¿Cuál es (teóricamente) la forma más eficiente para un avión, suponiendo que no tenga que transportar carga?

Suponiendo que no necesita tener ninguna pieza grande en la parte inferior dedicada al área de almacenamiento/personas (como todos los aviones) y no le importa la estabilidad, ¿cuál es la forma más eficiente de energía para un avión en términos de energía? necesario para mantener la altitud? Supongo que es el ala voladora.

Lo que debe hacer:

  • Use el control de la computadora si es necesario para reducir los requisitos de energía

Todos los demás requisitos ocupan un segundo lugar; la eficiencia es el objetivo dominante.

¿Quiere decir "sólo para mantener la altitud"? ¿No es necesario ningún movimiento hacia adelante?
ala voladora infinitamente larga con perfil aerodinámico apropiado...
you don't care about stability¿entonces sumergirse en la tierra sería óptimo?
Depende de la velocidad y la altitud a la que quieras que vuele este avión.
También depende de la misión de la aeronave. ¿El objetivo es permanecer despierto el mayor tiempo posible o llegar a alguna parte?
La forma más eficiente desde el punto de vista energético para que una aeronave permanezca en el aire es cualquier aeronave más ligera que el aire (por ejemplo, globo, dirigible, etc.). No se requiere energía alguna para mantenerse en el aire. :) Sin embargo, esta no será necesariamente la forma más eficiente de energía para viajar una distancia significativa, especialmente si desea hacerlo de manera oportuna.
Probablemente sería bueno si pudiéramos hacer esta pregunta un poco más específica. Por ejemplo, ¿estamos considerando solo aviones más pesados ​​que el aire? ¿Solo estamos considerando aviones? ¿Estamos definiendo 'eficiencia' en términos de combustible requerido para llegar entre dos lugares o en términos de energía requerida para permanecer en el aire durante x cantidad de tiempo? Si cualquier avión cuenta y solo nos importa permanecer en el aire, la respuesta es simplemente "cualquier avión más ligero que el aire". Sin embargo, un planeador en térmica también funciona. :)
Me gusta la idea de esta pregunta, pero debe ser más específica para obtener buenas respuestas. En este momento, podría presentar muchos buenos argumentos para muchas clases diferentes de aviones, y mucho menos para la nave en sí.
@PeterKämpf ¿de dónde viene esa edición? ¿El OP especificó eso en alguna parte?
@Federico: No, pero traté de darle algo de sustancia a la pregunta. Por lo demás, el rechazo fue más que merecido. Si no está de acuerdo, invierta la edición. no me importará
@PeterKämpf No estoy seguro de que su requisito "Transportar a una persona a una distancia fija" encaje con la pregunta original ("no necesito [...] pieza [...] dedicada a [...] personas")
@ManuH: En la pregunta original, el avión no tenía ningún propósito. Tuve la tentación de responder a lo largo de la línea: ningún avión será el más eficiente. Una vez más, traté de darle a la pregunta al menos algo de sentido, pero siéntete libre de revertir la edición.
@Federico: Con esa edición, mi respuesta aún sería "sin avión". Ahora no tiene ninguna tarea de la que hablar, y lo más eficiente para realizar ninguna tarea es nada.
@PeterKämpf Entiendo su punto, pero entra en conflicto con las intenciones de OP, y hay una razón específica de "rechazo de edición" para eso. Si el OP quiere cambiar el alcance de la pregunta, es libre de hacerlo, pero con su edición, la pregunta claramente se contradecía.
Los comentarios de @boris muestran que debe limitar su pregunta agregando algunos requisitos a su aeronave o resaltando los que cree que son importantes (usar la menor cantidad de energía posible para mantenerse en el aire es diferente de usar la menor cantidad de energía posible para ir de un punto a otro)

Respuestas (3)

La mejor forma para un avión o planeador sería el ASH-30mi , un planeador de clase abierta con una envergadura de 86,9 pies y una relación de aspecto de 41:1 (longitud del ala a cuerda del ala). Tiene una relación de planeo superior a 60: 1 y se considera lo último en tecnología para planeadores.

ingrese la descripción de la imagen aquí

¿Cuánto se podría mejorar su índice de planeo si no tuviera que haber un piloto allí?
@boris: Para ver cómo se vería un planeador sin un piloto, mire los planeadores de competencia RC (controlados por radio) y los corredores de pilones. Específicamente las clases F3K, F3J, F5B y ​​F5F (tenga en cuenta que, curiosamente, las reglas para la competencia de aviones RC se rigen por el mismo organismo que los aviones pilotados reales: FAI).
Tenga en cuenta que en los años 60 y 70, algunos de los aviones RC que competían tenían alas voladoras, pero cuando la gente comenzó a usar fibra de carbono, la cola se volvió tan delgada que las alas voladoras ya no pueden competir con los aviones con cola convencionales. Esta tendencia refleja lo que sucedió con las competencias de planeadores pilotados donde en los años 30 y 40 los hermanos Horten y otros diseñadores lograron ganar competencias con planeadores de alas voladoras, pero cuando la fibra de vidrio apareció en escena, las alas voladoras perdieron su ventaja.
@Boris Sacar el piloto = reducir el peso no hace mucha diferencia en la relación de planeo, pero sí cambia el hundimiento mínimo.

Para un avión de baja velocidad, probablemente solo un ala muy larga, como el vehículo de investigación Helios de la NASA.

Prototipo Helios, imagen de la NASA

Parte de la ventaja proviene del diseño sin cola: una cola genera sustentación negativa para ayudar a la estabilidad del avión. ¡Deshacerse de esto elimina algo de arrastre pero puede agregar problemas de control!

Otra ventaja es que el fuselaje no arrastra nada; como decía la pregunta, no queremos transportar carga ni personas.

Por último, pero no menos importante, existe una gran ventaja de eficiencia debido a la gran relación de aspecto de las alas que reduce las pérdidas en las puntas de las alas.

Largo es bueno, pero una relación de aspecto alta es mejor
Si el objetivo es mantenerse en el aire, el zephyr tuvo más éxito que el Helios y posee una configuración de cola convencional. Por lo tanto, puedo imaginar que es más eficiente energéticamente, pero puede estar equivocado ya que utiliza tecnologías más recientes.
Buen punto, Helios obtiene gran parte de su ventaja del ala de alta relación de aspecto, como un planeador, no específicamente de la falta de cola. Sin embargo, una cola funciona generando una ligera elevación negativa, por lo que creo que podría afectar ligeramente la eficiencia. Por eso opté por el diseño sin cola.
@Andy tail no produce necesariamente una sustentación negativa. Solo tiene que volar en un ángulo de ataque más bajo que el ala para garantizar la estabilidad, como se explica aquí y aquí .

Estoy de acuerdo con Andy, pero en unas pocas palabras más:

El fuselaje de un avión no proporciona sustentación (o lo hace de manera muy ineficiente en los diseños de fuselajes de sustentación), por lo tanto, solo contribuye al peso y la resistencia. Es un mal necesario en la mayoría de los aviones prácticos porque la idea básica es mover personas o cosas con el fuselaje, por lo que se llega a un compromiso entre el volumen de carga y la resistencia aceptable del fuselaje. Si, en cambio, quita el fuselaje, dejando solo el ala, reduce el peso (por lo que se requiere menos sustentación) y la resistencia (se requiere menos empuje, lo que permite motores más pequeños que también contribuyen a las ineficiencias del flujo de aire).

Esta es la mentalidad detrás de las diversas "alas voladoras" de Northrop (YB-35, XB-49, B-2), así como del avión estilo Pathfinder de la NASA, incluidos Centurion y Helios, y algunos otros diseños como White Knight (la nave nodriza para SpaceShipOne; técnicamente es un diseño de fuselaje de doble brazo no muy diferente del P-38, pero estaba destinado a minimizar el área de superficie del fuselaje).

¿Cuál es (teóricamente) la forma más eficiente para un avión, suponiendo que no tenga que transportar carga?
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