Mal sehen, was die Einsparungen sind:

Ein mittelgroßes Verkehrsflugzeug trägt vielleicht 20% seiner Masse an Kraftstoff. Dieser Kraftstoff hat eine Energiedichte von 43 MJ pro kg. Von dieser chemischen Energie werden höchstens 40% in nutzbare Arbeit umgewandelt. Verdammt, machen wir diese 25%, damit wir wirklich konservativ sind. Somit beträgt die Energie für die gesamte Reise $$ E _ {\ text {trip}} = 0,2 \ cdot 0,25 \ cdot 43,000,000 \, \ frac {\ mathrm {J}} {\ mathrm {kg}} \ cdot \ text { mass} = 2.150.000 \, \ frac {\ mathrm {J}} {\ mathrm {kg}} \ cdot \ text {mass} $$

Nehmen wir nun an, dass dieses Verkehrsflugzeug die Energie spart, um von 0 zu beschleunigen bis 150 Knoten mit einem Katapult. Diese Energie ist $$ E _ {\ text {accel}} = \ frac {v _ {\ text {takeoff}} ^ 2 - v_0 ^ 2} {2} \ cdot \ text {mass} = 2.977,35 \, \ frac {\ mathrm {m} ^ 2} {\ mathrm {s} ^ 2} \ cdot \ text {mass} $$

Da ich metrische Einheiten ausgewählt habe, ist die Konvertierung einfach: $ 1 \, \ mathrm {J} = 1 \, \ mathrm {Ws} = 1 \, \ frac {\ mathrm {kg} \ cdot \ mathrm {m} ^ 2} {\ mathrm {s} ^ 2} $. Ich verwende $ \ text {mass} $ für die Startmasse, damit Sie nicht glauben, dass es sich um die Einheitsanzeige handelt. Lassen Sie uns das nun proportional machen: $$ \ frac {E _ {\ text {accel}}} {E _ {\ text {trip}}} = 0,001385 $$

Durch die Verwendung des Katapults werden 0,1385% der Einsparungen erzielt Energie, die benötigt wird, um eine typische Flugreise zu fliegen, wobei beim Beschleunigen die gleichen Wirkungsgrade wie während des Fluges angenommen werden. Wenn wir berücksichtigen, dass Düsentriebwerke während der Fahrt am effizientesten sind, verdoppeln wir den Kraftstoffbedarf für die Beschleunigung und machen ihn auf 0,277%. Zugegeben, es ist eher für Kurzstreckenflüge gedacht, aber immer noch unbedeutend für das, was benötigt wird, um das Flugzeug 10 km in den Himmel und dann für ein paar hundert Meilen durch die Luft bei Mach 0,8 zu bewegen. Bezogen auf die Kraftstoffmasse werden diese 0,277% 20% der Startmasse entnommen. Der Kraftstoff, der zum Beschleunigen auf v $ _0 $ benötigt wird, beträgt also das 0,000554-fache der Startmasse.

Um einen Katapultstart zu ermöglichen, müssen Sie dem Bugfahrwerk und dem vorderen Rumpf etwas Kraft verleihen. Der typische Fahrwerksanteil der Startmasse beträgt etwa 3%, und das Bugfahrwerk beträgt 10% - 15% davon, also $ m _ {\ text {nosegear}} = 0,00375 \ cdot \ text {mass} $. Bezogen auf die Bugfahrwerkmasse beträgt die Kraftstoffeinsparung durch die Verwendung eines Katapultstarts $ \ frac {0,000554} {0,00375} = 0,0148 $ oder 15% der Bugfahrwerkmasse. Daher müssen die Verstärkungen weniger als 15% zur Masse des Bugfahrwerks beitragen.

Wenn wir eine Beschleunigung von ½ g = 4,903 m / s² annehmen, beschleunigt sich der Startlauf auf 150 kn ist 607 m. Ich gehe davon aus, dass selbst diese moderate Beschleunigung (die beim Start eine Zugkraft von der Hälfte des Auftriebs erfordert) zu viel höheren Massenerhöhungen führen würde als diese 15% der Bugfahrwerkmasse.

Aus technischer Sicht wäre es möglich, eine Art bodengestützten Startstartmechanismus für Verkehrsflugzeuge zu entwickeln, obwohl alle von Ihnen beschriebenen Vorteile durch neue Nachteile, wie in anderen Antworten dargelegt, erheblich aufgewogen würden

Es gibt jedoch einen neuen Punkt, den ich für sinnvoll halte. Die kürzere Startrolle, die dies bedeuten würde, ist an sich kein Vorteil, sondern ein Nachteil .

Die Zeit, die mit voller Leistung auf der Landebahn verbracht wird, beträgt wertvoll. Es ist eine Chance sicherzustellen, dass sie und die übrigen Systeme des Flugzeugs ordnungsgemäß funktionieren. Wenn ein Fehler wie ein Stromausfall oder ein plötzlicher Abfall des Hydraulikdrucks auftritt, ist die Startrolle ein guter Ort dafür, da die Besatzung die Möglichkeit hat, sie sicher abzubrechen.

Diese Gelegenheit würde bei einem assistierten Start verloren gehen.

Ihnen allen fehlt die naheliegendste Antwort: Sie könnten, aber abgesehen von ein paar jungen Adrenalin-Junkies würde niemand anders damit fahren wollen.

Der einzige wirkliche Zweck für einen Start mit Katapultunterstützung ist das versorgen und Flugzeuge mit einer schnellen Beschleunigung nach Vr und darüber hinaus von einem kurzen Flugplatz. Da praktisch alle Flughäfen, die für größere kommerzielle Operationen genutzt werden, Landebahnen mit einer Länge von mindestens 1,6 km oder mehr haben, gibt es keine Infrastrukturkrise, die dies erforderlich machen würde.

Wenn Sie einen Flugplatz hätten, der dies war So klein, dass ein CATO-Start erforderlich war, um die Jets in die Luft zu bringen, stehen Sie auch vor der Aufgabe, sie auf kleinem Raum zu landen. Dies würde erfordern, dass das Feld auch mit Fanggeräten ausgestattet ist.

Wie oben erwähnt, sind keine vorhandenen Flugzeuge so konzipiert, dass sie mit diesen Systemen starten und wiederhergestellt werden können, selbst wenn in eine CATOBAR-Infrastruktur für einen Flugplatz investiert wird. Kein gewinnorientiertes Luftfahrtunternehmen könnte es nutzen. Und es bietet praktisch keine Treibstoffeinsparungen für die Fluggesellschaften.

Und vergessen wir hier nicht die menschlichen Faktoren: Wenn wir CATOBAR-Operationen von Militärflugzeugträgern als Maßstab für die Leistung heranziehen, bedeutet ein Katzenschuss 2-2,5 G. Beschleunigungslast auf das Flugzeug während des Starthubs und eine Verzögerung von 2 bis 2,5 G während einer angehaltenen Landung. Ich bin mir zwar sicher, dass ein Adrenalin-Junkie mit zwanzig Dingen einen Nervenkitzel bekommen wird, aber es wird für die meisten Menschen eine unangenehme Erfahrung sein und für ältere Menschen, gebrechliche, schwangere Frauen usw. ziemlich gefährlich.

Denken Sie daran, dass zivile Flugzeuge im Gegensatz zu Militärflugzeugen auf Komfort und Wirtschaftlichkeit ausgelegt sind.

Wenn ein typisches Verkehrsflugzeug für den Katapulteinsatz nachgerüstet wird, bedeutet dies eine Verstärkung des Flugzeugrahmens und der Flugzeugstruktur (und damit möglicherweise eine Erhöhung) Gewicht); Verstärkte oder anderweitig verstärkte Flügel und Motorlager, mögliche Änderungen an Rädern und Fahrwerk - all dies erhöht das Gewicht, was bedeutet, dass mehr Kraftstoff benötigt wird (oder weniger Passagiere befördert werden könnten), wodurch mögliche Einsparungen zunichte gemacht werden.

Vergessen wir nicht, die Landebahnen modifizieren zu lassen (weitere Kosten) und die unvermeidlichen Verzögerungen durch Landebahnsperrungen sowie die zusätzlichen Verzögerungen, da der Katapultmechanismus nach jedem Start "zurückgesetzt" werden muss.

Ganz zu schweigen davon, dass Passagiere die Tatsache nicht wirklich mögen, dass sie während milder Turbulenzen herumgeschleudert werden - stellen Sie sich vor, wie beliebt Sie sein werden, wenn Sie sie wie eine Schleuder abschießen.

Wir können es nicht schaffen, da es 0 Verkehrsflugzeuge gibt, die für Katapulte ausgelegt sind.

Ihre Annahme, dass dies zu Kosteneinsparungen führen würde, ist auf vielen Ebenen falsch. Das wichtigste wäre:

Startrolle (der Teil, in dem Katapulte wirken können) dauert nur eine Handvoll Sekunden.

Außerdem:

1. Sie benötigen die volle Kraft zum Klettern, damit Sie nicht auf den Blick treten können.
2. Sie können nicht viel schneller beschleunigen Aufgrund von Stress für die Flugzeugzelle und die Passagiere
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Das Katapult würde Ihnen helfen, von 0 auf V1 zu beschleunigen, aber sie können nichts tun, um Sie auf das Reiseflugniveau zu bringen.

Das Hinzufügen eines neuen Systems wäre sehr kostspielig, unpraktisch und spart Ihnen nur ein paar Sekunden Beschleunigung.

Der Kern davon ist für mich das.

Es braucht x Energie, um von 0 auf die Steiggeschwindigkeit zu kommen. Wenn diese Energie über ein Katapult oder von den Motoren aus dem Boden kommt, gibt es keine wirklichen Einsparungen. Sie müssen immer noch die Energie ausgeben. Die einzigen Einsparungen können die Kraftstoffkosten für die Erzeugung dieser Energie sein. Selbst wenn die Einsparungen bei den Treibstoffkosten extrem sind, ist die Gesamtenergie, die für das Erreichen einer Reiseflughöhe aufgewendet wird, im Vergleich zu der Energie, die aufgewendet wird, um ein Flugzeug dort oben zu halten, gering. Die Kosten für die Wartung des Katapults würden wahrscheinlich die Kosten für den "zusätzlichen" Kraftstoff abwägen, der benötigt wird, damit die Motoren die Steigenergie produzieren.

Denken Sie daran, dass Katapulte auf Flugzeugträgern nicht verwendet werden, weil die Kosten eingespart werden, da es keine andere Möglichkeit gibt, ein Flugzeug auf dieser kurzen Landebahn auf Touren zu bringen. Da VTOL immer beliebter wird, werden die Katapulte immer seltener verwendet.

Viele Flotten haben sich vollständig für STOBAR- oder STOVL-Systeme entschieden. Die aktuellen Trends scheinen zu sein: "Finde mir etwas anderes als ein Katapult, um dieses Ding in die Luft zu bringen", auch wenn dies auf Kosten der Flexibilität geht.

Um Ihre Punkte zu reduzieren:

• Weniger Landebahn: Nein, ich muss immer noch landen, und selbst wenn dies wahr wäre, sind nur sehr wenige Orte so eng, dass Landebahnen können nicht verlängert werden. Es mag teuer sein, dies zu tun, aber zum Teufel, Japan (glaube ich) baut eine ganz neue Insel, um seinen Flughafen zu halten.

• Kraftstoffeinsparungen: Vielleicht. Wenn Sie ein Dampfkatapult verwenden und den Dampf mit Kohle erzeugen und der Kostenunterschied pro Arbeitseinheit zwischen Kohle und Düsentreibstoff ausreicht, kann dies zu einer Kraftstoffeinsparung führen. Es würde jedoch mit ziemlicher Sicherheit durch Wartungskosten ausgeglichen.

• Schneller umdrehen: Nein! Es braucht Zeit, um dieses Katapult aufzuladen. Es ist nicht sofort. Sie können nicht einfach ein zweites Flugzeug starten, sobald das erste die Landebahn geräumt hat. Das Katapult muss eingestellt, aufgeladen und dann abgefeuert werden. Bei militärischen Operationen können Sie nur X Fahrzeuge starten. Es ist also möglich, dass ein Militärkatapult für den gesamten Start berechnet wird. Ein Flughafen ist jedoch kontinuierlich. Es wird also Zeit geben, in der das Aufladen erforderlich ist. Es gibt Möglichkeiten, dies zu umgehen, wie das "seitliche Laden" aus zwei Quellen, so dass die andere aufgeladen wird, wenn eine erschöpft ist. Dies würde jedoch die Kosten und die Komplexität noch weiter erhöhen.

Wenn es wirklich einen wirtschaftlichen oder Sicherheitsnutzen gäbe, wären sie bereits in Gebrauch. Katapulte gibt es schon lange genug, um eine bewährte Technologie zu sein, wenn sie verwendet werden.

Bedenken Sie, dass einige Fluggesellschaften ihre Lackierungen geändert haben, weil das Flugzeug dadurch genug Gewicht eingespart werden würde, um eine bedeutende Menge an Treibstoff zu sparen oder zusätzliche Treibstoffe hinzuzufügen Nutzlast. Wenn sie solche Dinge untersucht und umgesetzt hätten, wären Katapulte sicher nicht so lange übersehen worden.

Ja, es würde Kraftstoffeinsparungen aus mehreren Quellen geben:

• Effizienzgewinn durch den bodengestützten Trägerraketen.
• Gewichtsersparnis durch kleinere Motorgröße.

p Effizienzgewinn. Laut dieser Website verwendet ein B747 5.700 lbs für den Start, von maximal 422.000 lbs. Treibstoff. Das sind 1,35% des Kraftstoffs für ein Langstreckenflugzeug, der Prozentsatz für ein Kurzstreckenflugzeug wäre höher. Das Katapult oder die elektrische Schleppleine müssten nun die Startenergie liefern - wenn sie mit Strom betrieben wird, ist der Wirkungsgrad viel höher. Ein Faktor von über 2 wird erzielt, wenn nicht die Luft, sondern das Flugzeug selbst beschleunigt wird, und die Leistung im kombinierten Zyklus ist viel effizienter als eine einzelne Gasturbine. Aus Wikipedia:

Durch die Kombination dieser mehreren Arbeitsströme auf einer einzelnen mechanischen Welle, die einen elektrischen Generator dreht, kann der Gesamtnettowirkungsgrad des Systems um 50– erhöht werden. 60%. Das heißt, von einem Gesamtwirkungsgrad von beispielsweise 34% (in einem einzelnen Zyklus) bis zu einem Gesamtwirkungsgrad von 62,22% (in einer mechanischen Kombination von zwei Zyklen) des thermodynamischen Netto-Carnot-Wirkungsgrads. Dies ist möglich, weil Wärmekraftmaschinen nur einen Teil der Energie verbrauchen können, die ihr Brennstoff erzeugt (normalerweise weniger als 50%). In einer gewöhnlichen (nicht kombinierten) Wärmekraftmaschine wird die verbleibende Wärme (z. B. heiße Abgase) aus der Verbrennung im Allgemeinen verschwendet.

In einem Flugzeug wird Luft durch einen thermodynamischen Prozess mit einem Wirkungsgrad von 35% beschleunigt. Beim Start durch ein Katapult wird das Flugzeug aus einem thermodynamischen Prozess mit einem Wirkungsgrad von über 60% beschleunigt. Der Gesamtwirkungsgradgewinn ist der oben angegebene Faktor 2, mal 60/35 = 3,4 mal höher. Dies führt zu 5.700 / 3,4 = 1.700 lbs, die für den Start des Katapultstarts erforderlich sind. Eine potenzielle Einsparung von 4.000 Pfund bei jedem Start eines B747. Natürlich wird ein Großteil davon dadurch zunichte gemacht, dass die Motoren mit Drehzahlen laufen, die einen Aufstieg direkt nach dem Start ermöglichen, aber selbst eine Einsparung von 1.000 lbs / schwerem Flugzeug würde eine unglaubliche jährliche Einsparung an einem geschäftigen Flughafen wie O 'bewirken. Hase.

Gewichtsersparnis . Airbus macht sich dafür stark (jetzt hinter einer Autorisierungswand). Maximaler Schub wird nur beim Start verwendet. Ein unterstützter Start würde leichtere Motoren mit einem damit verbundenen geringeren Kraftstoffverbrauch bedeuten. Aus dem Artikel:

Hören Sie sich das sich ändernde Triebwerksgeräusch während des Fluges an und es ist offensichtlich: Ein Flugzeug schöpft beim Start mehr als zu jedem anderen Zeitpunkt aus seinen Leistungsreserven. Die zum Abheben benötigte Leistung wird anhand einer Reihe von Faktoren bestimmt - einschließlich Landebahnlänge, Windgeschwindigkeit, Temperatur und Gewicht des Flugzeugs selbst.

Diese Startleistung wird jedoch nur für eine sehr lange Zeit benötigt kurzer Teil des Gesamtfluges. Sobald ein Flugzeug über dem Himmel kreuzt, benötigt es nicht mehr so ​​viel, um die Höhe zu halten. Warum also nicht die beim Start benötigte Energie aus einer am Boden installierten Innovation beziehen? Kann die Last (und das Gewicht) vom Flugzeug selbst entfernt werden?



Ein unterstützter Start - mit Eine Form der Beschleunigung mit Antrieb - würde bedeuten, dass Flugzeuge leichter sein könnten und kleinere Triebwerke weniger Kraftstoff verbrauchen.

Es würde also zusätzlich zu dem für den Start gesparten Kraftstoff Kraftstoff eingespart.

Bisher scheinen sich alle Antworten auf ein flaches Katapult mit kurzem Start konzentriert zu haben, ähnlich wie Sie es auf dem Deck eines Flugzeugträgers sehen würden. Dies hat Fehler, wie in vielen Antworten aufgeführt. Was wäre, wenn es eine Rampe wäre? Könnte eine normale, leicht erhöhte flache Oberfläche sein oder eine gekrümmte Rampe, die den Winkel exponentiell ändert. Nehmen wir an, wir rüsten einen vorhandenen Flughafen nach. Das gibt uns bis zu einer Meile Horizontale, die wir für unseren Katapultlauf verwenden könnten.

Vorteile:

• Kann langsamer, aber über einen längeren Zeitraum beschleunigen und eine ruhigere Fahrt ermöglichen sowohl das Flugzeug als auch die Passagiere.
• Je nachdem, ob es sich um eine flache oder eine gekrümmte Rampe handelt, kann mit einer anständigen AOA bis zu einigen hundert Fuß in den Himmel geschossen werden.
• Die Startgeschwindigkeit kann nahe der Höchstgeschwindigkeit des Flugzeugs liegen Anstatt nur das zu überschreiten, was benötigt wird, um es in die Luft zu bringen, sparen Sie Kraftstoff, da es einfacher ist, eine Geschwindigkeit aufrechtzuerhalten, als auf eine zu beschleunigen.
• Landungen können nur in eine Richtung erfolgen, jedoch mit Schwerkraft Unterstützen Sie das Brechen, ermöglichen Sie eine stärkere Verzögerung und verkürzen Sie hoffentlich die Zeit von der Landebahn bis zum Terminal.
• Es ist weniger wahrscheinlich, dass das Heck beim Landen eingeklemmt wird, da der Winkel der Rampe das Heck proportional höher macht.

Nachteile:

• Ihr Flugzeug könnte während der Landung / des Starts herunterfallen / von der Seite der Rampe gesprengt werden.
• Nicht katapultgesteuerte Flugzeuge möglicherweise nicht Sie können nach der Landung von Ihrem Flugplatz abheben (abhängig von Rampe und Flugzeugtyp sowie den vorherrschenden Winden).
• Früher erwähnt, aber Landungen enden so ziemlich als mono-direktionales Aff Luft, also wenn der Wind gegen Sie ist, müssen Sie umleiten.

Minderung:

• Bauen Sie die Rampe in der Nähe der vorhandenen Landebahn, jedoch nicht darüber. Da das Ende der Rampe ziemlich hoch ist, könnten andere Strukturen wie Hangars darunter eingebaut werden. Dies würde Platz sparen und reguläre / nicht unterstützte Starts und Landungen von Flugzeugen auf der regulären Landebahn ermöglichen, könnte jedoch schwerwiegende Auswirkungen haben, falls ein Flugzeug von der Seite fällt.
• Angesichts der Länge, die wir für die Rampe haben, könnten wir anstelle eines speziellen Katapults einen Hochgeschwindigkeitstraktor oder einen Pushback verwenden, der die Nachlade- / Kalibrierungszeiten verkürzt - dasselbe Fahrzeug schleppt das Flugzeug zur Landebahn und fährt dann sehr schnell damit (ok, hier wird etwas von Hand gewinkt, aber mehrere umherziehende "Katapult-Einheiten" sind eine Idee, die nur eine Lösung benötigt).