Celera 500L (consulte el sitio de Otto Aviation para obtener más detalles) es un avión con una sola hélice propulsado por un motor diesel de pistón. El constructor afirma que es 8 veces más eficiente en combustible que un jet de aproximadamente el mismo tamaño y capacidad. ¿Cómo es esto posible? Otra pregunta sería: ¿Es este aparato volador al menos dos veces más eficiente que el mejor avión con motor de pistones de características comparables?
Otto Aviation - Celera 500L - Avión de flujo laminar turbodiésel V12
Características generales
Actuación
Comparación reclamada entre Celera 500L y un Jet
"[Celera 500L] es una embarcación privada para seis personas que promete volar a la velocidad de un jet, pero con un consumo de combustible ocho veces menor y un alcance que es el doble que el de una aeronave de tamaño similar".
"La compañía, fundada en 2008 y una rama de Otto Laboratories de Bill Otto, dice que el Celera 500L funciona con una economía de combustible de 18 a 25 millas por galón (en comparación con las 2-3 millas por galón de un avión a reacción comparable ).
"Luego están los modestos costos operativos por hora de $328, que son aproximadamente seis veces más bajos, y el generoso rango de 4500 millas náuticas. Se proyecta que la velocidad máxima de crucero alcance más de 460 millas por hora".
"La razón por la que su avión puede hacer todo esto, dice Otto Aviation, se debe al flujo laminar.
"El flujo laminar es la solución de resistencia mínima para las superficies de las aeronaves, explica su sitio web, y presenta capas suaves de flujo de aire con poca o ninguna mezcla de capas adyacentes".
"Con su fuselaje aerodinámico, lo que significa que requiere mucha menos potencia para alcanzar las velocidades de despegue y de crucero, el Celera 500L está propulsado por el motor RED A03. Tiene un V12 refrigerado por líquido, un banco doble de 6 cilindros y, dice Otto Aviation, ofrece lo mejor -eficiencia en su clase. Está certificado para operar con Jet A1 y biodiesel".
ACTUALIZAR:
De acuerdo con una patente otorgada a William Otto ( US9669939B2, "Dispositivo de empuje suplementario de aeronave y método para operar el mismo" ), ¡Celera 500L tiene un techo de servicio de 19,8 km!
"La propulsión de la aeronave puede ser proporcionada por una hélice compuesta de ocho palas de paso fijo montada en la parte trasera del fuselaje en el eje de la línea central. Las secciones aerodinámicas de la hélice y los ángulos de incidencia de la sección están configurados para proporcionar la máxima eficiencia en crucero a 50.000 pies. altitud y más. El diámetro de la hélice también está optimizado para el entorno de crucero a gran altitud y, como resultado, elimina esencialmente las velocidades supersónicas de las palas durante la operación a baja altitud. El diámetro óptimo de la hélice es ligeramente más pequeño que el diámetro máximo del fuselaje, lo que reduce la probabilidad de colisiones con aves y otros daños por objetos extraños... La cabina de la aeronave puede tener aproximadamente 74 pulgadas de alto e incluir un ancho de aproximadamente 78 pulgadas con una distancia mínima entre asientos de 50 pulgadas.La aeronave tiene un techo de servicio de aproximadamente 65,000 pies y una velocidad de crucero normal de aproximadamente 460 a aproximadamente 510 mph , con un consumo específico de combustible de aproximadamente 30 a aproximadamente 42 mpg según la velocidad de crucero y la altitud. La velocidad de pérdida de aterrizaje es de aproximadamente 70 mph, las velocidades de despegue y aterrizaje son de aproximadamente 90 mph y los requisitos de la pista son de aproximadamente 3000 pies".
He visto en el sitio de Otto Aviation este texto:
"El Celera 500L tiene una relación de planeo de 22:1 (los aviones GA típicos de tamaño similar tienen una relación de planeo de < 9:1). A una altitud de 30 000 pies, el Celera 500L puede planear hasta 125 millas sin potencia del motor. Esto es aproximadamente 3 veces mejor que el avión típico".
y creía que el techo de servicio proyectado del avión es de 9,144 km, no entre 15,2 km y 19,8 km. A altitudes tan elevadas la densidad del aire oscila entre 0,2 y 0,1 kg/m^3 y, en consecuencia, Celera puede, en teoría, alcanzar los 740 km/h con 550 CV. El Grob Strato 2C, un avión experimental alemán de investigación a gran altitud, propulsado por dos motores de pistón turboalimentados, alcanzó una altitud récord de 18552 m el 4 de agosto de 1995, con dos hélices de 6 m de diámetro, utilizando un total de 800 hp.
Pregunta: ¿Celera 500L puede alcanzar esta altitud de 65000 o al menos 50000 pies?
tl; dr : L / D de la estructura del avión y el consumo específico de combustible de los motores son creíbles, pero eso no se suma a las afirmaciones sobre el consumo de combustible y la velocidad en relación con los aviones. El flujo laminar parece usarse como aceite de serpiente para vender esto a clientes crédulos.
La forma del fuselaje está inspirada en un perfil aerodinámico de flujo laminar, como el NACA 64-021 que se muestra a continuación, cortesía de Airfoiltools :
Ahora echemos un vistazo a cuánto flujo laminar será posible. Se afirma que la velocidad de vuelo es de 205 m/s en quizás 25 000 pies = 7620 m. El número de Reynolds por metro en estas condiciones es 7.314.000. El flujo de placa plana muestra una transición laminar a turbulenta en alrededor de 400.000. Con un gradiente de presión estabilizador, esto se puede cambiar a quizás 4.000.000. Entonces, los primeros 55 cm de longitud del fuselaje exhibirán un flujo laminar, pero luego la transición turbulenta es inevitable. No puedo encontrar las dimensiones del Celera 500 L, pero creo que es justo decir que el flujo laminar en el fuselaje es insignificante. Esto corrobora bien con otros aviones para los que se ha reclamado mucho flujo laminar .
Aún así, la forma muy limpia le da una clara ventaja. Agregue a eso alas de alta relación de aspecto con flujo laminar, y la relación L/D de 22:1 de Otto Aviation es totalmente creíble.
Ahora, el motor: los diésel alcanzan los 220 g/kWh desde hace décadas . RED da 210 g/kWh para el A03 , lo que nuevamente es completamente creíble. La comparación con los motores de turbina se complica por el hecho de que definen un consumo específico de combustible por unidad de empuje, por lo que debemos considerar la combinación motor-hélice a 205 m/s. La hélice del Celera 500 L tiene cinco palas y un diámetro bastante pequeño para la rotación de despegue y para mantener velocidades de punta subsónicas, por lo que su eficiencia será quizás del 82%. Si hacemos funcionar el A03 al 92%, que es su potencia continua máxima declarada de 338 kW, el empuje será de 1352 N y la eficiencia de combustible será de 52,5 kg/kNh, que es el mismo número que alcanza el GEnx-1B64 en crucero . Seamos realistas y dupliquemos ese número para un regularmotor a reacción pequeño (los números publicados son para condiciones estáticas y no se pueden comparar directamente. Duplicarlos para condiciones de crucero es una buena aproximación. Estos números son representativos de los motores a reacción más antiguos y aumentan en un factor de quizás 1,5 para el crucero).
Ahora necesitamos cifras L/D para aviones comerciales pequeños. Esta fuente no cubre los aviones a reacción, pero muestra que los aviones terrestres pequeños con tren retráctil aún alcanzan valores entre 13:1 y 18:1, por lo que incluso una combinación de un motor a reacción de 1950 y un fuselaje promedio solo tendrá cuatro o cinco veces el combustible. consumo respecto a la Celera 500 L. ¡Cuatro, no ocho!
Para una L/D de <9:1, el avión de comparación necesita un tren fijo o flotadores. Con un diseño estándar y construido, cualquier competidor debería obtener al menos 13:1 o mejor.
Comprobación de cordura : si la L/D 22:1 se puede mantener hasta la velocidad de crucero, la aeronave completa no puede pesar más de 3033 kg, que es menos de la mitad de un King Air 350 que Otto Aviation utiliza para comparar el tamaño de la cabina. El King Air, que tiene una cabina más pequeña y motores PT6A más livianos, todavía necesita un MTOW de 6800 kg. Juzga por ti mismo…
Otto Aviation ha hecho todo bien, la elección del motor, la posición de la hélice, el diseño del ala y el fuselaje, todos permiten el menor consumo de combustible posible. Sin embargo, los aviones existentes tampoco están tan mal hechos en comparación. Además, la potencia instalada parece increíblemente baja para la velocidad de crucero declarada. Para volar de manera más eficiente, el Celera 500 L necesita navegar a una velocidad mucho más baja.
Ahora para la altitud máxima: No, el Celera 500 L no alcanzará los 50.000 pies. Ni siquiera cerca.
Sé un poco sobre el Strato 2C. Era demasiado pesado para la altitud prevista de 65 000 pies. La carga alar debe ser lo suficientemente baja y el motor debe tener suficientes turbocompresores y/o sobrealimentadores para elevar su altitud crítica lo suficiente. En el caso del Strato 2C, utilizó dos etapas de turbocompresor con enfriamiento intermedio y un sobrealimentador. Los intercoolers determinaban el tamaño de las góndolas de sus motores, que eran enormes. Dadas las pequeñas tomas de aire del Celera 500 L, parece que solo alcanzará los 25 000 pies o tal vez los 30 000 pies hasta que el flujo de aire de enfriamiento sea insuficiente para mantener los intercoolers abastecidos. A menos que Otto ate un propulsor de cohetes a su cola, nunca llegará ni siquiera a los 50,000 pies.
Se hizo el siguiente reclamo:
"Otto Aviation explica que el Celera 500L disfruta de una reducción del 59 % en la resistencia aerodinámica en comparación con fuselajes de tamaño similar". ( Fuente )
Calcularé la potencia que necesita el Celera 500L para volar a 740 km/h suponiendo que su resistencia es del 1 al 59 % de la de un Cessna 340, un avión comparable.
Cessna-340 - Tripulación: un piloto; Capacidad: cinco pasajeros: Planta motriz: 2 × motores de pistón Continental, 310 hp (230 kW) cada uno; Velocidad máxima: 244 nudos (281 mph, 452 km/h); Alcance: 1406 millas náuticas (1618 millas, 2604 km)
Para dos aviones 1 y 2, si 1 tiene un 59 % menos de resistencia que 2, entonces se pueden escribir las siguientes ecuaciones (1 = Celera 500L y 2 = Cessna 340):
En cuanto al consumo de combustible en millas por galón (ver la segunda parte de los cálculos arriba), como el motor diesel de Celera 500L tiene un SFC = 210 gr/kWh y el gasóleo tiene una densidad de 0,85 kg/l, resulta que, a la velocidad de 740 km/h (potencia del motor = 1115 HP), Celera 500L tiene un MPG = 8.47 mi/gal
Si vamos a creer esta afirmación:
"Un Lear Jet 35 de 17,000 libras, capaz de transportar a siete personas a 485 mph, obtiene alrededor de 4 mpg ",
entonces Celera 500L es aproximadamente 8.47/4 = 2.11 veces más eficiente en combustible que un Lear Jet 35, no 8 veces, y necesita un motor de al menos 1115 HP para volar a 740 km/h.
Para entrar en el estadio de béisbol, uno puede mirar la evolución del dron Predator, Reaper, Avenger. Hélice de pistón, turbohélice, progresión de chorro de abanico para una mayor velocidad utilizando alas de alto aspecto muy eficientes.
Una métrica de comparación de eficiencia útil entre los vehículos de transporte es tonelada milla/galón . Es importante tener en cuenta que los aviones de 460 mph (se indican 275 mph) que pesan 3 toneladas y que obtienen "18 - 25 millas por galón" simplemente no existen. Ni siquiera cerca. Esta es la afirmación más dudosa. 18-25 toneladas por milla por galón es más adecuado.
Entonces, ¿cómo les va bien a los "chorros de gasolina" en esta competencia? La capacidad de continuar generando empuje a altitudes más altas. Los motores de pistón luchan por obtener suficiente aire y no generan suficientes caballos de fuerza para girar la hélice lo suficientemente rápido como para generar el empuje adecuado y hacer funcionar el compresor a altitudes más altas. A sus problemas se suma la reducción de la eficiencia de la hélice a medida que aumenta la velocidad de avance. Además, en el aire, no hay duda de que el pequeño accesorio Celera debe volverse supersónico. ¿Un motor de pistón de 550 caballos de fuerza haciendo todo eso? No es probable. La aeronave en su configuración actual puede alcanzar 200-250 mph TAS.
Los jets brillan en altitudes más altas en las categorías de "toneladas" y "millas", aunque son peores en "galones", aprovechando su capacidad para proporcionar un empuje adecuado en aire más delgado.
Para mi sorpresa, el dron Avenger de 450 mph llegó a 50 toneladas por milla/galón, mientras que el Reaper turbohélice más lento maneja alrededor de un 25 bastante típico. Lo que podemos esperar del Celera 500L es una mejora sobre 25 en las velocidades aerodinámicas del Reaper.
Generar suficiente empuje alto será el desafío con este diseño, dándoles crédito por reducir la resistencia del fuselaje.
Sorprendentemente, la compresión de una masa adecuada de aire para generar suficiente potencia para volar alto... es lo que mejor hacen los jets. Yo estaría mirando esos drones.
Algunos datos más de eficiencia a tener en cuenta: Ala volante XB 35 (sin fuselaje/ puntales de empuje contrarrotativos) velocidad de crucero: 240 mph ton millas por galón: 75. B36 Peacemaker (diseño convencional/ puntales de empuje) velocidad de crucero 230 mph ton millas por galón: 55. B52 Stratofortress (8 motores turborreactores) velocidad de crucero 525 mph ton millas por galón 40. Avión de pasajeros Boeing 777 (2 motores a reacción de alto bypass) velocidad de crucero 560 mph ton millas por galón: 58
Avión espía U2 (F104 con alas muy grandes) velocidad de crucero 430 mph tonelada millas por galón 46 (un poco más pequeño a 40,000 lbs). Cessna 340 velocidad de crucero 210 mph tonelada millas por galón 21 (6000 lbs).
Conclusión: este diseño puede ofrecer mejoras en la eficiencia del combustible en comparación con aeronaves con motor de pistón propulsado por hélice de tamaño similar. La principal preocupación sería la velocidad de aterrizaje y la capacidad de ascender a mayores altitudes. Sin embargo, puede encontrar un nicho comercial (tripulado o no tripulado) como servicio de enlace entre grandes aeropuertos con pistas más largas.
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