Pregunta:
¿Cuáles son los factores que limitan el tiempo que un avión puede permanecer en el aire?
D__
2013-12-22 07:34:01 UTC
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El más obvio es el combustible. Sin embargo, muchos aviones militares modernos son capaces de repostar en el aire. La fatiga de la tripulación, otra obvia, también se puede abordar mediante la rotación de una tripulación, y no es un problema en los aviones no tripulados.

Por tanto, la pregunta es, ¿qué factores impedirían que una aeronave permanezca en el aire indefinidamente? ¿Existen factores de este tipo que no se pueden abordar y que harían imposible diseñar una aeronave que pudiera permanecer en funcionamiento indefinidamente, o al menos durante un tiempo excepcionalmente largo?

La fatiga de la tripulación también se puede abordar con dextroanfetamina, las llamadas "píldoras del go" que utilizan los militares.
Ay. Sé que no me gusta este comentario, pero es veraz.
Tenga en cuenta que ni siquiera podemos construir puentes que permanezcan "arriba" indefinidamente sin un mantenimiento constante. Y aún no hemos dominado el mantenimiento en el aire.
Seis respuestas:
#1
+15
kevin42
2013-12-22 08:59:40 UTC
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El mantenimiento es probablemente el mayor problema. El tipo de mantenimiento que se necesita y las fallas a las que conducirá no realizar esos pasos depende del diseño de la aeronave.

Por ejemplo, en un motor de pistón utilizado en una aeronave pequeña:

El motor necesitará aceite reemplazado en algún momento y, a menos que se haya creado un sistema para ciclar con aceite nuevo en vuelo, esto es probablemente lo primero que se descompondrá después de la tripulación y el combustible (como mencionaste). La descomposición del aceite provocará una falla temprana del motor.

Los filtros de aire y combustible se obstruirán, lo que provocará que el motor se apague.

Lo que conduce al desgaste del motor. Eventualmente, los anillos de pistón, los sistemas de encendido, etc. se desgastarán.

Puede mejorar su respuesta discutiendo también el mantenimiento del marco de aire (fatiga del metal, etc.). La única razón por la que digo esto es porque los planeadores se han diseñado tan bien que algunos pueden permanecer en el aire indefinidamente porque no usan combustible. De manera similar, un motor eléctrico es una planta de energía de muy bajo mantenimiento, y con motores y paneles solares cada vez más eficientes, predigo que no pasará mucho tiempo (¿una década?) Antes de que alguien construya un avión autosuficiente con energía solar. En este caso, también tendrá que recurrir a los intervalos de servicio para el armazón neumático.
@MishaP Ya ha habido algunos ejemplos de aviones con energía solar que pueden permanecer en el aire las 24 horas del día, los 7 días de la semana. Vea mi respuesta para obtener más información y ejemplos.
#2
+14
voretaq7
2013-12-22 11:08:24 UTC
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El piloto.

En serio. Lo eres.
Por el bien del argumento (absurdo), digamos que construimos algo parecido a un U-2 con compuestos ultrarresistentes y superligeros. planeador puro (de todos modos está lo suficientemente cerca, ¡y ahora no tenemos motor ni nada que se interponga en el camino y fallar!), y usaremos solo los monos capuchinos de fábrica con mejor entrenamiento para garantizar un ensamblaje perfecto para que todas las partes hagan su trabajo exactamente según el diseño.

Tenemos un planeador de más de un millón de horas, y acabamos de dejar a una desventurada víctima piloto voluntario en, digamos, 50.000 pies con un ultrasecreto sistema de soporte vital que les dará calor, aire, agua, una buena cena de bistec todas las noches e incluso se encargará de ese extraño deseo humano de no sentarse en nuestros propios productos de desecho.

Podrías - en este maravilloso avión teórico, monta corrientes de aire, térmicas, corrientes ascendentes de tormenta (para los locos), etc. y permanece en el aire casi indefinidamente, pero eventualmente nuestro voluntario se cansará del bistec o comenzará a tener úlceras de decúbito / coágulos de sangre / cra mps desde el asiento, o simplemente cansarse de buscar la siguiente corriente ascendente para mantener el planeador en alto.

Si hacemos que todo sea controlado a distancia con un generador de turbina eólica para alimentar los controles, podríamos intercambiar pilotos y posiblemente mantenerlo en marcha durante años, pero no es un gran "avión" si no hay nadie volando, solo otro dron.


En última instancia, cualquier otro factor que se te ocurra es Estará subordinado a la resistencia de los humanos a bordo, ya que a muchos de los pilotos de GA con los que me relaciono les gusta señalar que muchos de nosotros volamos en aviones fácilmente tenemos 4-5 horas de resistencia al combustible, pero la mayoría de nosotros solo tener una vejiga de 2-3 horas (y ninguna máquina mágica de soporte vital para servir filetes). Tengo que comprarme uno de esos para Navidad ...).

La fatiga del piloto no es un factor limitante para los vehículos aéreos no tripulados. En algunos casos, los UAV se pilotean desde búnkeres donde puede cambiar fácilmente de piloto en intervalos cortos de forma indefinida, usar los baños, comer y hacer lo que hagan los humanos. En otros, los UAV pueden mantener la estación de forma completamente autónoma sin la intervención del piloto.
@MishaP La fatiga humana sigue siendo un factor, incluso para los vehículos aéreos no tripulados (aunque dado que es un factor mucho menor, podría tener una aldea de pilotos de apoyo, por lo que está bien a menos que estalle una epidemia de gripe). Los UAV autónomos empujan el sobre aún más, pero aún requieren cierto nivel de monitoreo (no sea que se mantengan en posición mientras llega una tormenta y les quita las alas). Una vez que los UAV autónomos sean realmente 100% autónomos, podemos recurrir al mantenimiento y a los factores físicos :-)
De acuerdo, aunque en ese punto creo que esta pregunta podría cambiarse a "¿Cómo matamos a ese dron terminador completamente autónomo empeñado en exterminar a la humanidad" =).
Solo soy un lego, pero esto es bastante sorprendente. Considere la carrera Volvo Ocean, donde un equipo de 9 personas podría navegar en un bote de 65 pies durante 10 meses seguidos. Sin duda, un avión grande podría proporcionar más comodidad que un barco de 65 pies. ¿Puede cualquier avión real (no un planeador, la pregunta mencionaba el reabastecimiento de combustible) realmente volar durante 10 meses (50k horas) seguidos?
@raptortech97 Teóricamente, el Air Force One se puede repostar y permanecer en el aire "indefinidamente" si asumimos que hay 2 o 3 tripulaciones de vuelo a bordo (sujeto a los límites de suministros a bordo - comida, agua potable, etc. por supuesto - nuevamente, los humanos son el factor limitante ). Estoy seguro de que * eventualmente * habría una falla mecánica (o más probablemente una serie de ellas) que requirieron que el avión aterrizara (o se estrellara), pero es concebible que el avión pudiera volar durante meses antes de que eso sucediera ...
#3
+13
Radu094
2014-03-28 15:21:30 UTC
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Curiosamente, un mal funcionamiento de la calefacción de la cabina (era invierno) fue probablemente lo que acabó con el actual poseedor del récord de resistencia, un Cessna 172, a los 64 días, 22 horas y 19 minutos ( que, por cierto, es una gran historia para leer en sí misma)

Si no mencionaste esto, lo haría.
Guau. Simplemente guau. Esa es una historia asombrosa.
#4
+6
BeowulfNode42
2014-01-21 14:40:37 UTC
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Los factores y las soluciones son

  • piloto: hay algunas opciones
    • convertirlo en un vehículo aéreo no tripulado (UAV).
    • y / o hacer que pueda ser interceptado en pleno vuelo para cambios de tripulación y suministros.
    • y / o hacerlo autosuficiente. Esto requeriría una aeronave masiva si es posible, ciertamente no en este momento (2014), aunque la autosuficiencia parcial podría ser factible con la tecnología actual.
  • fuel: make es solar. Los aviones solares pueden almacenar energía como altitud y / o baterías para permanecer en el aire durante la noche. La vida de un panel solar generalmente se considera alrededor de 50 años, momento en el que producen el 50% de su energía original. Ha habido algunos ejemplos como el Helios de la NASA que podría permanecer en el aire las 24 horas del día, los 7 días de la semana.
  • Evitar el mal tiempo: debe ser lo suficientemente rápido para salir del camino
  • consumibles: como aceite / grasa, etc.
    • use cojinetes sin contacto donde pueda para reducir la necesidad. No puede reemplazarlos todos debido a las inestabilidades inherentes de los rodamientos sin contacto. Es particularmente problemático con cojinetes alrededor de ejes de carga / alta potencia, como cojinetes de empuje responsables de evitar que el eje de la hélice se salga de la aeronave.
    • También podría proporcionar sistemas para reponer estos consumibles.
  • Desgaste de piezas móviles:
    • Limite el número de piezas móviles. Los motores eléctricos se pueden construir con solo una parte móvil
    • proporcionan sistemas para llevar reemplazos a bordo e instalarlos con droides de mantenimiento (sí, como la función para la que se suponía que era R2D2), o con equipo de mantenimiento también necesitará una forma de entrar y salir del avión.
  • fatiga del material, como piezas que están desarrollando fracturas por fatiga y también materiales que sufren daños climáticos (por ejemplo, plásticos / pintura que se degradan debido a la luz ultravioleta o la corrosión del metal): este es resistente ya que no puedo pensar en nada para reemplazar un componente estructural crítico como un larguero de ala en vuelo. Es posible que se puedan realizar reparaciones proporcionando temporalmente integridad estructural alternativa (piense en algo como un andamio pero proporcionando soporte estructural alrededor del área afectada) mientras que las reparaciones de materiales in situ se realizan en el área dañada.

El mantenimiento es el mayor problema. Titan Aerospace ofrece aviones UAV que pueden permanecer en el aire durante 5 años seguidos. Básicamente, puede permanecer en vuelo hasta que se rompa como lo hizo el Helios de la NASA. Básicamente, el pensamiento actual es hacerlo relativamente barato y sin personal mientras calculamos la esperanza de vida promedio de estas cosas para poder llevarlas a reparar / desmantelar.

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

Como señala voretaq7, los pilotos son el primer factor limitante aquí. Podemos poner a la tripulación de un submarino bajo el agua durante 3 meses seguidos. ¿Podríamos hacer lo mismo en un avión? Tal vez algún día. La Estación Espacial Internacional es un ejemplo de lo que es posible en cuanto a rotaciones de tripulaciones. Por supuesto, la energía para volar en la atmósfera y el mantenimiento externo plantearían algunos problemas para una aeronave.

En lo que respecta al mantenimiento, los aviones de pasajeros pasan 500-800 horas entre sus bajas controles de nivel A. Sin embargo, también se someten a un mantenimiento de rutina en cada parada. Los elementos mecánicos o electrónicos que fallan se reemplazan y se realizan comprobaciones menores. Los motores necesitan aceite, los sistemas hidráulicos deben reponerse.

Todas estas son decisiones que se toman como parte del proceso de diseño de la aeronave. Al hacer que los sistemas sean más robustos, al agregar capacidad para consumibles como aceite de motor, estos intervalos se pueden extender. Se pueden utilizar materiales como compuestos que son menos susceptibles a la corrosión o la fatiga. Los motores eléctricos necesitan mucho menos mantenimiento que los motores a reacción o de pistón, y la electricidad puede provenir de paneles solares.

En realidad, todo se reduce al diseño de un avión. En teoría, es ciertamente posible una resistencia "indefinida". Probablemente tendría que ser sin tripulación, pero con un diseño estructural y de propulsión robusto, podría suceder. Sin embargo, todo fallará o se desgastará eventualmente, y sin una tripulación o algún sistema para reemplazar componentes, ese será el factor limitante.

Ejemplos

En cuanto a vuelos comerciales, hay es un artículo de Wikipedia que enumera los vuelos programados más largos por distancia, tipo de avión y aerolínea (y también los vuelos programados más cortos, simplemente porque sí). El vuelo de mayor duración es DAL201, de Johannesburgo a Atlanta a las 16 horas, 55 minutos en un 777-200LR (actualmente el avión de pasajeros con mayor autonomía).

Con el repostaje aéreo, la resistencia aumenta. El B-2 ha realizado misiones de al menos 25 horas, con una tripulación de 2. Aterrizando para una parada de combustible (pero sin apagar el motor), la misión más larga es de 44 horas. La misión de entrenamiento más larga jamás realizada fue de 50 horas. Los pilotos entrenan extensamente para poder volar estas misiones.

El B-52 tiene una misión similar y ha volado misiones de hasta 35 horas. A pesar de ser un avión de un solo asiento, el F-117 ha realizado vuelos de más de 18 horas.

También es notable el Rutan Voyager, primer avión que vuela sin escalas alrededor del mundo. La tripulación de 2 personas tardó 9 días en lograrlo.

El avión Solar Impulse está actualmente en desarrollo y ha realizado un vuelo de 26 horas con 1 piloto.

#6
+2
Thunderstrike
2014-03-28 15:34:37 UTC
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De hecho, hubo un experimento para mantener los aviones en funcionamiento durante semanas, utilizando reactores nucleares como energía.

He escuchado algunas versiones, pero creo que los estadounidenses nunca lograron que funcionara, pero los rusos sí (escuché fuentes decir que la mayoría de sus tripulaciones fueron irradiadas hasta la muerte en el proceso). aunque he leído otras fuentes, ninguna de las partes consiguió que funcionara, así que estoy bastante seguro de a quién creer. En cualquier caso, resistencia y alcance prácticamente ilimitados.

nuclear-plane

Supongo que eso habría significado que, si hubieran tenido éxito, podrían haber permanecido en el aire mientras la mayoría de los submarinos permanecieran abajo. (que creo que son como tres meses) ... tal vez algo para probar con drones sin piloto, donde podría imaginar que podría permanecer bastante más tiempo, si el estado del motor lo permite :)

ps. No puedo encontrar buenas fuentes al respecto, pero creo que TU Delft estaba desarrollando un dron para una misión de 365 días con una tarea de vigilancia ambiental.

Fuente 1 / Fuente 2



Esta pregunta y respuesta fue traducida automáticamente del idioma inglés.El contenido original está disponible en stackexchange, a quien agradecemos la licencia cc by-sa 3.0 bajo la que se distribuye.
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