Es ist kein Zufall, dass die größten Vögel flugunfähig sind. Die Fähigkeit zu fliegen nimmt mit zunehmender Größe ab, so dass es auch eine Obergrenze für Flugzeuge gibt. Der Hauptgrund ist, dass mit zunehmender Größe die Massen mit dem Würfel der Größe zunehmen, während die tragenden Strukturen wie Flügelholmquerschnitte nur mit dem Quadrat der Größe zunehmen. Dieses Potenzgesetz ist das einfachste der Skalierungsgesetze.

Da die Belastung des Flügels eines Flugzeugs nicht nur von seiner Größe abhängt, sondern auch von vielen weiteren Parametern (Anstellwinkel, Geschwindigkeit, Seitenverhältnis…), es gibt keine klare Grenze, und Fortschritte bei den Materialien tragen dazu bei, die Größenbeschränkung nach oben zu verschieben. Wenn man versuchen würde, das größte Flugzeug der Welt zu bauen, könnte die Flügelspannweite leicht doppelt so hoch sein wie die heutigen größten Flugzeuge, aber der Nutzen dieses Flugzeugs wäre sehr begrenzt.

Verwendung dieses Flugzeugs für Passagierreisen würde weitere Einschränkungen wie die Anzahl der Notausgänge und die maximale Entfernung zum nächsten Ausgang hinzufügen, dies könnte jedoch durch die Verwendung mehrerer kleinerer Rümpfe überwunden werden. Ein Doppelhüllenflugzeug würde auch das Nutzlastgewicht verteilen, so dass der Flügel ein reduziertes Wurzelbiegemoment erfahren würde. Von dieser ( Quelle):

zu dieser ( Quelle) :

würde die Größenbeschränkung sofort erheblich erhöhen. Zum Abheben wären jedoch neue, breitere Landebahnen erforderlich. Das Hinzufügen weiterer Rümpfe zum selben Flügel wird bald zu Flattern führen.

Die nächste Indikation könnten Konstruktionen sein, die untersucht und als machbar erachtet wurden, aber letztendlich aus wirtschaftlichen Gründen nicht gebaut wurden . Hier sind die Fahrzeuge mit Bodeneffekt die größten: Langsames Fliegen in dichter Luft erhöht die Größenbeschränkung. Der Boeing Pelican war mit einer Flügelspannweite von 152 m geplant, und Beriev schlug einen mit einer Startmasse von 2500 t und einer Flügelspannweite von 125,5 m vor.

Ich würde vermuten, dass eine Flügelspannweite von 200 m noch realisierbar ist, und wenn das Gewicht verteilt, sollten sogar 500 m realistisch, aber völlig unpraktisch sein. Eine Lehre aus der Geschichte wäre ein mehrhülliges Flugboot, das im Bodeneffekt fliegt, ähnlich den (einhülligen) größten Flugzeugrekordhaltern in den 1920er Jahren.

Ja, es gibt eine Obergrenze, aber diese Obergrenze kann sich mit der technologischen Innovation ändern.

Ein Flugzeug fliegt aufgrund des Auftriebskoeffizienten $ L = \ frac12 \ rho v ^ 2 A C_L $, wobei $ v $ die Fluggeschwindigkeit ist, die eine Kombination aus der Geschwindigkeit des Flugzeugs und der Windgeschwindigkeit ist , $ \ rho \ ca. 1 \, \ text {kg m} ^ {- 3} $ bei einem theoretischen Minimum von 5 km Höhe (denken Sie daran, dass die meisten Flugzeuge 10 km erreichen, aber ich habe dies etwas extremer genommen, um ein Obermaterial zu zeigen limit), $ A $ the area und $ C_L $ ein Koeffizient mit einem typischen Wert von weniger als 2, der sich mit der technologischen Innovation ändern kann.

Die einzigen Faktoren, die wir beeinflussen können, sind $ v $ und $ A $. Wenn wir jedoch $ A $ erhöhen, steigt die Masse $ m $ schneller als die Fläche $ A $, da mehr Material benötigt wird, um zu verhindern, dass die Flugzeugform unter den enormen Kräften bricht. Das quadratische Erhöhen von $ A $ ergibt mehr als ein Quadrat in $ m $ und damit das benötigte $ L $.

Wenn wir $ v $ erhöhen, benötigen wir mehr Kraftstoff. Die Kraftstoffmenge pro Entfernungseinheit steigt linear in $ v $ an, da sie quadratisch pro Zeiteinheit in $ v $ zunimmt. Daher steigt $ L $ quadratisch an, wobei $ m $ nur linear ansteigt. Dies bedeutet, dass wir möglicherweise etwas mit der Erhöhung von $ v $ tun. Das bedeutet, dass Flugzeuge vor dem Start schneller fliegen müssen, was drastisch längere Startspuren erfordert. Beachten Sie, dass wir $ v $ nicht weiter erhöhen können, weil wir die Kontrolle nicht verlieren können.

Zusammenfassend können wir $ v $, die Geschwindigkeit $ C_L $ mit technologischen Innovationen und $ \ rho $ durch Verringern der Flughöhe verbessern. Dies ist jedoch nicht praktikabel.

Theoretisch unbegrenzt (weit größer als praktisch notwendig) ...

TL; DR

Flugzeuge skalieren ziemlich gut und es wäre physisch möglich zu bauen und Flugzeug von nahezu jeder Größe. Zugegeben, es gibt einige Dinge, die vom Standpunkt der Struktur aus ins Spiel kommen, aber es gibt sicherlich Möglichkeiten, dies zu umgehen. Möglicherweise müssen Sie sich vom traditionellen Design mit einem Rumpf, zwei Flügeln und einem Leitwerk entfernen, aber trotzdem.

Es gibt viele realistische Faktoren, die Ihnen im Weg stehen, bevor Sie überhaupt ein solches Flugzeug entwerfen müssen.

1. Sie haben nicht genug Geld, um ein solches Flugzeug zu bauen.
2. Boeing hat nicht genug Geld, um ein solches Flugzeug zu bauen.
3. Juan Trippe hat kein Interesse an einem solchen Flugzeug, daher gibt es wahrscheinlich keinen Grund, es zu bauen.
4. Es gibt keine Landebahnen, die mit einem solchen Flugzeug umgehen könnten. Flugzeuge wie der A380 und der 747 sind bereits durch die Länge / das Gewicht der Landebahn begrenzt. Sie müssten die Landebahnen ändern, um alles zu handhaben, was wesentlich größer ist. Dies setzt natürlich voraus, dass es auf ähnliche Weise landet wie die meisten Flugzeuge (d. H. Nicht VTOL).
5. Welche Route wird es fliegen? Flugzeuge haben nicht die Größe, die sie haben, weil wir sie nicht größer bauen können, sie sind die Größe, die sie haben, weil die Routen ihnen eine solche Größe vorschreiben. Müssen Sie wirklich 1.000 Personen gleichzeitig auf einer bestimmten Route bewegen? Wie viele Routen haben so viel Reisedichte?
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Schauen wir uns das hypothetisch an. Jamiec macht einen hervorragenden Punkt, dass ein Flugzeug mit einer Kapazität von mehr als 7 Mrd. irgendwie nutzlos wäre. Nehmen wir das also als Maximum. XKCD was ist, wenn dies in einer ähnlichen Frage behandelt und schätzt, dass Schulter an Schulter alle Menschen auf der Erde ungefähr die Größe von Rhode Island einnehmen. Nehmen wir zum Zwecke der Argumentation an, Sie würden Sitze und Toiletten benötigen und was nicht für so viele Menschen. Um jeden auf der Erde in ein Flugzeug zu bringen, benötigen Sie vielleicht die doppelte Größe von Rhode Island oder etwas mehr. Im Gegensatz zu dieser Frage können wir so aufbauen, dass eine 4-8-stöckige (oder beliebige) Flugzeugfläche plausibel wäre. Die durchschnittliche FAA-Person wiegt ungefähr 81,65 kg (180 lb), sodass Sie 1.260.000.000.000 lb oder 630.000.000 Tonnen (572.000.000.000 kg oder 572.000.000 Tonnen)

Um einen Referenzrahmen bereitzustellen, hat der A380 eine maximale strukturelle Nutzlast von 149.822 kg (330.300 lb). Denken Sie daran, dass dies nur eine Nutzlast ist. Sie müssen auch das Gewicht der Flugzeugzelle, der Triebwerke und des Kraftstoffs anheben (wenn Sie tatsächlich irgendwohin wollen). Im Grunde genommen benötigen Sie ein mehrstufiges Flugzeug in der Nähe der Größe von Rhode Island, das den größten Teil des kombinierten Schubes auf dem Planeten und genügend Alkohol hat, um alle für den Flug ruhig zu halten.

Das strukturelle Problem läuft in mancher Hinsicht auf die Flächenbelastung hinaus. Eine häufig selbst auferlegte Grenze ist heutzutage, dass die meisten Flugzeuge typische Tiefdecker-Eindecker sind, also sehen wir die Dinge in Bezug darauf. Mit anderen Worten, der Rumpf kann die Flügelbefestigungspunkte belasten und die Flügel sind im Allgemeinen lang und niedrig, aber nichts hindert uns daran, ein alternatives Design mit mehreren Flügeln oder ein vollständiges Hubkörperdesign zu verwenden, um die von uns benötigte Struktur zu erreichen. Als solches kann die Idee der großen Flügel überwunden werden, und historisch gesehen wurde das Problem auf diese Weise in der frühen Luftfahrt (Dreiflugzeuge usw.) gelöst. Das Gewichtsproblem (aus praktischer Sicht) ist etwas, mit dem wir uns aus Effizienzgründen befassen . Wenn wir nur ein riesiges Flugzeug bauen, können wir Jets, Raketen und alle Arten von Hochschubgeräten für wissenschaftliche Zwecke einsetzen. Sie könnten ein Zementflugzeug fliegen, wenn es richtig geformt wäre und Sie genug Schub hätten.

Denken Sie daran, wenn Schub> Ziehen und Heben> Gewicht Sie fliegen werden (das habe ich am ersten Tag in der Flugschule gelernt). Das kontrollierte und organisierte Lernen nahm erheblich mehr Zeit in Anspruch ...

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Da die Frage bearbeitet wurde, um die Anzahl der Passagiere zu berücksichtigen, gibt es diese anderes Problem, das auftaucht.

1. Sie müssen das Flugzeug realistisch laden und entladen, was Zeit kostet. Ein Flugzeug, dessen Be- und Entladen zu lange dauert, ist nicht wirtschaftlich zu betreiben.
2. Gewicht ( Amerikaner werden fett) (siehe oben)
3. Sie brauchen einen Grund, so viele Menschen auf einmal so weit zu bewegen.
4. Abhängig von der Fluglänge müssen Sie Nahrung, Wasser und Toiletten berücksichtigen, um alle unterzubringen (Abfalltanks sind nicht unendlich groß).
5. Gibt es überhaupt genug Leute an einem Ort? Flugzeuge bewegen Menschen (und oft auch Sachen) von einem Ort zum anderen, aber nehmen wir zum Beispiel NYC mit einer Bevölkerung von etwa 8,5 Millionen Menschen. Die Wahrscheinlichkeit, dass alle gleichzeitig an denselben Ort gehen, ist groß nahe 0%. Sie brauchen also kein 8,5-Millionen-Passagierflugzeug, können aber etwas kleiner starten.
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Aus Sicht der Fluggesellschaft (die Leute, die tatsächlich kaufen) sind Flugzeuge wie die 747 bereits groß genug und teuer genug. Die 747 war damals fast bankrott, hatte aber seitdem einen ziemlich erfolgreichen Lauf. Der A380 ist ziemlich neu, aber es wird interessant sein zu sehen, wie er das Spiel verändert.

Natürlich kann ein Flugzeug nicht größer sein als die Erde. Ich würde sogar sagen, dass 10 Meilen lange Flugzeuge ziemlich nutzlos sind, weil Sie einen Transport darin haben müssen, um alle Passagiere auf ihren Sitzen zu befördern. Ein Flughafen für die Aufbewahrung solcher Orte sollte auch ein großer sein. Daher ergeben sich Einschränkungen nicht aus dem Gewicht / der Hebekraft, sondern aus der praktischen Verwendung derart großer Flugzeuge.

Eine fliegende Stadt, wie sie von Georgii Krutikov vorgeschlagen wurde.

Da die meisten Probleme am besten mit dem Starten und Landen zusammenhängen, ist dies am besten Wahrscheinlich wäre es, ein so riesiges Flugzeug ständig in der Luft zu halten, sehr hoch, wo die Luft stabiler ist und aus mehreren Modulen besteht, die selbstständig abheben und sich dann dieser größeren "fliegenden Burg" anschließen könnten - wie eine Raumstation. Das Andocken scheint schwierig zu sein, sollte aber möglich sein, da ein Auftanken möglich ist.

Diese Burg könnte beispielsweise solarbetrieben oder nuklear betrieben werden.

Es ist schwieriger zu überlegen, wie sie genutzt werden soll.

Die Convair XC-99, Fracht- und Passagierversion des B-36-Bombers, wurde von den Fluggesellschaften abgelehnt, da die Flughäfen nicht bereit waren, mehr als 200 Passagiere zu befördern und ihr Gepäck gleichzeitig von Bord zu gehen Probleme im riesigen Airbus können sein, dass es in der Breite des Fahrwerks nahe an einigen Landebahnen liegt. Sie erinnern ein Flugzeugträger-Schiffsdeck beim Starten und Landen, wenn Sie einen Airbus 380 beobachten.

Die Art des Starts und der Landung von Saab Viggen, das für den Betrieb auf schwedischen Autobahnen konzipiert wurde, ist für kommerzielle Flüge nicht akzeptabel, und der Randwirbel in den Spitzen des Airbus 380 ist so stark, dass der Flughafen für einige Minuten geschlossen werden muss, nachdem einer dieser Riesen ihn benutzt hat Um zu vermeiden, dass ein kleineres Flugzeug beim Eintritt in die Turbulenzen heruntergeschickt wird, wodurch der Vorteil des Walflugzeugs bei den Passagieren pro Tag auf diesem Flughafen begrenzt wird.

Bei großen Flugmaschinen müssen Sie sich möglicherweise Sci-Fi ansehen und UFO-Autoren, z. B. 'Rendezvous with Ram a 'oder der Fall eines kommerziellen Flugpiloten, wenn ich mich recht erinnere, der von Barcelona nach Pamplona in Spanien ging, der eine stationäre runde Wolke beobachtete, die hoch über einem Dammsee schwebte, die seine Aufmerksamkeit auf sich zog, und berichtete, um Erlaubnis aus der Luft gebeten zu haben Verkehrskontrollturm, um 360º um die Wolke zu drehen. Er kam zu dem Schluss, dass die Wolke keine Wolke war, sondern ein anderthalb Kilometer großes metallisches Objekt (sorry, ich weiß nicht, ob es Durchmesser oder Umfang war), das wirklich viel größer ist als das Kalinin K-7, a 1933 gebauter schwerer Bomber, der wegen eines strukturellen Versagens aufgrund einer Kollision in der Luft mit einem kleineren Flugzeug abstürzte.

Wer weiß, wie die Zukunft in der Flugzeuggröße aussehen könnte?

In das Ende, wie im Film: "Der gelbe Rolls-Royce", "Morgen kommt nie"

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Hier geht es um so groß wie Sie ein herkömmliches Flugzeug bauen können. Das Gewicht des Flügels erfordert eine Abwärtsneigung des Flügels, die bei größeren Größen nicht aufrechterhalten werden kann.

Unter der Annahme dieser Einschränkung stoßen wir auf andere Probleme. Bei perfekt laminarem Luftstrom kann ein Flügel unendlich verlängert werden. In der Realität wird es jedoch kleinere Unregelmäßigkeiten geben, die den Flügel belasten.

Dies ist ein YB-49. Es brach später im Flug aufgrund der Materialbelastung durch einen Tauchgang auseinander.

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Die genaue Mathematik wäre aufgrund der Komplexität der Fluiddynamik schwierig. Aber ich glaube nicht, dass Sie ein kilometerweites Flugzeug bauen könnten, ohne dass es beim ersten Flug auseinander reißt.

Ein Hubschrauber oder eine Rakete ist eine andere Sache, da kein Flügel erforderlich ist.

Die Grenzen, nach denen Sie fragen, wurden von der Antonov verschoben. Alles, was größer ist, ist sicherlich möglich, aber nicht sehr wirtschaftlich und möglicherweise nicht sicher. Während sich die Weltwirtschaft hier und da in schmelzendem Eis und einigen festen Stellen befindet, wäre es ein sehr ungeeignetes Experiment, dies zu rechtfertigen. Eine Umleitung der Mittel zur Verbesserung der derzeitigen Flugzeuge kann zu einem besseren Ergebnis führen als eine Vergrößerung.

Ein größeres Flugzeug könnte existieren, da im Grunde 2 Flugzeuge lose nebeneinander mit flexiblen Gelenken und Computern zusammengeklebt sind, um Triebwerke und Steuerungen sorgfältig zu verwalten, damit nicht alle Teile auseinander brechen. Sie können es erweitern, indem Sie das gesamte Flugzeug flexibel machen Flügel, der der Erdkurve folgt.

Ein größeres Flugzeug kann meistens ein Luftschiff sein, das "leichter als Luft" ist, das etwas schwerer als Luft ist und die Vorwärtsbewegung "Hebekörper" verwendet, um das zusätzliche kleine Stück Auftrieb zu erhalten erforderlich, um zu steigen.

"Grenzen" können überwunden werden, aber das Endergebnis wird ab einer bestimmten Größe immer weniger praktisch.

"Gibt es eine maximal mögliche Größe für ein Flugzeug?"

Angenommen, der Kontext der Frage sind Flugzeuge, die am Himmel des Planeten Erde fliegen, lautet die Antwort "Ja". Ein Flugzeug, das viel größer als die Erde ist, könnte niemals in der Erdatmosphäre fliegen.