Ya hay una buena respuesta que habla de cómo una catapulta prácticamente no proporciona ningún beneficio para los aviones que funcionan con combustible.
Sin embargo, me pregunto si la misma respuesta es cierta para los aviones eléctricos. Por ejemplo, veo aquí :
Todas las hélices de gran sustentación [borde de ataque] se utilizan durante el despegue... Una vez que llegue a un margen cómodo, digamos un 30 por ciento por encima de la velocidad de pérdida, simplemente saldrá de las hélices de crucero [la punta del ala] y podrá plegar las [palas de las] hélices de elevación.
Esto me sugiere que la aerodinámica, la complejidad y el peso de (al menos ese diseño de) los aviones eléctricos podrían mejorarse si hubiera algún otro medio para que los aviones alcanzaran la velocidad.
Si bien una catapulta es una solución agradablemente de alta tecnología, hay una serie de razones (algunas mencionadas en esa otra respuesta) que la hacen poco práctica.
Pero, ¿qué pasa con algunas opciones de tecnología más baja? ¿Un camión con una cuerda de remolque? ¿Un carro especialmente diseñado en el que se sienta el avión que lo acelera hasta alcanzar la velocidad de despegue?
Lo sé, eso no va a ser práctico para naves del tamaño de un jumbo. Pero para los aviones que tienen capacidad para (digamos) una docena de pasajeros, ¿podría ser esto parte de la solución? ¿O las matemáticas funcionan esencialmente igual?
EDITAR en respuesta a la pregunta de GdD ¿ Qué problema está tratando de resolver?
Los mayores obstáculos para adoptar aviones eléctricos son las limitaciones impuestas por la tecnología de baterías actual. Mi pregunta tiene por objeto determinar si la asistencia de despegue podría abordar esa limitación al aliviar la alta demanda de potencia en el despegue y al reducir el peso, la complejidad, etc. del equipo que solo se necesita en el despegue.
Entonces, la primera parte de la pregunta es: ¿Algún tipo de "asistencia de despegue" haría contribuciones útiles a la operación de aviones eléctricos?
La respuesta de Peter Kämpf es "no" para los aviones existentes. Pero, ¿la electricidad hace que las cosas sean diferentes? ¿Especialmente dado que los aviones eléctricos actualmente se están diseñando desde cero?
La segunda parte de la pregunta es: ¿Sería viable alguna "asistencia de despegue" útil para los aviones eléctricos ?
Si bien una catapulta de longitud extendida impulsada por vapor podría ser tanto posible como beneficiosa (y genial), es difícil creer que alguna vez será práctica . Pero si un camión con un cable de remolque le permite extender el alcance del avión en un 25% y al mismo tiempo reducir el costo y el mantenimiento, eso parece interesante.
Para abordar el otro comentario de jamesqf, mi familia objetivo de aviones es algo similar a Alice de Eviation .
Supongo que me pregunto si los diseñadores de aviones eléctricos no lo están considerando solo porque así es como funcionan los aviones existentes. ¿O han hecho los cálculos?
Un lanzamiento de catapulta tiene proporcionalmente más sentido para los aviones eléctricos. Proporcionalmente a su menor rango y velocidad, es decir.
Con la tecnología actual de baterías, solo son factibles vuelos cortos a baja velocidad . Lo mejor que se puede esperar es volar un avión tipo GA durante quizás 250 nm a 90 KTAS si las baterías pesan ⅓ de todo el avión. Para esto, la respuesta de @Finbar Sheehy asume una densidad de energía de 250 Wh/kg de las baterías y una descarga al 75% de su capacidad para no abusar de la batería.
Ahora supongamos que el lanzamiento proporcionará a la aeronave toda la aceleración a la velocidad de crucero, que es de 46,3 m/s en unidades métricas. ¿Cuánto de toda la energía utilizada, que es 0,75 250/3 = 62,5 Wh por kg de masa del avión, ¿es eso? La energía cinética que proporciona el lanzamiento es de 0,5 46,3² = 1072 Ws por kg o 0,2977 Wh por kg de masa del avión. Esto equivale a 0,0047637556 o 0,476 % de la energía del viaje.
Eso ya es un poco mejor que el 0.1385% que fueron los ahorros calculados para un avión comercial, pero nuevamente no es suficiente para que el caso de una catapulta sea convincente. Usar una catapulta solo ahorraría tanta energía como cubrir 1,19 nm a 90 nudos. Esto podría convertirse en 2 nm si las hélices se usan como molinos de viento y el motor como generador, si las baterías no estaban llenas ya en el despegue. Sin embargo, los motores más eficientes son generadores deficientes.
En lo que respecta a los posibles ahorros en la potencia instalada: los motores eléctricos ofrecen múltiplos mucho mayores sobre su potencia nominal para operaciones de corta duración; después de todo, así es como es posible el "modo ridículo" de Tesla . Por lo tanto, es muy poco probable que sean posibles grandes ahorros en el motor. Lo mismo, por cierto, ya se aplica a los aviones de pasajeros: ellos también navegan a su potencia nominal máxima o cerca de ella para volar tan alto como lo hacen y no podrán usar motores más pequeños cuando sean lanzados por catapulta. Los únicos ahorros estarán en la longitud de las pistas, es decir, si encontramos una manera de reducir el requisito de pista para los aterrizajes.
Si se desea un despegue vertical como en el demostrador GL-10 (al que se vincula la pregunta), la potencia instalada debe ser aproximadamente 3 veces mayor que la que requiere el despegue horizontal. Ahora, el diseño debe agregar hélices y motores que serán un peso muerto durante el resto del vuelo, excepto cuando también se desee un aterrizaje vertical. Tiene sentido tener ambos (despegue y aterrizaje vertical), por lo que usar una catapulta no evitará las hélices y motores adicionales en la mayoría de los casos prácticos. El uso de una catapulta agregará aceleraciones extremas si la distancia de despegue debe ser corta. Esto agregará cargas de inercia que requieren una estructura reforzada, y nuevamente obtendremos una compensación que reducirá los posibles ahorros a números insignificantes.
Cuando se estaba desarrollando la bomba de zumbido V-1, las primeras docenas de lanzamientos resultaron en muchos accidentes. Dado que el V-1 no estaba tripulado y los artículos de prueba se destruyeron en los choques, fue extremadamente difícil averiguar qué sucedió con la instrumentación y la telemetría primitivas hace 70 años. Al final, se descubrió que la aceleración en la rampa a vapor hizo que los accesorios del ala se deformaran y el V-1 se volvió incontrolable una vez que salió de la rampa. Someter a pasajeros humanos a tales cargas no será práctico, por lo que una catapulta realmente no ayuda cuando se desea un despegue casi vertical.
Sí lo sería, para aviones a base de combustible y para aviones eléctricos. Cuanto mayor sea el MTOW, mayor será el beneficio.
Este artículo defiende la instalación de catapultas en pistas para aviones comerciales: los motores están dimensionados para el despegue y un despegue asistido significa motores más ligeros con los ahorros de consumo de combustible asociados. El despegue es particularmente exigente para la instalación de potencia porque necesita adquirir una velocidad de elevación desde parado.
Otras etapas de vuelo hambrientas de energía:
..los motores luego aumentan a su potencia de despegue calculada. Las computadoras de gestión de vuelo de las aeronaves modernas determinarán la potencia que necesitan los motores para despegar, en función de una serie de factores, como la longitud de la pista, la velocidad del viento, la temperatura y, lo que es más importante, el peso de la aeronave.
Los aviones certificados bajo 14CFR parte 25 deben poder ascender después de una sola falla de motor después de : la aeronave bimotor se dimensionará para este caso, si el dispositivo de lanzamiento acelera la aeronave a una velocidad alta como todavía habrá un ahorro de tamaño del motor.
Una catapulta de vapor hará el truco, o cualquiera de las opciones que indica OP. Por supuesto, la carrera de despegue no debe ser el par de metros que permite un portaaviones, sino que debe ser más larga para limitar las aceleraciones a las que está sujeta la estructura.
usuario3528438
jamesqf
GDD
Transistor