Preguntas generales sobre aeronaves: ¿el mayor tamaño posible?

Los dirigibles son geniales, y me encantaría usarlos y verlos mucho más fuera del steampunk. Un aspecto clave de las aeronaves es que parecen tener la ley del cubo cuadrado al revés. Por otras cosas en el mundo, podrán transportar menos peso cuanto más grandes sean, mientras que las aeronaves tendrán más volumen de gas y más capacidad de elevación debido a eso.

A primera vista, eso podría significar que los dirigibles pueden tener un tamaño casi ilimitado. Pero hay (potenciales) factores limitantes. Por ejemplo, el Hindenburg necesitaba ventilar grandes cantidades de su gas de sustentación mientras cruzaba el Atlántico para evitar planear demasiado alto mientras quemaba combustible y se volvía más liviano durante el viaje. También hay que tener en cuenta la resistencia estructural del bastidor, ya que las fuerzas de los motores, el viento y la dirección deberán ser soportadas por la envolvente del dirigible o corren el riesgo de romperse.

La pregunta que hago es: ¿cuál es el tamaño máximo (aproximado) que podría tener una aeronave?

"El Hindenburg necesitaba ventilar grandes cantidades de su gas de elevación en su paso por el Atlántico": Blaugas . Y estamos en el siglo XXI, siempre puedes imaginar que los motores funcionan con pilas de combustible que queman hidrógeno...
@AlexP Blaugas fue el combustible , no el gas de elevación, que fue el hidrógeno . Sin embargo, debido al uso de Blaugas, no fue necesaria la ventilación.
@Trish: Sí, lo sé. Ese era el punto del comentario. Incluso puse un enlace a un artículo en Wikipedia, la enciclopedia libre, que explica en detalle qué es el Blaugas.

Respuestas (4)

Lockheed Martin está lanzando actualmente un prototipo para una nueva gama de aeronaves que están diseñadas desde cero para ser las más grandes del mundo. El LMH1 es un dirigible capaz de levantar 20 toneladas de carga, pero también afirman que el diseño puede escalar hasta una capacidad de carga de 500 toneladas.

¿Por qué 500 toneladas? ¿Por qué no 5.000? No sé la respuesta a eso, aunque sospecho que es una cuestión de viabilidad: a pesar de que se aplica la ley del cubo del cuadrado inverso, como usted señala correctamente, llega a un punto en el que incluso los motores más potentes no pueden competir con el área de la vela. tal volumen representa. Además, el helio es un recurso valioso y no renovable; ya hay muchos médicos que argumentan que el uso del helio como medicamento debería restringirse para que no nos quedemos sin él. Reunir esa cantidad de helio para una aeronave en el futuro bien puede ser el factor limitante debido al costo del gas. Dicho esto, no lo ventilaría para administrar los pesos de lastre, simplemente lo bombearía nuevamente a contenedores de alta presión para reutilizarlo, pero estoy divagando.

Por supuesto, uno de los otros factores limitantes es el tamaño. Una vez que supera los 800 m de longitud, la practicidad de almacenar o colgar una máquina de este tipo puede volverse problemática. Sin mencionar el envío de carga mientras está inflando su vejiga de aire con helio, y cuánto tiempo puede llevar inflar/desinflar esa misma vejiga. También está el hecho de que ir más allá de ese tamaño en realidad hace que las montañas sean un peligro si no pueden maniobrar a través de rangos y similares, y aunque no tengo datos concretos sobre este tema, sospecho que cuanto más grande se vuelve, más grandes necesitan los motores. ser para contrarrestar la resistencia del viento. En otras palabras, mientras que la ley del cubo cuadrado tiene su ventaja en términos de peso, no lo hace en términos de fricción con el viento. Para mover una embarcación de este tipo a través de presiones atmosféricas normales, es posible que se necesite más potencia del motor de lo que piensa.

Entonces, si se le cree al menos a Lockheed Martin, entonces está viendo alrededor de 800 pies de largo siendo la escala máxima de una aeronave, aunque las razones precisas por las que dicen que ese es el límite superior es algo que tendrías que preguntarles directamente.

Muchas respuestas que estaba buscando, ¡maravilloso! Sobre el tema de la resistencia del viento: ¿no se beneficiaría de nuevo un barco más grande con la ley del cubo cuadrado? Su área de superficie donde el viento puede empujarlo en comparación con su volumen se vuelve más pequeña a medida que aumenta de tamaño. Si los motores pueden empujar esta masa (no peso) a velocidades similares a las de una aeronave más pequeña, ¿no tendría una aeronave más grande menos problemas con el viento?
@Demigan bueno, en realidad no. No puedes tenerlo en ambos sentidos; si la menor densidad beneficia a la aeronave en términos de sustentación, también la perjudica en términos de empuje. Tiene más aire que necesita ser desplazado, pero menos masa (y por lo tanto menos impulso) para hacerlo. En última instancia, terminas con motores que en realidad aumentan de tamaño a una tasa mayor proporcional al volumen del barco para lidiar con el problema del desplazamiento atmosférico, que también causa problemas con cosas como la cizalladura del viento. Irónicamente, es la capacidad de permanecer quieto con la brisa lo que bien puede ser su factor limitante.
@TimBII Tiene O (n ^ 2) más aire que necesita ser desplazado, y O (n ^ 2) área de superficie del barco (donde está gran parte de la masa), más un factor O (n ^ 3) más pequeño de "deflectores internos y estructura" - No veo cómo el esfuerzo para desplazar el aire se está volviendo más difícil , simplemente no se está volviendo mucho más fácil .
Corríjame si me equivoco, pero la ley del cubo cuadrado significa que 2x el tamaño es 8X el volumen. Imagine algunas aeronaves que van a la misma velocidad con los mismos vientos a las mismas alturas. Como están a la misma altura, tendrán la misma densidad. Si tiene una aeronave y la compara con 8 de las mismas aeronaves, tiene 8 veces el volumen, 8 veces la capacidad de carga y la masa, 8 veces la potencia del motor para empujarla y 8 veces el área de superficie para la resistencia del aire y el viento. ¡Un barco dos veces más grande que un solo dirigible tendría 8X el volumen, 8X la capacidad de carga y la masa, requeriría 8X la potencia del motor y tendría SOLO 2X! La superficie.
@Demigan No, su área de superficie se escalaría con n², en su ejemplo, 4 veces el área de superficie.
@Demigan: 4 veces el área de superficie, obviamente. Y no olvide que no puede simplemente escalar linealmente los miembros estructurales, por lo que la capacidad de carga no aumentará linealmente con el volumen. En cierto punto, hacer las vigas estructurales largas se volverá poco práctico.
@AlexP no escaló la estructura linealmente, escaló la masa por un exponente de 3.
@AlexP gracias, pero el punto está en pie, ¿verdad? El viento sería MENOS factor para una aeronave más grande, comparativamente hablando. El viento tiene una superficie más pequeña para empujar en comparación con la masa total y requiere más energía para lograr un cambio de dirección, por lo que con la misma cantidad de viento habría menos problemas para una aeronave. Hablando de cambios estructurales al escalar, ¿limitaría eso su tamaño? Incluso si no tiene una estimación aproximada, una idea de lo que limitaría el tamaño sería genial.
@Jonas: Lo que significa que escaló la estructura linealmente, como si se viera a través de un telescopio. Lo cual no funciona, porque el esfuerzo en la estructura sube con el cubo de la longitud, mientras que la fuerza sube solo con el cuadrado.
@Demigan tienes toda la razón. Los dirigibles más grandes son mejores en todo, excepto en la economía. No existe un límite técnico para el tamaño que no sea la altura de la atmósfera.
wrt "quedarse sin helio": seguro que hubiera sido bueno que los idiotas del Congreso de los EE. UU. no cerraran la reserva de helio de los EE. UU. para poder venderlo a las empresas y hacer felices a muchos niños con sus globos de mylar. ..

TBH Creo que la pregunta se responde mejor centrándose en lo que su aeronave debe HACER. Por ejemplo: El tamaño de los barcos modernos no está limitado por lo que se PUEDE construir, sino por el tamaño de las instalaciones portuarias que quieren visitar y por el Canal de Panamá. Este último no sería relevante para una aeronave, pero el primero sí. Por ejemplo, usted podría ser CAPAZ de construir una aeronave de cinco millas de largo, pero no sería muy práctica ni como embarcación civil ni militar a menos que tuviera instalaciones portuarias de cinco millas de largo en todos los lugares a los que quisiera ir.

Para agregar a eso, en algún momento se vuelve lo suficientemente grande como para necesitar algún medio de transporte para ir de un extremo al otro, ya que caminar se vuelve poco práctico. En este punto, diría que no es práctico hacer una sola aeronave más grande dado que necesitarías otras más pequeñas solo para desplazarte.
Así poner. Si OP tiene el mercado de aeronaves capaces de levantar una refinería completa, no hay ninguna razón técnica en el camino. Sin embargo, ahora que lo pienso, la altura de la atmósfera podría ser una barrera natural para la dimensión z. Un dirigible de 100 km de largo que va a 1 km/h tendría aproximadamente el mismo número de Reynolds que un 747 por cierto...
Otro punto relacionado con "Qué hace": después de superar los tamaños de puerto para un buque súper grande, es posible que el buque se convierta en el puerto. Ella misma se convierte en el destino y las embarcaciones más pequeñas se dirigen a ella. [Además, algunas de las antiguas aeronaves ya tenían sistemas de mini carritos para que llegar de un extremo al otro sea más fácil y seguro]
@bukwyrm Oh, sí... poder mover toda la refinería a donde sea que estén sus materias primas es un nicho económico bastante útil.

Otras publicaciones destacan los problemas de tener que ventilar el gas de elevación. Una solución es un globo híbrido, conocido como Rozière, que tiene un gas de sustentación no calentado (por ejemplo, helio) y un gas de sustentación calentado (aire caliente).

Este diseño permite un control parcial de la flotabilidad a través de la calefacción, mientras que la mayor parte de la flotabilidad la proporciona el gas de elevación más ligero que el aire, por lo que el uso de combustible no es excesivo. Esto podría ser relevante ya que presumiblemente está buscando levantar carga con su enorme aeronave.

Aparentemente, el diseño es popular para vuelos de larga duración extrema (por ejemplo, el Breitling Orbiter 3 y el Spirit of Freedom de Fossett, que circunnavegó el mundo).

Creo que los globos en racimo pueden hacer que una aeronave adquiera tamaño. Con la redundancia viene la estabilidad en globo y tamaño ilimitado. Usando un lastre centrado para controlar la altitud, creo que una nave aérea masiva podría usarse de muchas maneras, desde lanzar cohetes interplanetarios hasta vivir. Hice algunas preguntas en Espacio, Física, Ciencias de la Tierra y otros sitios de SE sobre los límites de una aeronave. Además, la ley de la inversa del cuadrado para construir una nave aérea de esta manera usando globos sería similar a construir una pirámide invertida.

ingrese la descripción de la imagen aquí

ingrese la descripción de la imagen aquí

Con el debido respeto, no creo que ninguna de esas preguntas sea relevante para esta pregunta. Debe editar esto para centrarse en responder la pregunta correctamente, porque en este momento parece que está tratando de promover sus propias preguntas.
@F1Krazy Lo soy porque me gustaría que el operador los mirara y di mi respuesta. Gracias, les haré comentarios.
Preguntas generales sobre aeronaves: ¿el mayor tamaño posible?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v