Welche Faktoren begrenzen, wie lange ein Flugzeug in der Luft bleiben kann?

Die Wartung ist wahrscheinlich das größte Problem. Welche Arten von Wartungsarbeiten erforderlich sind und zu welchen Fehlern das Nichtbefolgen dieser Schritte führen wird, hängt von der Konstruktion des Flugzeugs ab.

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

Das Öl des Motors muss irgendwann ausgetauscht werden, und wenn kein System zum Einfüllen von neuem Öl während des Fluges geschaffen wurde, ist dies wahrscheinlich das erste, was nach Besatzung und Kraftstoff ausfällt (wie Sie erwähnt haben). Ölabbau führt zu vorzeitigem Ausfall des Motors.

Kraftstoff- und Luftfilter werden verstopft, was zum Abschalten des Motors führt.

Was zu Motorverschleiß führt. Irgendwann verschleißen Kolbenringe, Zündanlagen etc.

Der Pilot.

Ernsthaft. Du bist es.
Nehmen wir der (absurden) Argumentation halber an, wir bauen so etwas wie eine U-2 aus ultrastarken, superleichten Verbundwerkstoffen - machen wir daraus ein reines Segelflugzeug (es ist sowieso nah genug, und jetzt haben wir keinen Motor oder alles, was im Weg steht und versagt!), und wir verwenden nur die am besten abgerichteten Kapuzineraffen, um eine perfekte Montage zu gewährleisten, damit alle Teile ihre Arbeit genau nach Design erfüllen.

Wir haben ein Segelflugzeug mit über einer Million Stunden und wir haben gerade einen glücklosen freiwilligen Piloten in sagen wir 50.000 Fuß Höhe mit einem streng geheimen Lebenserhaltungssystem abgesetzt, das ihnen Wärme, Luft, Wasser und ein leckeres Steak-Dinner geben wird Nacht, und kümmern uns sogar um diesen seltsamen menschlichen Wunsch, nicht in unseren eigenen Abfallprodukten zu sitzen.

Sie könnten - in diesem theoretischen Wunderflugzeug - Luftströmungen, Thermik, Sturmaufwinde (für die Verrückten) usw. fliegen und ziemlich unbegrenzt in der Luft bleiben, aber irgendwann wird unser Freiwilliger das Steak satt haben oder anfangen, wunde Stellen/Blut zu bekommen Gerinnsel/Krämpfe vom Sitz, oder einfach nur die Nase voll davon haben, nach dem nächsten Aufwind zu suchen, um den Schirm in der Luft zu halten.

Wenn wir das Ganze mit einem Windturbinengenerator fernsteuern, um die Steuerung mit Strom zu versorgen, könnten wir die Piloten austauschen und es möglicherweise jahrelang am Laufen halten, aber es ist nicht viel von einem "Flugzeug", wenn es niemand fliegt - nur eine weitere Drohne .

Letztendlich wird jeder andere Faktor, den Sie sich einfallen lassen, der Ausdauer der Menschen an Bord untergeordnet sein - wie viele der GA-Piloten, mit denen ich rumhänge, gerne darauf hinweisen, dass viele von uns, die in Flugzeugen fliegen, leicht 4-5 haben Stunden Kraftstoffausdauer, aber die meisten von uns haben nur eine 2-3-Stunden-Blase (und keine magische Steak-dienende Lebenserhaltungsmaschine. Muss mir eine davon zu Weihnachten kaufen ...).

Seltsamerweise war es wahrscheinlich eine Fehlfunktion der Kabinenheizung (es war Winter), die den aktuellen Dauerrekordhalter, eine Cessna 172, mit 64 Tagen, 22 Stunden und 19 Minuten beendete (was übrigens eine großartige Geschichte zum Lesen ist). an sich)

Die Faktoren und Lösungen sind

• Pilot: Es gibt ein paar Optionen
  • Machen Sie es zu einem unbemannten Luftfahrzeug (UAV).
  • und/oder machen Sie es so, dass es während des Fluges für Besatzungs- und Versorgungswechsel abgefangen werden kann.
  • und/oder autark machen. Dies würde ein riesiges Flugzeug erfordern, wenn es überhaupt möglich ist, sicherlich nicht im Moment (2014), obwohl eine teilweise Selbstversorgung mit der heutigen Technologie machbar wäre.
• Kraftstoff: Machen Sie es 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, in denen es 50 % seiner ursprünglichen Leistung produziert. Es gab einige Beispiele wie die NASA Helios , die rund um die Uhr in der Luft bleiben konnten.
• Schlechtwettervermeidung: muss schnell genug sein, um aus dem Weg zu gehen
• Verbrauchsmaterialien: wie Öl/Fett etc
  • Verwenden Sie berührungslose Lager, wo immer Sie können, um den Bedarf zu reduzieren. Aufgrund der inhärenten Instabilitäten berührungsloser Lager können Sie nicht alle ersetzen. Es ist besonders problematisch bei Lagern um Wellen mit hoher Leistung/Last, wie zum Beispiel Drucklager, die dafür verantwortlich sind, dass die Propellerwelle nicht aus dem Flugzeug herausgezogen wird.
  • Sie könnten auch Systeme zum Nachfüllen dieser Verbrauchsmaterialien bereitstellen.
• Verschleiß der beweglichen Teile:
  • Begrenzen Sie die Anzahl der beweglichen Teile. Elektromotoren können mit nur einem beweglichen Teil gebaut werden
  • Bereitstellung von Systemen, um Ersatz an Bord zu bringen und sie entweder mit Wartungsdroiden (ja, wie die Funktion, für die R2D2 vorgesehen war) oder mit Wartungspersonal zu installieren, das auch einen Weg in und aus dem Flugzeug benötigt.
• Materialermüdung wie Teile, die Ermüdungsbrüche entwickeln, und auch Materialien, die Witterungsschäden erleiden (z. B. Kunststoffe / Lackabbau durch UV-Licht oder Metallkorrosion): Dies ist schwierig, da mir nichts einfällt, um eine kritische Strukturkomponente zu ersetzen wie ein Flügelholm im Flug. Reparaturen können möglicherweise durchgeführt werden, indem vorübergehend eine alternative strukturelle Integrität bereitgestellt wird (denken Sie an etwas wie Gerüste, aber strukturelle Unterstützung um den betroffenen Bereich herum), während Materialreparaturen vor Ort in dem beschädigten Bereich durchgeführt werden.

Die 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 geht es derzeit darum, es relativ billig und unbemannt zu machen, während wir die durchschnittliche Lebenserwartung dieser Dinge ermitteln, damit wir sie zur Reparatur/Stilllegung bringen können.

Theorie

Wie voretaq7 feststellt, sind die Piloten hier der erste limitierende Faktor. Wir können eine U-Boot-Besatzung 3 Monate am Stück unter Wasser setzen. Könnten wir dasselbe in einem Flugzeug tun? Vielleicht eines Tages. Die Internationale Raumstation ist ein Beispiel dafür, was in Bezug auf Besatzungsrotationen möglich ist. Natürlich würden die Energie zum Fliegen in der Atmosphäre und die externe Wartung ein Flugzeug vor einige Probleme stellen.

Was die Wartung anbelangt, vergehen bei Flugzeugen 500 bis 800 Stunden zwischen ihren Low-Level-A-Checks. Sie werden jedoch auch an jeder Haltestelle routinemäßig gewartet. Ausgefallene mechanische oder elektronische Teile werden ersetzt und kleinere Kontrollen durchgeführt. Motoren brauchen Öl, Hydrauliksysteme müssen aufgefüllt werden.

Dies sind alles Entscheidungen, die im Rahmen des Flugzeugdesignprozesses getroffen werden. Indem Systeme robuster gemacht werden, indem Kapazitäten für Verbrauchsmaterialien wie Motoröl hinzugefügt werden, 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 Strahl- oder Kolbenmotoren, und Strom kann aus Sonnenkollektoren stammen.

Es kommt wirklich nur auf das Design eines Flugzeugs an. Theoretisch ist eine "unendliche" Ausdauer durchaus möglich. Es müsste wahrscheinlich unbemannt sein, aber mit einem robusten Struktur- und Antriebsdesign könnte es passieren. Aber irgendwann wird alles ausfallen oder verschleißen, und ohne eine Crew oder ein System zum Austauschen von Komponenten wird das der limitierende Faktor sein.

Beispiele

In Bezug auf kommerzielle Flüge gibt es einen 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, 55 Minuten auf einer 777-200LR (derzeit das Verkehrsflugzeug mit der größten Reichweite).

Mit Luftbetankung erhöht sich die Ausdauer. Die B-2 hat Missionen von mindestens 25 Stunden mit einer Besatzung von 2 geflogen. Landung für einen Tankstopp (aber ohne Motorabschaltung), die längste Mission dauert 44 Stunden . Die längste Trainingsmission aller Zeiten betrug 50 Stunden . Die Piloten werden intensiv geschult, um diese Missionen fliegen zu können.

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

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

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

Es gab tatsächlich ein Experiment, um Flugzeuge wochenlang am Laufen zu halten, indem Kernreaktoren als Energiequelle verwendet wurden.

Ich habe ein paar Versionen gehört, aber ich glaube, dass die Amerikaner es nie ganz zum Laufen gebracht haben, aber die Russen haben es getan (ich habe gehört, dass die meisten ihrer Besatzungen dabei zu Tode bestrahlt wurden), während ich andere Quellen gelesen habe Keine Partei hat es zum Laufen gebracht, also bin ich mir ziemlich sicher, wem ich glauben soll. In jedem Fall nahezu unbegrenzte Ausdauer und Reichweite.

Ich denke, das hätte bedeutet, dass sie, wenn sie erfolgreich gewesen wären, so lange wach geblieben wären, wie die meisten U-Boote unten bleiben (was meiner Meinung nach etwa drei Monate sind) ... vielleicht etwas, um es mit unbemannten Drohnen zu versuchen, wo ich mir vorstellen könnte, dass es könnte Bleiben Sie ziemlich länger, wenn der Motorzustand es zulässt :)

p.s. Ich kann keine guten Quellen dazu finden, aber ich denke, dass die TU Delft eine Drohne für eine Missionsdauer von 365 Tagen mit einer Aufgabe zur Umweltüberwachung entwickelt hat.

Quelle 1 / Quelle 2