollo che in qualsiasi altro momento. La potenza necessaria per il decollo è determinata in base a una serie di fattori, tra cui la lunghezza della pista, la velocità del vento, la temperatura e il peso del velivolo stesso.

Tuttavia, questa potenza di decollo è richiesta solo per un breve porzione del volo totale. Una volta che si naviga nel cielo sopra la testa, un aereo non ha bisogno di tanto per mantenere l'altitudine. Allora perché non procurarsi l'energia necessaria al decollo da un'innovazione installata a terra? È possibile rimuovere il carico (e il peso) dall'aereo stesso?

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Decollo assistito - utilizzando una qualche forma di accelerazione a propulsione - significherebbe che gli aerei potrebbero essere più leggeri, con motori più piccoli che consumano meno carburante.

Quindi ci sarebbe un risparmio di carburante, in aggiunta a quello risparmiato per il decollo.

Per un "go around" o un "wave off" sei sicuro di volere un motore più debole? Come tuo (potenziale) passeggero, sicuramente no.
-1
#9
+1
Nicholas Adams
2016-08-30 20:05:51 UTC
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Finora tutte le risposte sembrano essersi concentrate su un lancio corto, catapulta piatta, proprio come si vedrebbe sul ponte di una portaerei. Questo ha dei difetti elencati da molte risposte, ma se fosse una rampa? Potrebbe essere una superficie piana standard, leggermente rialzata o una rampa curva che cambia l'angolo in modo esponenziale, diciamo che stiamo adattando un aeroporto esistente. Questo ci dà fino a un miglio di orizzontale che potremmo usare per la nostra corsa con la catapulta.

Vantaggi:

  • Può accelerare più lentamente ma su un periodo più lungo, consentendo una corsa più fluida per sia l'aereo che i passeggeri.
  • A seconda che si tratti di una rampa piatta o curva, può lanciarsi fino a poche centinaia di piedi nel cielo con un AOA decente.
  • La velocità di lancio può essere vicina alla velocità massima dell'aereo piuttosto che solo quanto è necessario per farlo volare, risparmiando carburante in quanto è più facile mantenere una velocità che accelerare fino a una.
  • Gli atterraggi possono essere solo in una direzione ma con la gravità frenata assistita, consente una maggiore decelerazione e, si spera, riduce il tempo dalla pista al terminale.
  • Meno probabilità di tagliare la coda quando si atterra poiché l'angolo della rampa renderà la coda proporzionalmente più alta.

Svantaggi:

  • Il tuo aereo potrebbe cadere / essere spinto via dal lato della rampa durante l'atterraggio / decollo.
  • L'aereo convertito non catapulta potrebbe non essere in grado di decollare dal tuo aeroporto una volta che sono atterrati (dipende dalla rampa e dal tipo di aeromobile, nonché dai venti prevalenti).
  • Menzionato in precedenza, ma gli atterraggi praticamente finiscono per essere un aria, quindi se il vento è contro di te, dovrai reindirizzare.

Mitigazione:

  • Costruisci la rampa vicino alla pista esistente ma non sopra di essa. Poiché la fine della rampa è piuttosto alta, potrebbero essere incorporate altre strutture come gli hangar. Ciò consentirebbe di risparmiare spazio e consentirebbe decolli e atterraggi regolari / non assistiti di aeromobili sulla pista regolare, ma potrebbe avere gravi ripercussioni se un aereo dovesse cadere dal lato.
  • Data la lunghezza che abbiamo per la rampa, potremmo usare un qualche tipo di trattore ad alta velocità o pushback invece di una catapulta dedicata che ridurrebbe i tempi di ricarica / calibrazione: lo stesso veicolo rimorchia l'aereo sulla pista e poi guida molto rapidamente con esso (ok, alcune ondate di mano in corso qui ma più "unità catapulte" vaganti sono un'idea che necessita solo di una soluzione).


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