¿Qué tan alto pueden volar los aviones de hélice?

¿Hay una altura máxima a la que puede volar un avión de hélice?

Algunos límites inferiores para la altitud máxima de vuelo:

Solo a modo de comparación: la órbita terrestre baja es de unos 160.000 m.

Límites superiores : no lo sé. Supongo que en algún momento no hay suficiente aire para levantarse. Y nadie construye un avión con celdas solares que vuele al espacio.

Supongo que los factores importantes para tal límite superior son:

  • Peso del avión,
  • Tamaño, forma y velocidad de las hélices
  • Velocidad de las hélices
Parece que ya respondiste la pregunta. ¿Qué esperas exactamente de una respuesta aquí?
No, solo dije que los prototipos actuales (o mejor dicho: los mejores que encontré) pueden volar al menos a 29.523 m de altura. Quiero saber si, por ejemplo, tuviéramos células solares más eficientes / material más liviano que incluso podrían llegar al espacio exterior. Supongo que no. Supongo que puede haber una altura (por debajo de los 160.000 m) que no se puede alcanzar.
Y me gustaría saber si tengo todos los factores que determinan qué tan alto puede llegar un avión.
Si extrapolamos del Helios, no importa cuán delgado sea el aire, si puede hacer que un perfil aerodinámico subsónico sea lo suficientemente liviano, debería poder ser impulsado por hélice. Hay un problema limitante, que es que la velocidad del sonido disminuye con la altitud, por lo que un avión subsónico podría tener que viajar muy lentamente (en la velocidad indicada, que no es necesariamente una velocidad lenta sobre el suelo).
¿Sería la aviación un mejor hogar para esta pregunta?
¿Considera que un motor a reacción es una hélice elegante? En otras palabras, ¿se trata de "mover el aire a tu alrededor" en lugar de "confiar en el empuje del propulsor expulsado" (cohete)? Un jet de alto bypass es en realidad una hélice impulsada por una turbina. ¿Puedes aclarar lo que quieres decir?
@Qmechanic: Sí, probablemente. No sabía que existía ese sitio.
No especificas el tipo de propulsión, lo que marca la diferencia... pero esencialmente si tuvieras una hélice lo suficientemente grande, alas lo suficientemente grandes para crear sustentación y un motor que no dependiera del aire (por ejemplo, no un motor convencional o a reacción) entonces podrías ir al mismo borde de la atmósfera. Mientras haya aire para empujar, puedes empujarlo. Ese es el límite teórico.
no necesitas una hélice para subir a los niveles de vuelo. Los planeadores vuelan regularmente en los niveles de vuelo, a veces a más de 30 000 pies

Respuestas (3)

Es una cuestión de fuente de energía (y aspiración del motor en el caso de motores que respiran aire), carga alar y eficiencia aerodinámica. Con la tecnología actual, el límite es de alrededor de 100.000 pies (30 km), como lo demuestra Pathfinder y especialmente Helios . Dudo que se pueda hacer mucho más con aviones realmente utilizables.

La aerodinámica primero: el factor de altitud de C yo ⋅ METRO a 2 te dice cuánta sustentación se puede producir en un número de Mach de vuelo dado, y la carga alar te da la densidad mínima para un vuelo sostenido. 0.4 es un buen valor para subsónico C yo ⋅ METRO a 2 , y 30 kg/m 2 es una carga alar factible para un vuelo a 30 km. Ver esta respuesta para más detalles.

Si la fuente de energía necesita aire ambiente (motor de pistón), el avión necesita compresores de tres etapas o turbocompresores, que han sido probados hasta 20 km de altitud y deberían estar en buen estado durante unos 24 km. Son dispositivos meticulosos; Boeing Condor rara vez volaba a su máxima potencia porque las etapas de los turbocompresores oscilaban en una secuencia alterna de sobretensiones. Una etapa correría hacia adelante, haciendo que la otra se elevara, lo que provocó la primera aceleración y liberó a la otra para avanzar, y así sucesivamente.

Por encima de aproximadamente 24 km, la propulsión solar-eléctrica parece ser la mejor opción actualmente. En todos los casos solo se puede volar subsónico, por lo que la mínima carga alar práctica limitará la altitud máxima. Las aeronaves como Helios ya son muy delicadas, por lo que solo se pueden lanzar en climas tranquilos y corren el riesgo de ser arrastradas por vientos de gran altura. La carga útil es mínima, y ​​dependiendo de lo que se supone que debe hacer el avión además de volar alto, le dará un límite de altitud máxima entre 24 y 30 km.

Ir a la órbita en un dispositivo impulsado por hélice es completamente ilusorio. No hay suficiente materia para empujar a altitudes más altas, y el diámetro teórico de la hélice se mediría en kilómetros (o millas, si prefiere esa unidad). La masa estructural sería prohibitiva. Además, el empuje de la hélice es inversamente proporcional a la velocidad de vuelo, y no hay forma de acelerar con una hélice para escapar de la velocidad. El empuje estaría a solo un error de redondeo de cero a 7,9 km/s.

Esta velocidad es necesaria para escapar de la gravedad terrestre volando lo suficientemente rápido alrededor de ella para que la fuerza centrípeta sea igual al peso del avión y se denomina velocidad orbital. Cuanto más alta se vuelve la órbita, más energía se requiere para alcanzarla. Para obtener suficiente energía, un avión de hélice aceleraría en la atmósfera a una velocidad un poco más alta que la velocidad orbital deseada y luego convertiría esa energía cinética en energía potencial para elevar su trayectoria por encima de al menos 100 km, la altitud reconocida internacionalmente. donde comienza el vuelo espacial. Tenga en cuenta que esta fase del vuelo requiere vuelo invertido si la aceleración lleva algún tiempo. El número máximo de Mach de vuelo debería ser quizás 12 o incluso 15 para que esta maniobra sea posible.

En resumen: ¿ir a la órbita con una hélice? ¡Olvídalo!

@ user2813274: Tienes razón, debería ser más explícito.
"Cuanto más alta se vuelve la órbita, más rápido debe ir el avión". – Al revés, ¿no? Para órbitas circulares, la velocidad orbital es más lenta a medida que se asciende.
@TannerSwett Lo que quise decir es que debes comenzar con una velocidad más alta para alcanzar la órbita más alta. Reconozco que no se expresó con claridad. Espero que mi edición haya mejorado la respuesta.
@TannerSwett Perdón por responder a una publicación tan antigua, pero quería decir que Orbital Mechanics es extrañamente contrario a la intuición. Para alcanzar una órbita alta y de baja velocidad, debe acelerar para poner energía en su órbita. Inversamente, para pasar de una órbita de alta velocidad y baja velocidad a una de alta velocidad y baja altitud, debe desacelerar y eliminar energía de su órbita. Disminuir la velocidad es acelerar y acelerar es ralentizar. loco, ¿verdad?
¿La pregunta pretende excluir situaciones en las que el "ascenso" meteorológico, como las ondas de montaña, ayuda a la aeronave a ascender a gran altura?
@quietflyer. ¿Eso no haría que la pregunta no tuviera sentido? Cuando se trata de aviones de hélice, la hélice debe hacer el levantamiento.

Un orion P3 fabricó 45.018 en 1971.

Esa es técnicamente una respuesta, pero demasiado breve en detalles, especialmente porque sabe que no es el registro.
Gracias por su respuesta. ¿Dónde puedo encontrar noticias e información sobre este vuelo?
@AIBreveleri Algo de información aquí: avgeekery.com/p-3-orion-turboprop-46000-feet-happened

Se están preparando para volar uno en Marte , por lo que el problema es más generar energía para girar la hélice que la capacidad de la hélice para generar empuje. Los emocionantes avances en la energía solar han hecho práctico el vuelo a gran altitud, como lo demuestra la envergadura de 247 pies, 1 tonelada de Helios a 98,000 pies.

Los globos tripulados han alcanzado los 125.000 pies, pero los vientos de Marte pueden haber preocupado a los diseñadores. Helios podría seguir existiendo si tuvieran algunos refuerzos de alambre anticuados para las alas, pero ahorrar peso y resistencia es fundamental para obtener el máximo rendimiento en altitud.

Un aspecto que favorece el vuelo marciano es el peso molecular del CO2, que a 44 es aproximadamente un 50% más grande que la atmósfera predominantemente de nitrógeno/oxígeno de la Tierra. Aunque extremadamente delgada, la atmósfera marciana de CO2 más pesada aumenta la cantidad de "ascenso" que genera una superficie aerodinámica en movimiento, doblándola o desviándola, a cualquier presión de "aire" dada.

La gravedad reducida también ayuda mucho. Debería ser una ayuda lineal, por lo tanto, al 38% de la gravedad terrestre, la misma ala podría levantar 2,6 veces la masa.
¿Qué tan alto pueden volar los aviones de hélice?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 21v