Non è un caso che gli uccelli più grandi non volino. La capacità di volare diminuisce con l'aumentare delle dimensioni, quindi c'è anche un limite massimo per gli aerei. Il motivo principale è che all'aumentare delle dimensioni, le masse aumentano con il cubo della dimensione mentre aumentano le strutture portanti come le sezioni trasversali del longherone alare crescono solo con il quadrato della dimensione. Questa legge di potenza è la più semplice delle leggi di scala.

Poiché i carichi sull'ala di un aereo dipendono non solo dalle sue dimensioni, ma anche da molti più parametri (angolo di attacco, velocità, proporzioni ...), non esiste un confine chiaro e i progressi nei materiali aiutano a spostare il limite di dimensione verso l'alto. Se si provasse a costruire l'aereo più grande del mondo, l'apertura alare potrebbe facilmente essere il doppio di quella che misurano gli aeroplani più grandi di oggi, ma l'utilità di questo aereo sarebbe molto limitata.

Usare questo aereo per i viaggi dei passeggeri aggiungerebbe più restrizioni come il numero di uscite di emergenza e la distanza massima dall'uscita più vicina, ma questo potrebbe essere superato utilizzando diverse fusoliere più piccole. Un aereo a doppio scafo distribuirà anche il peso del carico utile, quindi l'ala subirà un momento flettente della radice ridotto. Passando da questa ( fonte):

a questa ( fonte) :

aumenterebbe immediatamente il limite di dimensione in modo sostanziale. Tuttavia, sarebbero necessarie nuove piste più larghe da cui decollare. E l'aggiunta di più fusoliere alla stessa ala si verificherà presto problemi di fluttuazione.

La prossima indicazione potrebbe essere progetti che sono stati studiati e ritenuti fattibili ma alla fine non sono stati costruiti per ragioni economiche . Qui i più grandi sono i veicoli a effetto suolo: volare lentamente in aria densa aumenta il limite di dimensioni. Il Boeing Pelican era progettato con un'apertura alare di 152 m, e Beriev ne propose uno con una massa al decollo di 2500 t e un'apertura alare di 125,5 m.

Immagino che un'apertura alare di 200 m sia ancora fattibile, e quando distribuisci il peso anche 500 m dovrebbero essere realistici, ma totalmente poco pratici. Prendendo una lezione dalla storia, questo sarebbe un idrovolante multiscafo che vola in effetto suolo, simile ai più grandi detentori del record di aeromobili (monoscafo) degli anni '20.

Sì, esiste un limite superiore, ma tale limite potrebbe cambiare con l'innovazione tecnologica.

Un aeroplano vola a causa del coefficiente di portanza $ L = \ frac12 \ rho v ^ 2 A C_L $, con $ v $ la velocità relativa, che è una combinazione della velocità dell'aereo e della velocità del vento , $ \ rho \ approx 1 \, \ text {kg m} ^ {- 3} $ a un'altezza minima teorica di 5 km (ricorda che la maggior parte degli aerei raggiunge i 10 km, ma ho preso questo un po 'più estremo per mostrare una parte superiore limite), $ A $ l'area e $ C_L $ un coefficiente con un valore tipico inferiore a 2, che potrebbe cambiare con l'innovazione tecnologica.

Quindi gli unici fattori che possiamo influenzare sono $ v $ e $ A $. Tuttavia, se aumentiamo $ A $, la massa $ m $ aumenta più velocemente dell'area $ A $ perché c'è più materiale necessario per evitare la rottura della forma dell'aereo sotto le enormi forze. Aumentando $ A $ quadraticamente si ottiene più di a quadraticamente in $ m $, e quindi in $ L $ necessari.

Se aumentiamo $ v $, abbiamo bisogno di più carburante. La quantità di carburante per unità di distanza aumenta linearmente in $ v $, perché aumenta quadraticamente per unità di tempo in $ v $. Quindi $ L $ aumenta quadraticamente dove $ m $ aumenta solo linearmente. Ciò significa che potremmo fare qualcosa con l'aumento di $ v $. Ciò significa che gli aeroplani devono andare più veloci prima del decollo, il che richiederà corsie di decollo drasticamente più lunghe. Nota che non possiamo continuare ad aumentare $ v $ perché non possiamo perdere il controllo.

In sintesi, le cose che possiamo migliorare sono $ v $, la velocità, $ C_L $, con innovazioni tecnologiche e $ \ rho $ abbassando l'altezza di volo. Tuttavia, non è pratico.

Teoricamente, illimitato (ben più grande di quanto sia praticamente necessario) ...

TL; DR

Gli aeroplani scalano abbastanza bene e sarebbe fisicamente possibile costruire e aeroplani di qualsiasi dimensione. Certo, ci sono alcune cose che entrano in gioco dal punto di vista della struttura, ma ci sono sicuramente dei modi per aggirarlo. Potrebbe essere necessario allontanarsi dalla tradizionale fusoliera singola, due ali e design empennage, ma non di meno.

Ci sono molti fattori realistici che ti ostacoleranno prima ancora che tu debba progettare un simile aereo.

1. Non hai abbastanza soldi per costruire un simile aereo
2. Boeing non ha abbastanza soldi per costruire un simile aereo
3. Juan Trippe non ha alcun interesse in un simile aereo, quindi probabilmente non c'è motivo per costruirlo.
4. Non ci sono piste in grado di gestire un simile aereo. Aerei come l'A380 e il 747 sono già limitati dalla lunghezza della pista / capacità di carico. Avresti bisogno di modificare le piste per gestire qualcosa di significativamente più grande. Questo ovviamente presuppone che atterri in modo simile alla maggior parte degli aerei di linea (cioè non VTOL)
5. Che rotta volerà? Gli aerei non hanno le dimensioni che sono perché non possiamo costruirli più grandi, sono le dimensioni che sono perché le rotte impongono che siano di tali dimensioni. Hai davvero bisogno di spostare 1.000 persone contemporaneamente su un determinato percorso? Quante rotte hanno questa densità di viaggio?

Diamo un'occhiata a questo ipoteticamente, Jamiec fa un ottimo punto sul fatto che un aereo con una capacità superiore a 7 miliardi sarebbe un po 'inutile, quindi prendiamolo come massimo. XKCD e se copre questo argomento in una domanda simile e stima che, spalla a spalla, tutte le persone sulla terra occupino all'incirca le dimensioni del Rhode Island. Per amor di discussione, diciamo che avresti bisogno di posti a sedere e servizi igienici e cosa no per così tante persone, quindi per far stare tutti sulla terra in un aereo avresti bisogno forse del doppio delle dimensioni di Rhode Island o un po 'di più. A differenza di questa domanda, possiamo costruire in modo che una storia di 4-8 (o qualsiasi quantità) di aereo sia plausibile. La persona FAA media pesa circa 180 lb (81,65 kg), quindi dovresti sollevare

1.260.000.000.000 lb o 630.000.000 tonnellate (572.000.000.000 di kg o 572.000.000 di tonnellate metriche)

Per fornire un quadro di riferimento, l'A380 ha un carico utile strutturale massimo di 330.300 lb (149.822 kg). Tieni presente che questo è solo il carico utile, devi anche sollevare il peso della cellula, dei motori e del carburante (se in realtà vuoi andare ovunque). Quindi fondamentalmente avresti bisogno di un aereo multilivello vicino alle dimensioni del Rhode Island che avesse la maggior parte della spinta combinata disponibile sul pianeta e abbastanza liquore per mantenere tutti calmi durante il volo.

Il problema strutturale per alcuni aspetti si riduce al carico alare. Un limite comunemente autoimposto oggigiorno è che la maggior parte degli aerei sono tipici monoplani a sbalzo ad ala bassa, quindi vediamo le cose in relazione a questo. In altre parole, la fusoliera può sollecitare i punti di montaggio delle ali e le ali sono generalmente lunghe e basse, ma non c'è nulla che ci impedisca di utilizzare un design alternativo con più ali o un design del corpo di sollevamento completo per realizzare la struttura di cui abbiamo bisogno. In quanto tale l'idea di grandi ali può essere superata e storicamente è così che il problema è stato risolto nella prima aviazione (tri-aerei, ecc ...) Il problema del peso (da un punto di vista pratico) è qualcosa di cui ci occupiamo per ragioni di efficienza . Se stiamo solo costruendo un aereo gigante possiamo usare jet, razzi e tutti i modi di dispositivi ad alta spinta per scopi scientifici. Potresti pilotare un aereo di cemento se avesse la forma giusta e avessi abbastanza spinta.

Ricorda se Thrust> Drag and Lift> Weight volerai (l'ho imparato il primo giorno alla scuola di volo). Farlo in modo controllato e organizzato ha richiesto molto più tempo per imparare ...

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Poiché la domanda è stata modificata per coinvolgere il conteggio dei passeggeri, ci sono altro problema che affiora.

1. Devi caricare e scaricare realisticamente l'aereo, il che richiede tempo. Un aereo che impiega troppo tempo per caricare e scaricare non sarà economico da usare.
2. Peso ( Gli americani stanno ingrassando) (vedi sopra)
3. Hai bisogno di un motivo per spostare così tante persone così lontano tutte in una volta.
4. A seconda della lunghezza del volo è necessario considerare cibo, acqua e servizi igienici per accogliere tutti (i serbatoi dei rifiuti non sono infinitamente grandi).
5. Ci sono anche abbastanza persone in un posto? Gli aerei spostano le persone (e spesso le cose) da un luogo all'altro, ma prendiamo ad esempio New York, che ha una popolazione di circa 8,5 milioni di persone, le probabilità che vadano tutte nello stesso posto contemporaneamente è vicino allo 0%. Quindi non hai bisogno di un aereo da 8,5 milioni di passeggeri, ma puoi iniziare un po 'più piccolo.

Dal punto di vista della compagnia aerea (le persone che effettivamente acquistano) aerei come il 747 sono già abbastanza grandi e abbastanza costosi. Il 747 Boeing quasi in bancarotta all'epoca, ma da allora ha avuto un discreto successo. L'A380 è abbastanza nuovo ma sarà interessante vedere come cambierà il gioco.

Certamente un aereo non può essere più grande della Terra. Direi anche che un aereo lungo 10 miglia è abbastanza inutile, perché è necessario disporre di un mezzo di trasporto al suo interno per trasportare tutti i passeggeri sui loro posti. Anche un aeroporto per mantenere questi luoghi dovrebbe essere grande. Pertanto le limitazioni non derivano dal peso / potenza di sollevamento, ma dall'uso pratico di aerei così grandi.

Una città volante, come quelle proposte da Georgii Krutikov.

Poiché la maggior parte dei problemi sembra essere correlata al decollo e all'atterraggio, meglio probabilmente sarebbe quello di mantenere un aereo così gigante costantemente in volo, molto alto dove l'aria è più stabile e comporre più moduli che potrebbero decollare in modo indipendente e poi unirsi a quel più grande "castello volante" - come una stazione spaziale. L'attracco sembra complicato ma dovrebbe essere possibile in quanto è possibile il rifornimento di carburante.

Questo castello potrebbe essere a energia solare o nucleare, ad esempio.

È più difficile pensare a quale sarebbe l'uso di esso.

Il Convair XC-99, versione cargo e passeggeri del bombardiere B-36, è stato rifiutato dalle compagnie aeree, dicono, perché gli aeroporti non erano preparati a gestire oltre 200 passeggeri e il loro bagaglio che sbarcava allo stesso tempo, uno dei principali i problemi nell'Airbus gigante potrebbero essere che è vicino alla larghezza del sottocarro ad alcune piste di atterraggio, ricordi a una portaerei di decollare e atterrare dal ponte di una portaerei quando guardi un Airbus 380.

Il tipo di decollo e atterraggio di Saab Viggen, progettato per operare eventualmente dalle autostrade svedesi, non è accettabile per i voli commerciali, e il vortice marginale nelle punte dell'Airbus 380 è così potente, che l'aeroporto deve essere chiuso per alcuni minuti dopo che uno di questi giganti lo ha utilizzato, in al fine di evitare che un aeroplano più piccolo venga abbattuto quando entra nella turbolenza, limitando così il vantaggio dell'aeroplano balena in passeggeri al giorno in questo aeroporto.

Per quanto riguarda le macchine volanti di grandi dimensioni, potrebbe essere necessario guardare a Sci-Fi e scrittori di UFO, ad esempio, 'Rendezvous with Ram a ', o il caso di un pilota di volo commerciale, se ricordo bene, che andava da Barcellona a Pamplona, ​​in Spagna, che osservava una nuvola rotonda stazionaria librarsi alta sopra un lago diga, che attirava la sua attenzione, e riferiva di aver richiesto il permesso dall'aria torre di controllo del traffico per ruotare di 360º intorno alla nuvola. Ha concluso che la nuvola non era una nuvola, ma un oggetto metallico di un chilometro e mezzo di dimensioni (scusate, non so se fosse di diametro o circonferenza), questo è davvero molto più grande del Kalinin K-7, un bombardiere pesante costruito nel 1933, che si è schiantato per un guasto strutturale dovuto a una collisione a mezz'aria con un aeroplano più piccolo.

Chissà quale sarà il futuro in termini di dimensioni dell'aereo?

In alla fine, come nel film: "La Rolls-Royce gialla", "Il domani non arriva mai"

_{(fonte: h-cdn.co)}

Si tratta di grande quanto puoi costruire un aeroplano convenzionale. Il peso dell'ala richiede una pendenza dell'ala verso il basso, che non può essere sostenuta per taglie più grandi.

Assumendo questo vincolo, ci imbattiamo in altri problemi. Con un flusso d'aria perfettamente laminare, un'ala può essere estesa all'infinito. In realtà, però, ci saranno piccole irregolarità che metteranno a dura prova la vela.

Questo è un YB-49. Successivamente si è rotto in volo a causa della sollecitazione dei materiali durante un'immersione.

_{(fonte: check-six.com)}

La matematica esatta sarebbe difficile, a causa della complessità della dinamica dei fluidi. Ma non credo che potresti costruire un aeroplano largo un miglio senza che si rompa al primo volo.

Un elicottero o un razzo è una questione diversa, perché non richiede un'ala.

I limiti di cui chiedi sono stati spinti dall'antonov. Qualunque cosa più grande di quella è certamente possibile ma non molto economica e potrebbe non essere sicura. Mentre l'economia globale sta sciogliendo i ghiacci e alcune zone solide qua e là, sarebbe un esperimento molto inadatto da giustificare. Piuttosto dirottare i fondi per migliorare gli attuali aeroplani potrebbe avere un risultato migliore rispetto a un aumento delle dimensioni.

Un aereo più grande potrebbe esistere come fondamentalmente 2 aerei incollati insieme liberamente fianco a fianco con giunto flessibile e computer per gestire con attenzione motori e controlli per evitare che tutti i pezzi si rompano ... potresti estenderlo rendendo flessibile l'intero aereo ala che segue la curva della terra.

Un aereo più grande potrebbe essere principalmente un dirigibile "più leggero dell'aria" che è un po 'più pesante dell'aria e che utilizza il movimento in avanti del "corpo in sollevamento" per ottenere un po' di portanza in più necessario per salire.

"Limiti" possono essere superati ma il risultato finale diventa sempre meno pratico oltre una certa dimensione.

"Esiste una dimensione massima possibile per un aeroplano?"

Supponendo che il contesto della domanda sia aeroplani che volano nei cieli del pianeta terra, la risposta è "sì". Un aeroplano molto più grande della Terra non potrebbe mai volare nell'atmosfera terrestre.