Czy istnieje teoretyczne lub praktyczne ograniczenie maksymalnej liczby pasażerów - a tym samym wielkości - dla których można zbudować samolot?
Czy istnieje teoretyczne lub praktyczne ograniczenie maksymalnej liczby pasażerów - a tym samym wielkości - dla których można zbudować samolot?
To nie przypadek, że największe ptaki są nielotne. Zdolność do latania maleje wraz ze wzrostem rozmiaru, więc istnieje również górna granica dla samolotów. Głównym powodem jest to, że wraz ze wzrostem wielkości masy rosną wraz ze wzrostem sześcianu rozmiaru, podczas gdy konstrukcje nośne, takie jak przekroje poprzeczne dźwigarów skrzydeł, rosną tylko wraz ze wzrostem kwadratu rozmiaru. To prawo mocy jest najprostszym z praw skalowania.
Ponieważ obciążenia skrzydła samolotu zależą nie tylko od jego wielkości, ale także od wielu innych parametrów (kąt natarcia, prędkość, proporcje…), nie ma wyraźnej granicy, a postęp w materiałach pomaga zwiększyć limit rozmiaru. Gdyby ktoś próbował zbudować największy samolot na świecie, rozpiętość skrzydeł mogłaby z łatwością być dwa razy większa niż obecnie mierzone największe samoloty, ale użyteczność tego samolotu byłaby bardzo ograniczona.
Wykorzystanie tego samolotu do podróży pasażerskich dodałby więcej ograniczeń, takich jak liczba wyjść awaryjnych i maksymalna odległość do najbliższego wyjścia, ale można by to obejść, używając kilku mniejszych kadłubów. Samolot z podwójnym kadłubem rozłożyłby również ciężar ładunku użytecznego, więc skrzydło doświadczyłoby zmniejszonego momentu zginającego podstawę. Przechodząc z tego ( źródło):
do tego ( źródło) :
natychmiast znacznie podniósłby limit rozmiaru. Jednak do startu potrzebne byłyby nowe, szersze pasy startowe. Dodanie większej liczby kadłubów do tego samego skrzydła wkrótce spowoduje problemy z trzepotaniem.
Następnym wskazaniem mogą być projekty, które zostały zbadane i uznane za wykonalne, ale ostatecznie nie zostały zbudowane ze względów ekonomicznych . Tutaj największe są pojazdy z efektem naziemnym: Powolne latanie w gęstym powietrzu podnosi limit rozmiaru. Boeing Pelican miał mieć rozpiętość skrzydeł 152 m, a Beriev zaproponował taki model o masie startowej 2500 t i rozpiętości skrzydeł 125,5 m.
Domyślam się, że rozpiętość skrzydeł wynosząca 200 m jest nadal możliwa, a przy rozłożeniu ciężaru nawet 500 m powinno być realistyczne, ale całkowicie niepraktyczne. Czerpiąc lekcję z historii, byłaby to wielokadłubowa łódź latająca, która leci z efektem naziemnym, podobnie do (jednokadłubowych) największych rekordzistów lotniczych w latach dwudziestych XX wieku.
Tak, istnieje górna granica, ale ta górna granica może ulec zmianie wraz z innowacjami technologicznymi.
Samolot leci z powodu współczynnika siły nośnej $ L = \ frac12 \ rho v ^ 2 A C_L $, przy czym $ v $ jest to prędkość, która jest kombinacją prędkości samolotu i prędkości wiatru , $ \ rho \ approx 1 \, \ text {kg m} ^ {- 3} $ przy teoretycznym minimum 5 km wysokości (pamiętaj, że większość samolotów osiąga 10 km, ale uznałem to za nieco bardziej ekstremalne, aby pokazać górną limit), $ A $ obszar i $ C_L $ współczynnik o typowej wartości mniejszej niż 2, który może się zmienić wraz z innowacjami technologicznymi.
Zatem jedynymi czynnikami, na które możemy wpływać, są $ v $ i $ A $. Jeśli jednak zwiększymy $ A $, masa $ m $ wzrośnie szybciej niż powierzchnia $ A $, ponieważ potrzeba więcej materiału, aby uniknąć pęknięcia formy samolotu pod wpływem ogromnych sił. Zwiększenie $ A $ kwadratowo daje więcej niż kwadrat w $ m $, a zatem w potrzebnym $ L $.
Jeśli zwiększymy $ v $, potrzebujemy więcej paliwa. Ilość paliwa na jednostkę odległości rośnie liniowo w $ v $, ponieważ rośnie kwadratowo na jednostkę czasu w $ v $. Stąd L $ rośnie kwadratowo, gdzie $ m $ rośnie tylko liniowo. Oznacza to, że możemy coś zrobić, zwiększając $ v $. Oznacza to, że samoloty muszą jechać szybciej przed startem, co będzie wymagało drastycznie dłuższych pasów startowych. Pamiętaj, że nie możemy zwiększać $ v $, ponieważ nie możemy stracić kontroli.
Podsumowując, rzeczy, które możemy poprawić to $ v $, prędkość, $ C_L $, wraz z innowacjami technologicznymi oraz $ \ rho $, obniżając wysokość lotu. Jednak nie jest to praktyczne.
Teoretycznie nieograniczone (znacznie większe niż jest to praktycznie konieczne) ...
TL; DR
Samoloty skalują się dość dobrze i byłoby to fizycznie możliwe do zbudowania i samolot o dowolnej wielkości. To prawda, że są pewne rzeczy, które wchodzą w grę z punktu widzenia struktury, ale z pewnością są sposoby na obejście tego. Być może będziesz musiał odejść od tradycyjnego pojedynczego kadłuba, dwóch skrzydeł i konstrukcji usterzenia, ale nie mniej.
Istnieje wiele realistycznych czynników, które staną Ci na drodze, zanim będziesz musiał zaprojektować taki samolot.
Spójrzmy na to hipotetycznie, Jamiec doskonale zauważa, że samolot o pojemności przekraczającej 7 miliardów byłby trochę bezużyteczny, więc potraktujmy to jako maksimum. XKCD co by było, gdyby omówił to w podobnym pytaniu i oszacował, że wszyscy ludzie na ziemi zajmują mniej więcej rozmiar Rhode Island. Na potrzeby dyskusji powiedzmy, że potrzebowałbyś siedzeń i toalet, a co by nie było dla tak wielu ludzi, więc żeby zmieścić wszystkich na ziemi w samolocie, potrzebowałbyś może dwa razy więcej niż wyspa Rhode lub trochę więcej. W przeciwieństwie do tego pytania możemy zbudować tak, aby wiarygodne byłyby 4-8 pięter (lub dowolna ilość) samolotu. Przeciętna osoba z FAA waży około 180 funtów (81,65 kg), więc trzeba by było podnieść
1 260 000 000 000 funtów lub 630 000 000 ton (572 000 000 000 kg lub 572 000 000 ton metrycznych)
Aby zapewnić układ odniesienia, A380 ma maksymalną nośność strukturalną wynoszącą 330 300 funtów (149 822 kg). Pamiętaj, że jest to tylko ładunek, musisz także podnieść ciężar płatowca, silników i paliwa (jeśli naprawdę chcesz gdziekolwiek jechać). Zasadniczo więc potrzebowałbyś wielopoziomowego samolotu zbliżonego do wielkości Rhode Island, który miałby większość połączonego ciągu dostępnego na planecie i wystarczającą ilość alkoholu, aby wszyscy byli spokojni podczas lotu.
Problem strukturalny pod pewnymi względami sprowadza się do obciążenia skrzydeł. Obecnie jednym z powszechnie narzucanych ograniczeń jest to, że większość samolotów to typowe dolnopłatowe samoloty wspornikowe, więc patrzymy na to w związku z tym. Innymi słowy, kadłub może obciążać punkty mocowania skrzydeł, a skrzydła są generalnie długie i niskie, ale nic nie stoi na przeszkodzie, abyśmy wykorzystali alternatywną konstrukcję z wieloma skrzydłami lub konstrukcją pełnego unoszącego korpusu, aby osiągnąć potrzebną strukturę. W związku z tym idea wielkich skrzydeł może zostać przezwyciężona i historycznie w ten sposób problem został rozwiązany we wczesnym lotnictwie (trójpłatowce itp.). Kwestia ciężaru (z praktycznego punktu widzenia) jest czymś, czym zajmujemy się ze względu na wydajność . Jeśli budujemy tylko gigantyczny samolot, możemy użyć dla celów naukowych odrzutowców, rakiet i wszelkich urządzeń o dużym ciągu. Mógłbyś latać cementowym samolotem, gdyby był odpowiednio ukształtowany i miał wystarczający ciąg.
Pamiętaj, jeśli Thrust> Drag and Lift> Weight, będziesz latać (nauczyłem się tego pierwszego dnia w szkole lotniczej). Zrobienie tego w kontrolowany i zorganizowany sposób zajęło znacznie więcej czasu na naukę ....
- Edytuj -
Ponieważ pytanie zostało zredagowane w celu uwzględnienia liczby pasażerów, są inny problem, który się pojawia.
Z punktu widzenia linii lotniczych (ludzie faktycznie kupujący) samoloty takie jak 747 są już wystarczająco duże i wystarczająco drogie. 747 prawie zbankrutował Boeing w tamtym czasie, ale od tamtej pory ma dość udaną jazdę. A380 jest dość nowy, ale ciekawie będzie zobaczyć, jak zmieni grę.
Z pewnością samolot nie może być większy niż Ziemia. Powiedziałbym nawet, że samolot o długości 10 mil jest zupełnie bezużyteczny, ponieważ trzeba mieć w nim jakiś środek transportu, aby dostarczyć wszystkich pasażerów na ich miejsca. Lotnisko do przechowywania takich miejsc też powinno być duże. Dlatego ograniczenia nie wynikają z ciężaru / siły podnoszenia, lecz z praktycznego wykorzystania tak dużych samolotów.
latające miasto, takie jak te zaproponowane przez Georgii Krutikova.
Ponieważ większość problemów wydaje się związanych ze startem i lądowaniem, najlepiej prawdopodobnie byłoby utrzymywanie takiego gigantycznego samolotu stale w powietrzu, bardzo wysoko, gdzie powietrze jest bardziej stabilne i składa się z wielu modułów, które mogłyby samodzielnie wystartować, a następnie dołączyć do tego większego „latającego zamku” - jak stacja kosmiczna. Dokowanie wydaje się trudne, ale powinno być możliwe, ponieważ tankowanie terenowe jest możliwe.
Ten zamek mógłby być na przykład zasilany energią słoneczną lub atomową.
Trudniej jest pomyśleć, jaki byłby pożytek z niego.
Mówią, że Convair XC-99, wersja cargo i pasażerska bombowca B-36, została odrzucona przez linie lotnicze, ponieważ lotniska nie były przygotowane do obsługi ponad 200 pasażerów i ich bagażu wyokrętowanego w tym samym czasie, jeden z głównych Problemy w gigantycznym Airbusie mogą polegać na tym, że szerokość podwozia jest zbliżona do niektórych pasów startowych, przypominając start i lądowanie pokładu lotniskowca oglądając Airbusa 380.
Typ startu i lądowania Saab Viggen, zaprojektowany do obsługi szwedzkich autostrad, jest nie do przyjęcia dla lotów komercyjnych, a wir brzeżny na czubkach Airbusa 380 jest tak potężny, że lotnisko musi być zamknięte na kilka minut po tym, jak jeden z tych gigantów go użył, w aby uniknąć zrzucenia mniejszego samolotu podczas wchodzenia w turbulencje, ograniczając w ten sposób przewagę nad samolotem wielorybów dziennie na tym lotnisku.
Jeśli chodzi o maszyny latające o dużych rozmiarach, być może będziesz musiał spojrzeć na Sci-Fi i pisarze UFO, np. „Spotkanie z Ramem a 'lub przypadek pilota samolotu komercyjnego, jeśli dobrze pamiętam, lecącego z Barcelony do Pampeluny w Hiszpanii, który obserwował nieruchomą okrągłą chmurę unoszącą się wysoko nad jeziorem zaporowym, która przyciągnęła jego uwagę i zgłosiła prośbę o pozwolenie z powietrza wieża kontroli ruchu, aby obrócić się o 360 ° wokół chmury. Doszedł do wniosku, że chmura nie była chmurą, ale metalowym obiektem wielkości półtora kilometra (przepraszam, nie wiem, czy to była średnica, czy obwód), to jest naprawdę dużo większe niż Kalinin K-7, a ciężki bombowiec zbudowany w 1933 r., który rozbił się z powodu usterki strukturalnej w wyniku zderzenia w powietrzu z mniejszym samolotem.
Kto wie, jaka może być przyszłość w rozmiarze samolotu?
W koniec, jak w filmie: „Żółty Rolls-Royce”, „Jutro nigdy nie nadejdzie”
(źródło: h-cdn.co)
Chodzi o tak duży, jak możesz zbudować konwencjonalny samolot. Waga skrzydła wymaga nachylenia skrzydła w dół, którego nie można utrzymać przy większych rozmiarach.
Zakładając to ograniczenie, napotykamy inne problemy. Dzięki idealnie laminarnemu przepływowi powietrza skrzydło można rozłożyć w nieskończoność. W rzeczywistości jednak wystąpią drobne nieprawidłowości, które będą nadwyrężać skrzydło.
To jest YB-49. Później rozpadł się w locie z powodu nadwyrężenia materiałów podczas nurkowania.
(źródło: check-six.com)
Dokładna matematyka byłaby trudna ze względu na złożoność dynamiki płynów. Ale nie sądzę, by można było zbudować samolot o szerokości mili bez rozerwania go w pierwszym locie.
Helikopter czy rakieta to inna sprawa, ponieważ nie wymaga skrzydła.
Ograniczenia, o które pytasz, zostały narzucone przez Antonowa. Cokolwiek większego niż to jest z pewnością możliwe, ale niezbyt ekonomiczne i może nie być bezpieczne. Podczas gdy światowa gospodarka jest w stanie topnienia lodu i kilku solidnych płatów tu i ówdzie, uzasadnienie tego eksperymentu byłoby bardzo nieodpowiednie. Raczej przeznaczenie funduszy na ulepszenie obecnych samolotów może przynieść lepszy wynik w porównaniu ze wzrostem rozmiarów.
Większy samolot mógłby istnieć jako zasadniczo 2 samoloty sklejone luźno obok siebie za pomocą elastycznego złącza i komputerów, aby ostrożnie zarządzać silnikami i elementami sterującymi, aby zapobiec rozpadaniu się wszystkich elementów ... można go przedłużyć, czyniąc cały samolot elastycznym skrzydło, które podąża za krzywizną ziemi.
Większy samolot może być przeważnie statkiem powietrznym „lżejszym od powietrza”, który jest trochę cięższy od powietrza i wykorzystuje ruch „ciała unoszącego” do przodu w celu uzyskania dodatkowego uniesienia muszą wzrosnąć.
„Granice” można pokonać, ale wynik końcowy staje się coraz mniej praktyczny powyżej pewnego rozmiaru.
„Czy istnieje maksymalny możliwy rozmiar samolotu?”
Zakładając, że w kontekście pytania są samoloty latające po niebie planety Ziemia, odpowiedź brzmi „tak”. Samolot znacznie większy niż Ziemia nigdy nie mógł latać w ziemskiej atmosferze.