¿Qué tan ágil puedo hacer mis aviones?

La limitación de la "agilidad" de un avión pilotado es el piloto.

Un piloto humano no puede soportar cargas G prolongadas mucho más de 6G, incluso con un traje G y una amplia formación y experiencia. Las cargas de período más corto pueden funcionar hasta 8G sin riesgo indebido. No es particularmente difícil construir un fuselaje que pueda soportar 12G positivos y negativos (generalmente, sin embargo, no hay necesidad de que la clasificación G negativa coincida con la positiva, ya que pocas aeronaves pueden generar tanta carga G en maniobras externas como lo hacen en el interior ).

Por lo tanto, puede construir aviones que pueden llevar más de un piloto humano, y su limitación es de aproximadamente 8G positivos, alrededor de 4,5 G negativos, para que el piloto humano permanezca funcional continuamente.

Para aeronaves controladas de forma remota (como se menciona en los comentarios), el límite de G puede ser de hasta 100 G. He construido modelos con estructura de madera que manejan más de 20 G positivos; el uso de fibra de carbono para mejorar tanto la ligereza como la resistencia impulsará esa cifra. Aquí, la limitación es el "bucle" de control: con un buen equipo R/C, el avión recibirá entradas del piloto en cualquier lugar a la vista y quizás un poco más allá, pero si el piloto no puede ver el avión y ver dónde está . es relativo a obstáculos como los árboles en cuestión, no pueden mantener un control adecuado o tendrán que volar de forma conservadora.

La vista en primera persona no ayuda mucho: el piloto puede ver lo que el avión "ve", pero tiene una visión periférica muy limitada (o ninguna), no puede mirar por encima del hombro, instrumentos limitados en el capó de realidad virtual: es como jugar un videojuego. Y con la mayoría de las configuraciones en primera persona, una sola cámara en el modelo significa que el piloto no tiene una percepción de profundidad efectiva, incluso si el capó VR proporciona pantallas duales.

Al final, mientras que un modelo o RPV puede realizar maniobras de rendimiento mucho más altas que una nave pilotada, las otras limitaciones pueden hacer que sea poco o nada superior a una nave pilotada para una situación de carrera cargada de obstáculos.

La "agilidad" del avión depende mucho de cómo esté diseñado. El A6M Zero es tan ágil como cualquier caza de la época de la Segunda Guerra Mundial debido a factores como la relación potencia/peso, la carga alar, la resistencia de los materiales utilizados para construir el avión, etc. Probablemente podría construir una réplica del A6M utilizando materiales compuestos, propulsado por un motor de turbina de gas compacto y con una aerodinámica moderna (como el perfil del ala y las ayudas aerodinámicas) que sería muy superior en la mayoría de los aspectos al avión de la era de la Segunda Guerra Mundial, pero no significativamente. "más" ágil.

Lo que se necesita es una comprensión clara del papel que la aeronave está diseñada para asumir, y para un rendimiento aerodinámico excepcional, la aeronave probablemente no se parecería en nada a un caza de la era de la Segunda Guerra Mundial. El diseño probablemente necesitaría tener la mayor cantidad de masa concentrada en el centro de gravedad, y las alas en realidad podrían estar dispuestas en un patrón de "X" o "+" para proporcionar sustentación en cualquier aspecto. Tal vez contrariamente a la intuición, es posible que se necesiten hélices contrarrotantes para que la aeronave no tenga ningún efecto de torque que afecte el manejo de una forma u otra. Ciertamente, también se necesitará una relación potencia/peso superior a 1:1 para maniobras verticales.

Un diseño conceptual que podría encajar en el proyecto de ley fue el " Carter Hummingbird ". Si bien el diseñador en realidad no construyó el avión, se construyeron modelos a escala, lo que debería darle una idea:

Modelo a escala del concepto Carter Hummingbird

Vista trasera 3/4

en vuelo

Esta no es la única configuración posible. He visto algunas discusiones en el foro "X-Planes" de varias aeronaves conceptuales, algunas de las cuales generan la mayor parte de la sustentación utilizando superficies aerodinámicas giratorias (en ese momento, no son realmente hélices en la forma en que solemos pensar en ellas). Dado que tanto la propulsión como la sustentación son proporcionadas por el mismo sistema, la aeronave se maniobraría mediante la aplicación de diferentes cantidades de inclinación en las superficies aerodinámicas giratorias.

Una vez más, no ha habido ningún avión real que haya volado de esta manera (que yo sepa), aunque algunos diseños de interceptores de puntos alemanes de finales de la Segunda Guerra Mundial como el Focke-Wulf Triebflügel o el Heinkel Wespe utilizaron variaciones de este principio. Los cazas de "escolta de convoyes" de posguerra como el Covair "Pogo" también tendrían características de vuelo similares simplemente a través de la gran relación potencia-peso necesaria para el despegue vertical.

Triebflügel de Focke-Wulf

Heinkel Wespe

Covair Pogo despegando

Por supuesto, un avión propulsado por chorro puede tener un rendimiento sorprendente si adopta el sistema de empuje vectorial del Hawker Harrier "Jump Jet". Sin embargo, es posible que uno reducido al tamaño de un A6M no pueda transportar suficiente combustible para vuelos prolongados.

AV8 Harrier en vuelo

Entonces, si hay una comprensión clara del entorno de vuelo en el que la aeronave debe funcionar, entonces puede diseñarse específicamente para el rendimiento acrobático, hasta el punto de que ni siquiera los seres humanos pueden volar.