Frage:
Welche Faktoren begrenzen, wie lange ein Flugzeug in der Luft bleiben kann?
D__
2013-12-22 07:34:01 UTC
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Das offensichtlichste ist Kraftstoff. Viele moderne Militärflugzeuge können jedoch in der Luft tanken. Die Ermüdung der Besatzung, eine weitere offensichtliche, kann auch durch Herausdrehen einer Besatzung behoben werden und ist bei unbemannten Flugzeugen kein Problem.

Die Frage ist daher, welche Faktoren ein Flugzeug daran hindern würden, unbegrenzt in der Luft zu bleiben. Gibt es solche Faktoren, die nicht angegangen werden können und die es unmöglich machen würden, ein Flugzeug zu entwerfen, das unbegrenzt oder zumindest außergewöhnlich lange in Betrieb bleiben könnte?

Die Ermüdung der Besatzung kann auch mit Dextroamphetamin bekämpft werden, den sogenannten "Go Pills", die vom Militär verwendet werden.
Autsch. Ich weiß, dass mir dieser Kommentar nicht gefällt, aber er ist wahr.
Beachten Sie, dass wir nicht einmal Brücken bauen können, die ohne ständige Wartung auf unbestimmte Zeit "in Betrieb" bleiben. Und wir haben die Wartung in der Luft noch nicht ganz gemeistert.
Sechs antworten:
#1
+15
kevin42
2013-12-22 08:59:40 UTC
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Wartung ist wahrscheinlich das größte Problem. Welche Arten von Wartung erforderlich sind und zu welchen Fehlern diese Schritte nicht führen, hängt von der Konstruktion des Flugzeugs ab.

Zum Beispiel von einem Kolbenmotor, der in einem kleinen Flugzeug verwendet wird:

Irgendwann muss das Triebwerk ausgetauscht werden. Wenn kein System geschaffen wurde, mit dem während des Flugs neues Öl eingefahren werden kann, ist dies wahrscheinlich das erste, was nach Besatzung und Treibstoff ausfällt (wie Sie bereits erwähnt haben). Ein Ölausfall führt zu einem vorzeitigen Ausfall des Motors.

Kraftstoff- und Luftfilter verstopfen und führen zum Abstellen des Motors.

Dies führt zu Motorverschleiß. Schließlich nutzen sich Kolbenringe, Zündsysteme usw. ab.

Sie können Ihre Antwort verbessern, indem Sie auch die Wartung des Luftrahmens (Metallermüdung usw.) besprechen. Der einzige Grund, warum ich das sage, ist, dass Segelflugzeuge so gut konstruiert sind, dass einige unbegrenzt in der Luft bleiben können, weil sie keinen Kraftstoff verbrauchen. Ebenso ist ein Elektromotor ein sehr wartungsarmes Kraftwerk, und mit immer effizienteren Motoren und Sonnenkollektoren wird es voraussichtlich nicht lange dauern (ein Jahrzehnt?), Bis jemand ein autarkes solarbetriebenes Flugzeug herstellt. In diesem Fall müssen Sie auch auf die Wartungsintervalle für den Luftrahmen zurückgreifen.
@MishaP Es gab bereits einige Beispiele für solarbetriebene Flugzeuge, die rund um die Uhr in der Luft bleiben können. Weitere Informationen und Beispiele finden Sie in meiner Antwort.
#2
+14
voretaq7
2013-12-22 11:08:24 UTC
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Der Pilot.

Ernsthaft. Sie sind es.
Nehmen wir aus (absurden) Gründen an, wir bauen aus ultrastarken, superleichten Verbundwerkstoffen etwas, das einem U-2 ähnelt - machen wir es zu einem reines Segelflugzeug (es ist sowieso nah genug, und jetzt haben wir keinen Motor oder irgendetwas, das uns in die Quere kommt und ausfällt!), und wir werden nur die am besten geschützten Fabrik-Kapuzineraffen verwenden, um eine perfekte Montage zu gewährleisten, damit alle Teile ihre Aufgabe erfüllen Job genau nach Entwurf.

Wir haben ein Segelflugzeug für mehr als eine Million Stunden und haben gerade einen unglücklichen Opfer s> freiwilligen Piloten mit einem streng geheimen Namen auf etwa 50.000 Fuß abgesetzt Lebenserhaltungssystem, das ihnen jeden Abend Wärme, Luft, Wasser und ein schönes Steak-Abendessen gibt und sich sogar um den seltsamen menschlichen Wunsch kümmert, nicht in unseren eigenen Abfallprodukten zu sitzen.

Sie könnten - in Dieses theoretische Wunderflugzeug reitet Luftströmungen, Thermik, Sturmaufwinde (für Verrückte) usw. und bleibt auf unbestimmte Zeit in der Luft, aber irgendwann wird unser Freiwilliger das Steak satt haben oder Bettwunden / Blutgerinnsel / Cra bekommen mps vom Sitz aus oder haben es einfach satt, nach dem nächsten Aufwind zu suchen, um das Segelflugzeug in der Luft zu halten.

Wenn wir das Ganze mit einem Windturbinengenerator fernsteuern, um die Steuerung anzutreiben, könnten wir tauschen Piloten raus und möglicherweise jahrelang am Laufen halten, aber es ist kein großes "Flugzeug", wenn niemand es fliegt - nur eine weitere Drohne.


Letztendlich ist jeder andere Faktor, den Sie sich einfallen lassen können wird der Ausdauer der Menschen an Bord untergeordnet sein - da viele der GA-Piloten, mit denen ich zusammen bin, gerne darauf hinweisen, dass viele von uns, die in Flugzeugen fliegen, leicht 4-5 Stunden Treibstoffausdauer haben, aber die meisten von uns nur Sie haben eine 2-3-stündige Blase (und keine lebenserhaltende Maschine mit magischem Steak. Ich muss mir eines davon zu Weihnachten kaufen ...).

Die Ermüdung des Piloten ist kein begrenzender Faktor für unbemannte Luftfahrzeuge. In einigen Fällen werden die UAVs aus Bunkern gesteuert, in denen Sie die Piloten in kurzen Abständen problemlos auf unbestimmte Zeit wechseln, Badezimmer benutzen, essen und alles tun können, was Menschen tun. In anderen Fällen können UAVs die Station ohne Piloteingabe völlig autonom halten.
@MishaP Menschliche Müdigkeit ist auch für UAVs immer noch ein Faktor (obwohl dies zugegebenermaßen ein viel geringerer Faktor ist - Sie könnten ein Dorf mit unterstützenden Piloten haben, also geht es Ihnen gut, es sei denn, eine Grippeepidemie bricht aus). Autonome UAVs drücken den Umschlag noch weiter, erfordern jedoch noch ein gewisses Maß an Überwachung (damit sie nicht die Station halten, während ein Gewitter durchkommt und ihre Flügel abbricht). Sobald die autonomen UAVs wirklich 100% autonom sind, können wir auf Wartung und physikalische Faktoren zurückgreifen :-)
Einverstanden, obwohl ich zu diesem Zeitpunkt denke, dass diese Frage in "Wie töten wir diese völlig autonome Terminator-Drohne, die die Menschheit ausrotten will" geändert werden könnte =).
Ich bin nur ein Laie, aber das ist ziemlich überraschend. Betrachten Sie das Volvo Ocean-Rennen, bei dem ein 9-köpfiges Team 10 Monate lang ein 65-Fuß-Boot segeln könnte. Ein großes Flugzeug könnte sicherlich mehr Komfort bieten als ein 65-Fuß-Boot. Kann ein Flugzeug (kein Segelflugzeug, die Frage, die das Tanken betrifft) wirklich 10 Monate (50.000 Stunden) hintereinander fliegen?
@raptortech97 Theoretisch Air Force One kann betankt werden und "auf unbestimmte Zeit" in der Luft bleiben, wenn wir 2 oder 3 Flugbesatzungen an Bord annehmen (vorbehaltlich der Begrenzung der Versorgung an Bord - Lebensmittel, Trinkwasser usw. natürlich). Auch hier sind die Menschen der begrenzende Faktor ). Ich bin mir sicher, dass es * irgendwann * zu einem mechanischen Defekt kommen würde (oder eher zu einer Reihe von Pannen), bei dem das Flugzeug landen (oder abstürzen) musste, aber es ist denkbar, dass das Flugzeug monatelang fliegen könnte, bevor dies geschah ...
#3
+13
Radu094
2014-03-28 15:21:30 UTC
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Seltsamerweise war es wahrscheinlich eine Fehlfunktion der Kabinenwärme (es war Winter), die den aktuellen Ausdauerrekordhalter, eine Cessna 172, nach 64 Tagen, 22 Stunden und 19 Minuten zum Ende brachte ( was übrigens eine großartige Geschichte ist, die man an sich lesen kann)

Wenn Sie das nicht erwähnt haben, würde ich es tun.
Beeindruckend. Einfach wow. Das ist eine erstaunliche Geschichte.
#4
+6
BeowulfNode42
2014-01-21 14:40:37 UTC
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Die Faktoren und Lösungen sind

  • Pilot: Es gibt einige Optionen
    • , die es zu einem unbemannten Luftfahrzeug (UAV) machen.
    • und / oder machen Sie es so, dass es während des Fluges für Besatzungs- und Versorgungsänderungen abgefangen werden kann.
    • und / oder machen Sie es autark. Dies würde ein massives Flugzeug erfordern, wenn es überhaupt möglich ist, sicherlich nicht im Moment (2014), obwohl mit der heutigen Technologie eine teilweise Selbstversorgung möglich sein könnte.
  • Treibstoff: machen es ist solar. Solarflugzeuge können Energie als Höhe und / oder Batterien speichern, um nachts in der Luft zu bleiben. Die Lebensdauer eines Solarmoduls wird normalerweise auf etwa 50 Jahre geschätzt. Zu diesem Zeitpunkt produzieren sie 50% ihrer ursprünglichen Leistung. Es gab einige Beispiele wie die NASA Helios, die rund um die Uhr in der Luft bleiben könnten.
  • Vermeidung von schlechtem Wetter: Muss schnell genug sein, um aus dem Weg zu gehen
  • Verbrauchsmaterialien: wie Öl / Fett usw.
    • Verwenden Sie berührungslose Lager, um den Bedarf zu verringern. Sie können nicht alle ersetzen, da berührungslose Lager inhärent instabil sind. Dies ist besonders problematisch bei Lagern um Hochleistungs- / Lastwellen, wie z. B. Axiallagern, die verhindern, dass die Kardanwelle aus dem Flugzeug herausgezogen wird.
    • Sie können auch Systeme zum Nachfüllen dieser Verbrauchsmaterialien bereitstellen.
  • Verschleiß beweglicher Teile:
    • Begrenzen Sie die Anzahl beweglicher Teile. Elektromotoren können mit nur einem beweglichen Teil gebaut werden.
    • bietet Systeme, mit denen Ersatzteile an Bord gebracht und entweder mit Wartungsdroiden (ja, wie die Funktion, für die R2D2 vorgesehen war) oder mit Wartungspersonal installiert werden können wird auch einen Weg in und aus dem Flugzeug brauchen.
  • Materialermüdung wie Teile, die Ermüdungsbrüche entwickeln, und auch Materialien, die Witterungsschäden erleiden (z. B. durch UV-Licht oder Metallkorrosion verschlechterte Kunststoffe / Farben): Diese ist hart, da mir nichts einfällt, was a ersetzen könnte kritische Strukturkomponente wie ein Flügelholm im Flug. Reparaturen können möglicherweise durchgeführt werden, indem vorübergehend eine alternative strukturelle Integrität bereitgestellt wird (denken Sie an ein Gerüst, aber eine strukturelle Unterstützung um den betroffenen Bereich), während In-situ-Materialreparaturen in dem beschädigten Bereich durchgeführt werden.
  • Wartung ist das größte Problem. Titan Aerospace bietet UAV-Flugzeuge an, die jeweils 5 Jahre in der Luft bleiben können. Grundsätzlich kann es im Flug bleiben, bis es kaputt geht, wie es der NASA Helios getan hat. Im Wesentlichen wird derzeit daran gedacht, es relativ billig und unbemannt zu machen, während wir die durchschnittliche Lebenserwartung dieser Dinge ermitteln, damit wir sie zur Reparatur / Außerbetriebnahme einbringen können.

    #5
    +3
    fooot
    2014-03-27 00:53:34 UTC
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    Theorie

    Wie voretaq7 feststellt, sind die Piloten hier der erste begrenzende Faktor. Wir können eine U-Boot-Besatzung jeweils 3 Monate lang unter Wasser setzen. Könnten wir dasselbe in einem Flugzeug tun? Vielleicht eines Tages. Die Internationale Raumstation ist ein Beispiel dafür, was bei Rotationen der Besatzung möglich ist. Natürlich würde die Energie zum Fliegen in der Atmosphäre und die externe Wartung einige Probleme für ein Flugzeug darstellen.

    In Bezug auf die Wartung bewegen sich die Flugzeuge 500-800 Stunden zwischen ihrem Tief Level A prüft. Sie werden jedoch bei jedem Stopp routinemäßig gewartet. Mechanische oder elektronische Teile, die versagen, werden ersetzt und kleinere Überprüfungen durchgeführt. Motoren benötigen Öl, Hydrauliksysteme müssen nachgefüllt werden.

    Dies sind alles Entscheidungen, die im Rahmen des Flugzeugkonstruktionsprozesses getroffen werden. Durch die Robustheit der Systeme und die Erhöhung der Kapazität für Verbrauchsmaterialien wie Motoröl können diese Intervalle verlängert werden. Es können Materialien wie Verbundwerkstoffe verwendet werden, die weniger anfällig für Korrosion oder Ermüdung sind. Elektromotoren benötigen viel weniger Wartung als Düsen- oder Kolbenmotoren, und Strom kann von Sonnenkollektoren stammen.

    Es kommt wirklich nur auf das Design eines Flugzeugs an. Theoretisch ist eine "unbestimmte" Ausdauer durchaus möglich. Es müsste wahrscheinlich unbemannt sein, aber mit einem robusten Struktur- und Antriebsdesign könnte es passieren. Alles wird jedoch irgendwann ausfallen oder sich abnutzen, und ohne eine Besatzung oder ein System zum Ersetzen von Komponenten wird dies der begrenzende Faktor sein.

    Beispiele

    Was kommerzielle Flüge betrifft, gibt es diese ist ein Wikipedia-Artikel, der die längsten Linienflüge nach Entfernung, Flugzeugtyp und Fluggesellschaft auflistet (und auch die kürzesten Linienflüge, nur weil). Der Flug mit der längsten Dauer ist DAL201, Johannesburg nach Atlanta, mit 16 Stunden und 55 Minuten auf einer 777-200LR (derzeit das Verkehrsflugzeug mit der größten Reichweite).

    Mit dem Betanken aus der Luft erhöht sich die Ausdauer. Die B-2 hat Missionen von mindestens 25 Stunden mit einer Besatzung von 2 Personen geflogen. Bei einer Landung für einen Tankstopp (jedoch ohne Motorabschaltung) beträgt die längste Mission 44 Stunden. Die längste Trainingsmission aller Zeiten war 50 Stunden. Die Piloten trainieren ausgiebig, um diese Missionen fliegen zu können.

    Die B-52 hat eine ähnliche Mission und hat Missionen bis zu 35 Stunden geflogen. Obwohl die F-117 ein einsitziges Flugzeug ist, hat sie Flüge über 18 Stunden absolviert.

    Bemerkenswert ist auch die Rutan Voyager, das erste Flugzeug, das nonstop um die Welt fliegt. Die 2-köpfige Besatzung brauchte 9 Tage, um dies zu erreichen.

    Das Flugzeug Solar Impulse befindet sich derzeit in der Entwicklung und hat einen Flug von 26 Stunden mit absolviert 1 Pilot.

    #6
    +2
    Thunderstrike
    2014-03-28 15:34:37 UTC
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    Es gab tatsächlich ein Experiment, um Flugzeuge wochenlang auf Trab zu halten und Kernreaktoren als Energiequelle zu nutzen.

    Ich habe einige Versionen gehört, aber ich glaube, dass die Amerikaner es nie ganz zum Laufen gebracht haben, aber die Russen (ich hörte Quellen sagen, dass die meisten ihrer Besatzungen dabei zu Tode bestrahlt wurden). Während ich andere Quellen gelesen habe, hat keine Partei es zum Laufen gebracht, also bin ich mir ziemlich sicher, wem ich glauben soll. Auf jeden Fall - praktisch unbegrenzte Ausdauer und Reichweite.

    nuclear-plane

    Ich denke, das hätte bedeutet, dass sie, wenn es ihnen gelungen wäre, so lange aufbleiben könnten, wie die meisten U-Boote unten bleiben (was ich für drei Monate halte) ... vielleicht etwas, das ich mit pilotlosen Drohnen ausprobieren kann, wo ich mir vorstellen kann, dass es ziemlich lange bleiben könnte, wenn der Motorzustand dies zulässt :)

    ps. Ich kann keine guten Quellen dafür finden, aber ich denke, dass die TU Delft eine Drohne für eine Einsatzdauer von 365 Tagen mit einer Umweltüberwachungsaufgabe entwickelt hat.

    Quelle 1 / Quelle 2



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