Vilka är de faktorer som begränsar hur länge ett flygplan kan hålla sig högt?

Question

view on stackexchange narkive permalink

Det mest uppenbara är bränsle. Många moderna militära flygplan kan emellertid tanka i luften. Besättningsutmattning, en annan uppenbar, kan också åtgärdas genom att rotera ett besättning och är ett icke-problem i obemannade flygplan.

Frågan är därför, vilka faktorer skulle hindra ett flygplan från att stanna i luften på obestämd tid? Finns det några sådana faktorer som inte kan hanteras och skulle göra det omöjligt att utforma ett flygplan som kan stanna uppe på obestämd tid, eller åtminstone under en exceptionellt lång tid?

Answer 1

view on stackexchange narkive permalink

Underhåll är förmodligen det största problemet. Vilken typ av underhåll som behövs och de fel som inte utför dessa steg beror på flygplanets utformning.

Till exempel på en kolvmotor som används i ett litet flygplan:

Motorn behöver olja bytas ut någon gång, och om inte ett system skapades för att cykla i ny olja under flygning är det förmodligen det första som kommer att gå sönder efter besättning och bränsle (som du nämnde). Olja som går sönder leder till att motorn går sönder tidigt.

Bränsle- och luftfilter täpps till, vilket leder till att motorn stängs av.

Vilket leder till motorns slitage. Så småningom slits kolvringar, tändsystem etc. av.

Answer 2

view on stackexchange narkive permalink

Piloten.

Allvarligt. Du är det.
För (absurdistiskt) argument, låt oss säga att vi bygger något som liknar en U-2 av ultrastarka, superlätta kompositer - låt oss göra det till ren segelflygplan (det är ändå nära nog, och nu har vi ingen motor eller något att komma i vägen och misslyckas!), och vi kommer bara att använda de bäst trånga capuchin-aporna för att säkerställa en perfekt montering så att alla delar gör sitt jobb exakt per design.

Vi har ett miljoner plus-timmars segelflygplan och vi släppte precis ett olycksfullt offer volontärpilot på cirka 50.000 fot med en hemlig hemlighet livstödssystem som kommer att ge dem värme, luft, vatten, en trevlig biffmiddag varje kväll och till och med ta hand om den udda mänskliga önskan att inte sitta i våra egna avfallsprodukter.

Du kan - i detta teoretiska underplan, åka luftströmmar, värme, stormuppdrag (för galna), etc. och stanna högt på obestämd tid, men så småningom kommer vår volontär att bli sjuk av biff, eller börja få sängsår / blodproppar / cra mps från sätet, eller bli helt enkelt trött på att leta efter nästa uppdrag för att hålla glidflygplanet högt.

Om vi ​​gör det hela fjärrstyrt med en vindkraftgenerator för att driva kontrollerna kan vi byta ut piloter och möjligen hålla det igång i flera år, men det är inte mycket av ett "flygplan" om det inte finns någon som flyger det - bara en drone.

---

I slutändan är alla andra faktorer du kan komma med kommer att vara underordnad människans uthållighet ombord - eftersom många GA-piloter som jag umgås med tycker om att påpeka att många av oss flyger i flygplan har lätt 4-5 timmars uthållighet, men de flesta av oss bara har en 2-3 timmars urinblåsa (och ingen magisk biff som serverar livsstödsmaskin. Måste köpa en av dem till jul ...).

Answer 3

view on stackexchange narkive permalink

Märkligt nog var det troligtvis ett fel på kabinvärmen (det var vinter) som gjorde att den nuvarande uthållighetsrekordhållaren, en Cessna 172, upphörde efter 64 dagar, 22 timmar och 19 minuter vilket förresten är en fantastisk historia att läsa i sig själv)

Answer 4

view on stackexchange narkive permalink

Faktorerna och lösningarna är

• pilot: det finns några alternativ
  • gör det till ett obemannat flygplan (UAV).
  • och / eller gör det så att det kan fångas upp i mitten av flyget för förändringar i besättning och leverans.
  • och / eller gör det självförsörjande. Detta skulle kräva ett massivt flygplan om det ens är möjligt, definitivt inte just nu (2014), även om delvis självförsörjning skulle kunna genomföras med dagens teknik.
• bränsle: gör det sol. Solflygplan kan lagra energi som höjd och / eller batterier för att förbli höga på natten. En solpanels livslängd anses normalt vara cirka 50 år vid vilken tidpunkt de producerar 50% av sin ursprungliga effekt. Det har funnits några exempel som NASA Helios som kan hålla sig uppe 24/7.
• undvikande av dåligt väder: måste vara tillräckligt snabb för att komma ur vägen
• förbrukningsvaror: som olja / fett osv.
  • använd beröringsfria lager där du kan för att minska behovet. Du kan inte ersätta dem alla på grund av de inneboende instabiliteterna i beröringsfria lager. Det är särskilt problematiskt med lager runt höga kraft- / lastaxlar, såsom trycklager som är ansvariga för att förhindra att kardanaxeln drar ut ur flygplanet.
  • Du kan också tillhandahålla system för att fylla på dessa förbrukningsvaror.
• slitage på rörliga delar:
  • begränsa antalet rörliga delar. Elmotorer kan byggas med endast en rörlig del
  • tillhandahåller system för att ta med ersättare ombord och installera dem med antingen underhållsdroppar (ja som den funktion som R2D2 skulle vara för) eller med underhållspersonal som behöver också ett sätt på och av planet.
• materialutmattning såsom delar som utvecklar utmattningsfrakturer och även material som drabbas av väderskador (t.ex. plast / färg som försämras på grund av UV-ljus eller metallkorrosion): den här är tuff eftersom jag inte kan tänka mig någonting för att ersätta en kritisk strukturell komponent såsom en vingspar under flygning. Reparationer kan göras genom att tillfälligt tillhandahålla alternativ strukturell integritet (tänk på något som ställningar men ge strukturellt stöd runt det drabbade området) medan materialreparationer på plats görs i området med skador.

Underhåll är det största problemet. Titan Aerospace erbjuder UAV-flygplan som kan hålla sig höga i fem år i taget. I grund och botten kan den stanna i flykt tills den går sönder som NASA Helios gjorde. I huvudsak är det nuvarande tänkandet att göra det relativt billigt och obemannat medan vi räknar ut den genomsnittliga livslängden för dessa saker så att vi kan ta med dem för reparation / avveckling.

Answer 5

view on stackexchange narkive permalink

Teori

Som voretaq7 antecknar är piloterna den första begränsande faktorn här. Vi kan sätta ett ubåtbesättning under vattnet i tre månader i taget. Kan vi göra detsamma på ett plan? Kanske någon dag. Den internationella rymdstationen är ett exempel på vad som är möjligt så långt som besättningens rotation. Naturligtvis skulle energi att flyga i atmosfären och externt underhåll utgöra några problem för ett flygplan.

När det gäller underhåll går flygplanet 500-800 timmar mellan deras låga nivå A kontrollerar. Men de genomgår också rutinunderhåll vid varje stopp. Mekaniska eller elektroniska föremål som misslyckas byts ut och mindre kontroller utförs. Motorer behöver olja, hydraulsystem måste fyllas på.

Detta är alla beslut som fattas som en del av flygplanets designprocess. Genom att göra systemen mer robusta genom att lägga till kapacitet för förbrukningsvaror som motorolja kan dessa intervall utökas. Material som kompositer som är mindre känsliga för korrosion eller trötthet kan användas. Elmotorer behöver mycket mindre underhåll än jet- eller kolvmotorer, och el kan komma från solpaneler.

Det handlar egentligen bara om planets utformning. Teoretiskt sett är en "obestämd" uthållighet verkligen möjlig. Det måste antagligen vara obemannat, men med en robust konstruktions- och framdrivningsdesign kan det hända. Allt kommer dock att misslyckas eller slitna så småningom, och utan besättning eller något system för att ersätta komponenter kommer det att vara den begränsande faktorn.

Exempel

När det gäller kommersiella flygningar finns det är en Wikipedia-artikel som listar de längsta schemalagda flygningarna efter avstånd, flygplanstyp och flygbolag (och även de kortaste schemalagda flygningarna, bara för att). Den längsta flygturen är DAL201, Johannesburg till Atlanta kl. 16 timmar, 55 minuter på en 777-200LR (för närvarande flygplanet med det längsta räckvidden).

Med tankning från luft ökar uthålligheten. B-2 har flög uppdrag på minst 25 timmar, med en besättning på 2. Landar för bränslestopp (men utan motoravstängning), det längsta uppdraget är 44 timmar. Det längsta träningsuppdraget någonsin var 50 timmar. Piloterna tränar i stor utsträckning för att kunna flyga dessa uppdrag.

B-52 har ett liknande uppdrag och har flög uppdrag så länge som 35 timmar. Trots att det är ett enda flygplan har F-117 gjort flygningar på över 18 timmar.

Rutan Voyager är också anmärkningsvärt, det första planet som flyger direkt runt om i världen. Besättningen på två tog 9 dagar för att åstadkomma detta.

Solar Impulse -planet är för närvarande under utveckling och har gjort ett flyg på 26 timmar med 1 pilot.

Answer 6

view on stackexchange narkive permalink

Det fanns ett experiment för att hålla flygplan uppe i veckor i taget med kärnreaktorer för energi.

Jag har hört några versioner, men jag tror att amerikanerna aldrig fick det att fungera, men ryssarna gjorde det (jag hörde källor säga att de flesta av deras besättningar blev bestrålade till döds under processen), medan jag har läst andra källor har ingen av parterna fått det att fungera, så jag är helt säker på vem jag ska tro. Hur som helst - praktiskt taget obegränsad uthållighet och räckvidd.

Jag antar att det skulle ha inneburit att om de lyckades hade de kunnat stanna uppe så länge som de flesta ubåtar stannade nere (vilket jag tycker är som tre månader) ... kanske något att prova med pilotlösa drönare, där jag kan föreställa mig att det kan stanna ganska länge, motortillståndet tillåter :)

ps. Jag kan inte hitta några bra källor på det, men jag tror att TU Delft utvecklade en drönare under en 365-dagars uppdragstid med en miljöövervakningsuppgift.

Källa 1 / Källa 2