Varför används vinschar inte för bogsering av kommersiella plan?

20

I den här videon dras en glider upp av en vinsch på marken, så här:


( Källa )

Jag skulle säga att du kunde tillämpa samma principer med större plan, eventuellt även med hjälp av hållbara energikällor.

Flyget skulle inte använda sina motorer alls för att komma till cruising attityd (till skillnad från en föreslagen katapult i ett tidigare inlägg), så den här delen av flygningen skulle vara "gratis". Med en baksida på kuvertens typ av beräkning med 5% effektivitet tar det 17000 liter kerosin att lyfta en 747 till 10km (vilket överensstämmer med detta papper ).

Detta skulle dock kosta minst (beräknat nedan) 25km draglinje (r). Om vi använder en UHMWPE -fiber skulle en 400 g / m och 1,2 cm radiokabel kunna stödja 2x 400 kN maximalt utmatningsutgång av en typisk flyglinje.

Visst finns det många hinder att övervinna, men eftersom vissa flygplatser i städer inte kan expandera på grund av bullerproblem, verkar det som en lösning.

Logistiskt verkar detta som en stor extrautmaning för besättningen på marken, men skulle det vara möjligt?

    
uppsättning Ruud3.1415 14.01.2018 14:40

8 svar

23

Om du någonsin får chansen, prova en vinsch i en glider. Det är minst sagt en intressant upplevelse. Jag tror inte att det skulle accepteras av allmänheten.

Så det är en ytterligare anledning, det skulle skrämma betalande passagerare.

    
svaret ges 14.01.2018 22:09
21

Jag kommer inte bevisa det är inte möjligt, men jag skulle bli förvånad över det. Jag ska utveckla orsakerna till det och ge den fysiska ram som du kan använda för att beräkna en lösning som med viss ansträngning har ett slutligt svar.

Gliderhuset kan inte skalas upp till ett flygplan

Det fungerar med en glider av två skäl:

  • Höjden som ska nås innan glidbanan är självhöjd, är begränsad: 200 m eller så. För att jämföra med de 10 km flyger flygbolagen (som du vill nå kryssningshöjden utan motorerna).

  • En glidflygplan har en lift-to- dragförhållande på 30 , 60 för bästa glidflygning, har en B747 ett L / D-förhållande på 17.

Dessa två skillnader har stora interlocked konsekvenser:

  • När du lyfter upp en kabel måste det översta segmentet av den här kablarna kunna motstå kabelns hela vikt, plus draget skapat, plus den kraft som kabeln behöver sända för att flytta flygplanet framåt. Varje newton eller kg som läggs till tråden ökar den erforderliga sektionen, därmed vikten, därmed delen, etc.

  • Om L / D-förhållandet är lägre, kommer flygplanet att skapa mer drag när det kommer att skapa lift för att lyfta kabeln. Därför måste kraften som skapas av vinschen vara större för att flytta planet framåt, följaktligen delen av kabeln måste vara större, varför det första problemet förvärras.

Beskrivning av problemet

Kabelkurvankommerattvara en kablage , faktiska beräkningar av en ingenjör ska bevisa att lösningen inte är möjlig med material som vi har idag (inklusive en bra kandidat, Dyneema som används av bogserbåtar).

Kite analogi

De som är intresserade kan också försöka Kite Modeler Java-applet från Nasa, som i denna konfiguration är flygplanet mestadels en drake:


Källa

Ytterligare problem att lösa:

  • Hur man hanterar en säker korridor långt ifrån tiotals kilometer?
  • Hur återställs vinschen för nästa lansering?
  • Effekt av vinden på kabeln och motsvarande skott på flygplanet.
  • Kabelelasticitetseffekt på flygplanet.
  • Hur fortsätter man när statisk elektricitet börjar ackumuleras i luft, och du vill inte omvandla systemet till en blixtstång?
svaret ges 14.01.2018 17:15
15

Sure there are a lot of hurdles to overcome.

Gott. Jag har sagt det innan, engineering fixar problem, inte skapa dem.

Men alla hindren spelar ingen roll. Glidflygplan använder inte vinschar på grund av begränsad landningsbanan, de använder den eftersom de inte har motorer, så jämförelsen stannar där.

Och sålunda finns det inga problem med kommersiella flygplan (jets och turboprops), de har mycket kraft och kör redan från korta banor.

Brus

En stad i närheten av en liten flygplats kommer inte vara lycklig när en kraftigt tung kabel släpps från det lanserade flygplanet och faller på den. Om det finns ett område för droppen, så finns det säkert ett område för en längre landningsbanan och ett område för en lägre klimatkraft.

    
svaret ges 14.01.2018 14:58
7

Förutom de andra utmärkta svaren slår ytterligare två mot kabellansering i den kommersiella luftfartsindustrin:

  • Behöver kontroll och ström i nödsituationer
  • Ytterligare punkt av misslyckande och förlust av landningsbanan
  • Skador på bana
  • För det första kommer ett flygplan alltid att ha full effekt vid lanseringen om kabeln lanserats eller inte. Det här är att ge största möjliga säkerhetsmarginal om ett problem uppstår.

    För det andra lägger en kabellåsningsmekanism ytterligare en misslyckande punkt. Inte bara kan vi sluta att kunna starta på grund av ett problem med kabeldragningsmekanismen, men det kan förhindra att landningsbanan används för start eller landning beroende på problemet.

    Slutligen måste kabeln och dess tillbehör vara nödvändigtvis tunga eftersom de kommer att smälla i marken eller kanske en platta som är utformad för att absorbera sådan inverkan när den släpps. Men inte alla utgåvor kommer att vara idealiska, och om kabeln eller dess anknytning träffar banan kommer den att äventyras, vilket potentiellt stoppar all trafik på den banan i många timmar.

    Alla dessa saker kan hanteras men är ytterligare faktorer som skulle förhindra ett flygbolag och en flygplats från att anta ett sådant system.

    Det finns dock en ytterligare positiv kompensation:

    Avgång använder en betydande mängd bränsle. Om starten kan strömförsörjas från en jordkälla, speciellt där el är billigt kan du eventuellt kompensera lite bränsle och därmed förknippade kostnader för varje flygning, vilket kan leda till betydande besparingar över industrins flygningar.

    Detta skulle också minska (eller åtminstone flytta) koldioxidutsläpp.

        
    svaret ges 15.01.2018 15:32
    6

    Jag tvekade att skriva detta svar för att jag inte kunde hitta officiella källor, men till slut bestämde jag mig för att göra det, källan är att jag flög glidflygplan, instruerade och behandlade underhållet i många år )

    Något som inte nämns i de andra svaren är stressen på flygplanet. En glidflygplan som är vinschad har regelbunden livslängd. Som jag sa ovan har jag inga konkreta källor, men jag kommer inte ihåg att vara involverad i förlängningen av en Blaniks slutdatum, och för att bestämma hur många timmar som var tillåtna ansåg tillverkaren regelbundna vinschlanseringar på samma nivå som vanlig aerobatics (som något som avsevärt minskade flygplanets livslängd).

        
    svaret ges 15.01.2018 18:39
    2

    Kablar är tunga, låt oss göra järnvägsvapen

    Väsentliga glidflygplan är lätta och behöver bara dras till en blygsam höjd, en flyglinje är stor och du kan bara hoppas spara en bråkdel av startenergin. Flyet kunde inte göras mindre om det bara tog av sig från sådana platser. Och kabeln att dra ett flygplan skulle vara oerhört tungt, och du skulle bara få 3 km eller så (banbanans längd) att använda om du inte tror att flygplatser alltid har utrymme bortom landningsbanorna.

    En järnvägsvapen skulle dock vara roligare.

    Hur snabbt kan vi gå i 3km?

    Föreställ dig att vi accelererar vid 1g (total kraft på passagerarna är då 1,4g) för 3km (rimlig internationell flygplatstransport). v ^ 2 = u ^ 2 + 2as - > sista v = 240 m / s eller 540 mph vilket är ganska nära kryssfart. Så vi behöver inte ens en 3km banan för detta, eller vi kan accelerera mer försiktigt.

    Det finns en hitch - vi är fortfarande på marken. Så i själva verket är det bästa att hjälpa flygplanet till en starthastighet (v2) och låt resten av starten gå som vanligt.

    Om det är så smart, varför blir det inte gjort?

    Det är i utveckling. EM Assisted Launch System för US Navy, för att ersätta katapultlansering från operatörer.

    Men som detta svar förklarar, andelen av en flygplans energi som används för att ta av är en liten del av den totala energin som används, så du kommer sannolikt att förlora några fördelar i extra vikt från att implementera en sådan sak.

        
    svaret ges 16.01.2018 16:00
    2

    Som en svängpilot som huvudsakligen använder vinschstart och även en professionell ingenjör kan jag se båda sidor av problemet.

    Du kan lösa lanseringsproblemen genom att kasta ingenjörer och pengar på problemet, men det finns en klar fråga som inte verkar ha täckt: kabelbrott.

    Trots att de har överdrivna kablar och kopplingar, uppstår kabelbrott, jag har haft ett par och de kan vara sphincter-clenching stunder men vi tränar för dem och vi överlever. Vi överlever dem för det mesta eftersom vi flyger glidflygplan, flygplan som är speciellt utformade att flyga utan ström.

    En paus på låg nivå och jag landar bara bortom vinschen, det skulle behöva en massivt lång landningsbanan med vinschen uppåt, en mellannivåbrytning och jag vänder och gör en korsfält landning vilket är lätt eftersom mitt flygfält är väldigt bred men en kommersiell flygplats har ganska smala banor. En högre nivå paus och gör en snabb krets av fältet och landar normalt. En flyglinje är inte en glidflygplan och så landet framåt är möjligt, men kretsen och marken skulle normalt inte vara möjligt på grund av glidegenskaperna hos en flyglinje. En korsning av korsfält skulle kräva en fyrkantig bana som är enormt dyr.

    ... och då har du problemet efter en framgångsrik kabel lossning av flera ton kabel släppa till marken. Vid glidning görs detta genom en fallskärm under spänning från vinschen. I händelse av ett vinschfel vid kabelfrisättning måste du ha ett tydligt område runt vinschen med samma diameter som släpphöjden om kabeln faller på något eller någon. Till skillnad från glidning kommer denna kabel att vara väldigt mycket tung.

        
    svaret ges 29.01.2018 11:17
    0

    Jag tror att det är en bra idé, och att det kommer att ske så småningom, men inte när som helst snart men. Med de flygplan vi har nu är det helt enkelt inte värt det ekonomiskt. Vi säger att det är mycket dyrt att få extra bränsle på ett flygplan. Det är dyrt, för att om du tar med extra bränsle för att förlänga ditt sortiment, måste du hämta det i luften och sedan bära det hela vägen tills du behöver det. Det är inte priset på bränslet som är dyrt, det måste bära det tills du behöver det som är dyrt. Bränslet för start och klättring används direkt, så det är inte dyrt alls. Elräkningen för vinschen skulle förmodligen kosta nästan lika mycket som bränslet du sparar.

    Systemet verkar dock helt genomförbart. Om det fungerar i liten skala, för stridsflygplan och glidflygplan, varför skulle det inte fungera i större skala? Jag tror att flygstrafiken långsamt börjar röra sig mot eldrivna plan inom de närmaste årtiondena. För elektriska flygplan skulle en markstödd start vara mycket mer fördelaktig eller till och med nödvändig. En vinsch kunde ta planet till över molnen, och där kan det flyga till sin destination på solenergi. Om det skulle komma sig själv skulle det behöva enorma batteripaket.

        
    svaret ges 29.01.2018 15:20