Domanda:
Quali sono i fattori che limitano il tempo di permanenza in volo di un aereo?
D__
2013-12-22 07:34:01 UTC
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Il più ovvio è il carburante. Molti aerei militari moderni, tuttavia, sono in grado di fare rifornimento a mezz'aria. L'affaticamento dell'equipaggio, un altro ovvio, può essere affrontato anche ruotando fuori un equipaggio, ed è un non problema negli aerei senza pilota.

La domanda quindi è: quali fattori impedirebbero a un aereo di rimanere a mezz'aria indefinitamente? Esistono fattori di questo tipo che non possono essere affrontati e che renderebbero impossibile progettare un aereo che possa rimanere in piedi a tempo indeterminato, o almeno per un tempo eccezionalmente lungo?

L'affaticamento dell'equipaggio può anche essere affrontato con la dextroamphetamine, le cosiddette "pillole per il go" in uso dai militari.
Ahia. So che non mi piace questo commento, ma è veritiero.
Nota che non possiamo nemmeno costruire ponti che restano "aperti" a tempo indeterminato senza una manutenzione costante. E non abbiamo ancora imparato la manutenzione a mezz'aria.
Sei risposte:
#1
+15
kevin42
2013-12-22 08:59:40 UTC
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La manutenzione è probabilmente il problema più grande. I tipi di manutenzione necessari e i guasti a cui potrebbero derivare la mancata esecuzione di tali passaggi dipendono dal design del velivolo.

Ad esempio, su un motore a pistoni utilizzato in un piccolo aereo:

Il motore avrà bisogno di sostituire l'olio ad un certo punto e, a meno che non sia stato creato un sistema per ciclare con olio nuovo in volo, questa è probabilmente la prima cosa che si romperà dopo l'equipaggio e il carburante (come hai detto). La rottura dell'olio porterà a un guasto precoce del motore.

I filtri del carburante e dell'aria si intasano, provocando lo spegnimento del motore.

Con conseguente usura del motore. Alla fine le fasce elastiche, i sistemi di accensione, ecc. Si consumeranno.

Puoi migliorare la tua risposta discutendo anche della manutenzione del telaio dell'aria (fatica del metallo, ecc.). L'unico motivo per cui lo dico è perché gli alianti sono diventati così ben progettati che alcuni possono rimanere in aria indefinitamente perché non usano carburante. Allo stesso modo, un motore elettrico è una centrale elettrica che richiede poca manutenzione e, con motori e pannelli solari sempre più efficienti, prevedo che non passerà molto tempo (un decennio?) Prima che qualcuno realizzi un aereo autosufficiente a energia solare. In questo caso dovrai anche tornare agli intervalli di manutenzione per il telaio dell'aria.
@MishaP Ci sono già stati alcuni esempi di aeromobili ad energia solare in grado di rimanere in volo 24 ore su 24, 7 giorni su 7. Vedi la mia risposta per maggiori informazioni ed esempi.
#2
+14
voretaq7
2013-12-22 11:08:24 UTC
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Il pilota.

Sul serio. Lo sei.
Per motivi di argomentazione (assurda), supponiamo di costruire qualcosa di simile a un U-2 con materiali compositi ultra resistenti e super leggeri: facciamolo aliante puro (è abbastanza vicino comunque, e ora non abbiamo motore o altro che intralci la strada e fallisca!), E useremo solo le scimmie cappuccine di fabbrica con il miglior vassoio per garantire un assemblaggio perfetto in modo che tutte le parti facciano il loro lavoro esattamente in base al progetto.

Abbiamo un aliante da un milione di ore e abbiamo appena lasciato cadere un pilota volontario di sfortunata vittima a 50.000 piedi con un top-secret sistema di supporto vitale che darà loro calore, aria, acqua, una buona cena a base di bistecca ogni sera e si prenderà cura anche di quello strano desiderio umano di non sedersi nei nostri prodotti di scarto.

Potresti - in questo aereo miracoloso teorico, cavalca correnti d'aria, termiche, correnti ascensionali (per i pazzi), ecc. e rimani in volo praticamente indefinitamente, ma alla fine il nostro volontario si ammalerà di bistecca o inizierà a ricevere piaghe da decubito / coaguli di sangue / cra mps dal sedile, o semplicemente stancarsi di cercare la prossima corrente ascensionale per mantenere l'aliante in alto.

Se rendiamo il tutto telecomandato con un generatore eolico per alimentare i controlli, potremmo scambiarlo i piloti e forse lo faranno andare avanti per anni, ma non è un granché un "aeroplano" se non c'è nessuno che lo pilota, solo un altro drone.


In definitiva ogni altro fattore che puoi inventare è sarà subordinato alla resistenza degli umani a bordo - poiché molti dei piloti GA con cui esco amano sottolineare che molti di noi volano in aereo hanno facilmente 4-5 ore di autonomia nel carburante, ma la maggior parte di noi solo avere una vescica di 2-3 ore (e nessuna macchina di supporto vitale che serve bistecche magiche. Devi comprarmene uno per Natale ...).

La stanchezza del pilota non è un fattore limitante per i veicoli aerei senza pilota. In alcuni casi gli UAV vengono pilotati da bunker dove puoi facilmente cambiare pilota a brevi intervalli indefinitamente, usare i bagni, mangiare e fare qualunque cosa facciano gli umani. In altri, gli UAV possono mantenere la stazione in modo completamente autonomo senza alcun input del pilota.
@MishaP La stanchezza umana è ancora un fattore, anche per gli UAV (anche se è vero che è molto meno importante - potresti avere un villaggio di piloti di supporto, quindi stai bene a meno che non scoppi un'epidemia di influenza). Gli UAV autonomi spingono ulteriormente la busta, ma richiedono ancora un certo livello di monitoraggio (per evitare che mantengano la stazione mentre arriva un temporale e fa scattare le ali). Una volta che gli UAV autonomi sono veramente 100% autonomi, possiamo tornare alla manutenzione e a fattori fisici :-)
D'accordo, anche se a quel punto penso che la domanda possa essere cambiata in "Come facciamo a uccidere quel drone terminator completamente autonomo deciso a sterminare l'umanità" =).
Sono solo un laico, ma questo è piuttosto sorprendente. Considera la Volvo Ocean Race, dove una squadra di 9 persone potrebbe navigare su una barca di 65 piedi per 10 mesi di fila. Un aereo di grandi dimensioni potrebbe certamente fornire più comfort di una barca di 65 piedi. Può un aereo reale (non un aliante, la domanda menzionata rifornimento) può davvero volare per 10 mesi (50k ore) di fila?
@raptortech97 Teoricamente l'Air Force One può essere rifornita di carburante e rimanere in volo "indefinitamente" se assumiamo 2 o 3 equipaggi di volo a bordo (soggetti ai limiti delle forniture a bordo - cibo, acqua potabile, ecc ovviamente - ancora una volta, gli umani sono il fattore limitante ). Sono sicuro che * alla fine * ci sarebbe stato un guasto meccanico (o più probabilmente una serie di essi) che ha richiesto all'aereo di atterrare (o schiantarsi), ma è concepibile che l'aereo potesse volare per mesi prima che accadesse ...
#3
+13
Radu094
2014-03-28 15:21:30 UTC
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Stranamente, un malfunzionamento del riscaldamento della cabina (era inverno) è stato probabilmente ciò che ha portato a porre fine all'attuale detentore del record di resistenza, un Cessna 172, a 64 giorni, 22 ore e 19 minuti ( che tra l'altro è una grande storia da leggere in sé)

Se non l'hai detto, stavo per farlo.
Wow. Solo wow. È una storia incredibile.
#4
+6
BeowulfNode42
2014-01-21 14:40:37 UTC
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I fattori e le soluzioni sono

  • pilota: ci sono alcune opzioni
    • che lo rendono un veicolo aereo senza pilota (UAV).
    • e / oppure farlo in modo che possa essere intercettato a metà volo per cambi di equipaggio e rifornimenti.
    • e / o renderlo autosufficiente. Ciò richiederebbe un aereo massiccio se fosse possibile, certamente non al momento (2014), anche se un'autosufficienza parziale potrebbe essere fattibile con la tecnologia odierna.
  • fuel: make è solare. Gli aerei solari possono immagazzinare energia sotto forma di altitudine e / o batterie per rimanere in volo di notte. La vita di un pannello solare è generalmente considerata di circa 50 anni, momento in cui producono il 50% della loro potenza originale. Ci sono stati alcuni esempi come il NASA Helios che potrebbe rimanere in volo 24 ore su 24, 7 giorni su 7.
  • evitare il maltempo: deve essere abbastanza veloce da togliersi di mezzo
  • materiali di consumo: come olio / grasso, ecc.
    • utilizzare cuscinetti senza contatto dove è possibile ridurre la necessità. Non è possibile sostituirli tutti a causa delle instabilità intrinseche dei cuscinetti senza contatto. È particolarmente problematico con i cuscinetti attorno ad alberi ad alta potenza / carico come i cuscinetti reggispinta responsabili dell'impedimento dell'estrazione dell'albero dell'elica dall'aereo.
    • Potresti anche fornire sistemi per il rifornimento di questi materiali di consumo.
  • usura delle parti mobili:
    • limita il numero di parti mobili. I motori elettrici possono essere costruiti con una sola parte mobile
    • fornire sistemi per portare i ricambi a bordo e installarli con i droidi di manutenzione (sì, come la funzione per cui doveva essere R2D2), o con il personale di manutenzione che servirà anche un modo per salire e scendere dall'aereo.
  • affaticamento del materiale come parti che stanno sviluppando fratture da fatica e anche materiali che subiscono danni causati dalle intemperie (ad es. degradazione di plastica / vernice a causa della luce UV o corrosione del metallo): questo è duro perché non riesco a pensare a componente strutturale critico come un longherone alare in volo. Le riparazioni possono essere effettuate fornendo temporaneamente un'integrità strutturale alternativa (si pensi a qualcosa di simile a un'impalcatura ma fornendo supporto strutturale intorno all'area interessata) mentre le riparazioni del materiale in situ vengono effettuate nell'area danneggiata.

La manutenzione è il problema più grande. Titan Aerospace offre aerei UAV che possono rimanere in volo per 5 anni alla volta. Fondamentalmente può rimanere in volo finché non si rompe come ha fatto l ' Helios della NASA. In sostanza, il pensiero corrente è di renderlo relativamente economico e senza personale mentre calcoliamo l'aspettativa di vita media di queste cose in modo da poterle portare per la riparazione / disattivazione.

#5
+3
fooot
2014-03-27 00:53:34 UTC
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Teoria

Come osserva voretaq7, i piloti sono il primo fattore limitante qui. Possiamo mettere sott'acqua un equipaggio di sottomarini per 3 mesi alla volta. Potremmo fare lo stesso su un aereo? Forse un giorno. La Stazione Spaziale Internazionale è un esempio di ciò che è possibile per quanto riguarda le rotazioni dell'equipaggio. Ovviamente, l'energia necessaria per volare nell'atmosfera e la manutenzione esterna pongono alcuni problemi a un aereo.

Per quanto riguarda la manutenzione, gli aerei di linea vanno 500-800 ore tra il loro minimo controlli di livello A. Tuttavia, vengono anche sottoposti a manutenzione ordinaria ad ogni fermata. Gli elementi meccanici o elettronici che si guastano vengono sostituiti e vengono eseguiti controlli minori. I motori hanno bisogno di olio, i sistemi idraulici devono essere riforniti.

Queste sono tutte decisioni prese come parte del processo di progettazione dell'aeromobile. Rendendo i sistemi più robusti, aggiungendo capacità per i materiali di consumo come l'olio motore, questi intervalli possono essere estesi. È possibile utilizzare materiali come i compositi meno suscettibili alla corrosione o alla fatica. I motori elettrici richiedono molta meno manutenzione rispetto ai motori a getto o a pistoni e l'elettricità può provenire dai pannelli solari.

Dipende solo dal design di un aereo. Teoricamente, una resistenza "indefinita" è certamente possibile. Probabilmente dovrebbe essere senza pilota, ma con un design strutturale e di propulsione robusto, potrebbe accadere. Tuttavia, alla fine tutto fallirà o si logorerà, e senza un equipaggio o un sistema per sostituire i componenti, questo sarà il fattore limitante.

Esempi

Per quanto riguarda i voli commerciali, ci è un articolo di Wikipedia che elenca i voli di linea più lunghi per distanza, tipo di aereo e compagnia aerea (e anche i voli di linea più brevi, solo perché). Il volo di durata più lunga è DAL201, da Johannesburg ad Atlanta di 16 ore e 55 minuti su un 777-200LR (attualmente l'aereo di linea con la maggiore autonomia).

Con il rifornimento aereo, la resistenza aumenta. Il B-2 ha effettuato missioni di almeno 25 ore, con un equipaggio di 2. Atterrando per una sosta di carburante (ma senza spegnimento del motore), la missione più lunga è di 44 ore. La missione di addestramento più lunga in assoluto è stata di 50 ore. I piloti si addestrano ampiamente per poter volare in queste missioni.

Il B-52 ha una missione simile e ha volato missioni fino a 35 ore. Nonostante sia un aereo monoposto, l'F-117 ha effettuato voli di oltre 18 ore.

Degno di nota è anche il Rutan Voyager, il primo aereo a volare senza scalo in tutto il mondo. L'equipaggio di 2 persone ha impiegato 9 giorni per ottenere questo risultato.

L'aereo Solar Impulse è attualmente in fase di sviluppo e ha effettuato un volo di 26 ore con 1 pilota.

#6
+2
Thunderstrike
2014-03-28 15:34:37 UTC
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C'era infatti un esperimento per mantenere i velivoli in funzione per settimane, utilizzando i reattori nucleari per produrre energia.

Ho sentito alcune versioni, ma credo che gli americani non siano mai riusciti a farlo funzionare, ma i russi sì (ho sentito dire che la maggior parte dei loro equipaggi è stata irradiata a morte nel processo), anche se ho letto altre fonti nessuna delle due parti è riuscita a farlo funzionare, quindi sono abbastanza sicuro a chi credere. In ogni caso, resistenza e portata virtualmente illimitate.

nuclear-plane

Immagino che ciò avrebbe significato che, se ci fossero riusciti, sarebbero potuti rimanere in piedi fino a quando la maggior parte dei sottomarini è rimasta a terra (che penso siano tipo tre mesi) ... forse qualcosa da provare con droni senza pilota, dove potrei immaginare che potrebbe rimanere più a lungo, condizioni del motore permettendo :)

ps. Non riesco a trovare nessuna buona fonte al riguardo, ma penso che TU Delft stesse sviluppando un drone per una missione di 365 giorni con un'attività di sorveglianza ambientale.

Fonte 1 / Fonte 2



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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