Si alguna vez tienes la oportunidad, prueba un arranque con cabrestante en un planeador. Es, por decir lo menos, una experiencia interesante. No creo que sea aceptado por el público en general.

Entonces, esa es una razón más, asustaría a los pasajeros que pagan.

--- adición después del comentario Hay varias partes aterradoras en un cabrestante que comienza. Los pasajeros, por supuesto, eventualmente se acostumbrarán, pero aún así.

.1 La parte menos aterradora es en realidad la aceleración. Habrá un poco de eso, pero probablemente no más que desde un comienzo normal.

.2 Una parte aterradora será el ángulo de ataque. En un planeador, la nariz apunta bien al aire al principio. Esto es para ganar suficiente altura antes del lanzamiento. Con una cuerda de remolque más larga, puede subir más alto o hacer un ascenso menos empinado (¿cuánto largo de cuerda de remolque tendría?)

.3 Y al soltarse del cable de remolque habrá un cambio notable que probablemente también podría asustar. Esperemos que los motores estén funcionando a toda velocidad en ese punto.

No probaré que no es posible, pero me sorprendería que lo sea. Desarrollaré las razones y proporcionaré el marco físico que puede usar para calcular una solución para tener, con un poco de esfuerzo, una respuesta final.

El caso del planeador no se puede escalar a un avión de pasajeros

Funciona con un planeador por dos razones:

• La altura a alcanzar antes de que el planeador pueda ganar altura por sí mismo es limitada: 200 m más o menos. Para comparar con los 10 km que vuelan los aviones de pasajeros (ya que desea alcanzar la altitud de crucero sin los motores).

• Un planeador tiene una relación sustentación-resistencia de 30 , 60 para los mejores planeadores, un B747 tiene una relación L/D de 17.

Estas dos diferencias tienen enormes consecuencias entrelazadas:

• Cuando levanta un cable, el segmento superior de este cable debe poder resistir todo el peso del cable, más el arrastre creado, más la fuerza que el cable necesita transmitir para mover el avión hacia adelante. Cada newton o kg agregado al alambre aumenta la sección requerida, por lo tanto, el peso, por lo tanto, la sección, etc.

• Si la relación L/D es más baja, entonces la aeronave creará más resistencia cuando cree sustentación para levantar el cable, por lo tanto, la fuerza creada por el cabrestante debe ser mayor para mover la aeronave hacia adelante, por lo tanto, la sección del cable debe ser más grande, por lo que el primer problema se agrava.

Descripción del problema

La curva del cable será una catenaria , los cálculos reales de un ingeniero deberían demostrar que la solución no es posible con el material que tenemos hoy (incluido un buen candidato, Dyneema utilizado por remolcadores).

analogía de la cometa

Los interesados ​​también pueden probar el subprograma Java Kite Modeler de la Nasa, ya que en esta configuración el avión es principalmente una cometa:

^Fuente

Problemas adicionales a resolver:

• ¿Cómo gestionar un corredor seguro de unas decenas de kilómetros?
• ¿Cómo reiniciar el cabrestante para el próximo lanzamiento?
• Efecto del viento sobre el cable, y sacudidas correspondientes sobre la aeronave.
• Efecto de la elasticidad del cable en la aeronave.
• ¿Cómo continuar las operaciones cuando la electricidad estática comienza a acumularse en el aire y no desea transformar el sistema en un pararrayos?

Seguro que hay muchos obstáculos que superar.

Infinidad. Lo he dicho antes, la ingeniería soluciona los problemas, no los crea.

Pero todos los obstáculos realmente no importan. Los planeadores no usan cabrestantes debido a la pista limitada, lo usan porque no tienen motores, por lo que la comparación se detiene allí.

Y así, no hay problema con los aviones comerciales (jets y turbohélices), tienen mucha potencia y ya operan desde pistas cortas.

Ruido

Una ciudad cercana a un pequeño aeropuerto no estará contenta cuando un cable tremendamente pesado se suelta del avión lanzado y cae sobre él. Si hay un área para la caída, entonces seguramente hay un área para una pista más larga y un área para una configuración de potencia de ascenso más baja.

(Dudé en escribir esta respuesta porque no pude encontrar fuentes oficiales, pero al final decidí hacerlo; la fuente es que volé planeadores, instruí y me ocupé de su mantenimiento durante muchos años)

Algo que no se menciona en las otras respuestas es el estrés en la estructura del avión. Un planeador que se iza regularmente tiene una vida útil reducida. Como dije anteriormente, no tengo fuentes concretas, pero sí recuerdo estar involucrado en la extensión del final de la vida útil de un Blanik y determinar cuántas horas se permitían; el fabricante consideró los lanzamientos de cabrestante regulares al mismo nivel que las acrobacias aéreas regulares (es decir, como algo que redujo sustancialmente la vida útil de la estructura del avión).

Además de las otras excelentes respuestas, dos huelgas más contra el lanzamiento por cable en la industria de la aviación comercial:

1. Necesita control y energía para emergencias
2. Punto adicional de falla y pérdida de pista
3. Daños en la pista

En primer lugar, una aeronave siempre tendrá plena potencia en el momento del lanzamiento, ya sea que se lance por cable o no. Esto es para dar el margen de seguridad más amplio posible en caso de que surja un problema.

En segundo lugar, un mecanismo de lanzamiento de cable agrega un punto adicional de falla. No solo podríamos terminar sin poder despegar debido a un problema del mecanismo de lanzamiento del cable, sino que podría evitar que esa pista se use para despegar o aterrizar según el problema.

Por último, el cable y sus fijaciones deben ser necesariamente pesados ​​ya que al soltarse chocarán contra el suelo o quizás contra una placa diseñada para absorber dicho impacto. Sin embargo, no todos los lanzamientos serán ideales, y si el cable o su accesorio golpean la pista, se verán comprometidos, lo que podría detener todo el tráfico en esa pista durante muchas horas.

Todas estas cosas se pueden manejar, pero son factores adicionales que impedirían que una aerolínea y un aeropuerto adoptaran dicho sistema.

Sin embargo, hay una compensación positiva adicional:

El despegue utiliza una cantidad significativa de combustible. Si el despegue se puede energizar desde una fuente de energía terrestre, particularmente donde la electricidad es barata, es posible que pueda compensar parte del combustible y sus costos asociados para cada vuelo, lo que podría generar ahorros significativos en comparación con los vuelos de la industria.

Esto también reduciría (o al menos reubicaría) las emisiones de carbono.

Como piloto de planeador que utiliza principalmente el lanzamiento con cabrestante y también como ingeniero profesional, puedo ver ambos lados del problema.

Puede resolver los problemas de lanzamiento arrojando ingenieros y dinero al problema, pero hay un problema evidente que no parece haber sido cubierto: las roturas de cables.

A pesar de tener cables y enlaces sobredimensionados, se producen roturas de cables, he tenido un par y pueden ser momentos de esfínter apretado, pero entrenamos para ellos y sobrevivimos. Sobrevivimos a ellos principalmente porque volamos planeadores, aviones que están diseñados específicamente para volar sin energía.

Una pausa a bajo nivel y simplemente aterrizo más allá del cabrestante, esto necesitaría una pista enormemente larga con el cabrestante parcialmente levantado, una pausa a nivel medio y giro y realizo un aterrizaje cruzado que es fácil ya que mi aeródromo es muy amplio pero un aeropuerto comercial tiene pistas bastante estrechas. Un descanso de nivel superior y hacer un circuito rápido del campo y aterrizar normalmente. Un avión comercial no es un planeador, por lo que es posible aterrizar más adelante, pero el circuito y el aterrizaje normalmente no serían posibles debido a las características de planeo de un avión comercial. Un aterrizaje cruzado requeriría una pista cuadrada que es enormemente costosa.

...y luego tienes el problema después de una liberación exitosa del cable de varias toneladas de cable que caen al suelo. En planeo esto se hace por medio de un paracaídas bajo la tensión del cabrestante. En el caso de que falle el cabrestante durante la liberación del cable, debe tener un área despejada alrededor del cabrestante del mismo diámetro que la altura de liberación en caso de que el cable caiga sobre algo o alguien. A diferencia del deslizamiento, este cable será muy, muy pesado.

Los cables son pesados, hagamos cañones de riel

Esencialmente, los planeadores son livianos y solo necesitan ser remolcados a una altura modesta, un avión comercial es enorme y solo puede esperar ahorrar una fracción de la energía de despegue. El avión no podría hacerse más pequeño a menos que solo despegara de esos lugares. Y el cable para tirar de un avión comercial sería increíblemente pesado, y solo tendría unos 3 km (la longitud de la pista) para usar, a menos que piense que los aeropuertos siempre tienen espacio más allá de las pistas.

Sin embargo, un cañón de riel sería más divertido.

¿Qué tan rápido podemos ir en 3 km?

Imaginemos que aceleramos a 1 g (la fuerza total sobre los pasajeros es entonces de 1,4 g) durante 3 km (pista de aterrizaje razonable del aeropuerto internacional). v^2=u^2+2as -> final v=240 m/s o 540 mph, que está bastante cerca de la velocidad de crucero. Así que no necesitamos ni siquiera una pista de 3 km para esto, o podríamos acelerar más suavemente.

Hay un problema: todavía estamos en el suelo. Entonces, de hecho, lo mejor es ayudar a la aeronave a una velocidad de despegue (v2) y dejar que el resto del despegue se desarrolle con normalidad.

Si eso es tan inteligente, ¿por qué no se está haciendo?

Está en desarrollo. El sistema de lanzamiento asistido EM para la Marina de los EE. UU., para reemplazar el lanzamiento de catapulta desde portaaviones.

Pero, como explica esta respuesta , la proporción de la energía de un avión de pasajeros utilizada para despegar es una pequeña fracción de la energía total utilizada, por lo que es probable que pierda cualquier beneficio en peso adicional al implementar tal cosa.

Un punto bastante obvio que parece haberse perdido en las otras respuestas: ¿qué tan rápido puede girar el cabrestante? Un aeropuerto ocupado puede tener aviones que salen cada dos minutos. Para llegar a la altitud de crucero, el cabrestante tiene que enrollar una longitud considerable de cable. Este luego tiene que caer al suelo después de que el avión lo suelte, lo que toma uno o dos minutos en el mejor de los casos, más si tiene un paracaídas. Luego, un equipo de tierra tiene que agarrar el extremo del cable, enrollarlo hasta el extremo de salida de la pista (que requiere un vehículo) y conectarlo al siguiente avión. Digamos que puede hacer todo eso en 10 minutos realmente optimistas: eso significa que ha reducido la capacidad máxima de salida de su aeropuerto al 20%.

Luego tienes el costo de toda esta infraestructura, además tienes que duplicarla para que puedas despegar en cualquier dirección. Y eso ni siquiera es entrar en lo que podría hacer para las pistas de aterrizaje que se cruzan (o incluso las paralelas), o cómo los cables podrían afectar el tráfico de aterrizaje...

Creo que es una buena idea, y que eventualmente sucederá, pero no en el corto plazo. Con los aviones que tenemos ahora simplemente no vale la pena económicamente. Decimos que llevar combustible extra en un avión es muy caro. Es costoso porque, si trae combustible extra para extender su rango, necesita ponerlo en el aire y luego llevarlo todo el camino hasta que lo necesite. No es el precio del combustible lo que es caro, es tener que llevarlo hasta que lo necesites lo que es caro. El combustible para el despegue y el ascenso se consume enseguida, por lo que no es nada caro. La factura de electricidad del cabrestante probablemente cueste casi tanto como el combustible que está ahorrando.

Sin embargo, el sistema parece perfectamente factible. Si funciona a pequeña escala, para aviones de combate y planeadores, ¿por qué no funcionaría a mayor escala? Creo que el tráfico aéreo comenzará a moverse lentamente hacia aviones eléctricos en las próximas décadas. Para los aviones eléctricos, un despegue asistido desde tierra sería mucho más beneficioso, o incluso esencial. Un cabrestante podría llevar el avión por encima de las nubes, y allí puede volar a su destino con energía solar. Si tuviera que llegar allí por sí mismo, necesitaría enormes paquetes de baterías.