Could flygplan använder en ång- eller elkraftkatapult för start?

Det skulle kunna vara tekniskt sett att utforma någon form av markstödd startmekanism för flyglinjer, trots att några av de fördelar du beskriver skulle uppväga stora nackdelar, som beskrivs i andra svar .

Det finns en ny punkt men det tycker jag är värt att göra. Den kortare startrull som det skulle innebära är inte i sig en fördel utan en nackdel .

Den tid som används för att samla hastighet på banan med motorerna vid full kraft är värdefull. Det är en chans att se till att de, och resten av flygplanets system, fungerar korrekt. Om det finns ett misslyckande som kraftförlust eller plötslig minskning av hydraultrycket, är startrullen ett bra ställe för att det ska ske, eftersom det ger besättningen möjlighet att avbryta det säkert.

Den möjligheten skulle gå förlorad i en assisterad start.

Vi kan inte göra det eftersom det finns 0 kommersiella flygplan utformade med katapulter i åtanke.

Ditt antagande att det skulle leda till kostnadsbesparingar är fel, på många nivåer. Det viktigaste skulle vara det:

Startrulle (den del där katapulter kan fungera) varar bara en handfull sekunder.

Dessutom:

Katapulten skulle hjälpa dig att accelerera från 0 till V1, men de kan inte göra något för att hjälpa dig att klättra till kryssningsnivå.

Att lägga till ett nytt system skulle vara väldigt kostsamt, opraktiskt och spara bara några sekunder av acceleration.

Om det verkligen var en ekonomisk eller ekonomisk nytta skulle de redan vara i bruk. Katapulten har funnits tillräckligt länge för att vara en beprövad teknik där den används.

Tänk på att vissa flygbolag har ändrat sina färgsystem eftersom det skulle raka tillräckligt mycket från flygplanet för att spara en meningsfull mängd bränsle eller lägga till extra nyttolastkapacitet. Om de har tittat på och genomfört sådana saker, så är det säkert att katapulter inte skulle ha blivit förbisett så länge.

Tänk på att till skillnad från militära flygplan är civila flygplan utformade för komfort och ekonomi.

Att få någon typ av typiskt flyglinje eftermonterat för katapultanvändning skulle innebära förstärkning av flygplansramen och strukturen (därmed eventuellt ökande vikt). förstärkta eller på annat sätt stärkta vingar och motorfästen, möjliga ändringar av hjul och landningsredskap - allt detta lägger till vikt, vilket innebär kostnad eftersom mer bränsle skulle krävas (eller mindre passagerare skulle kunna bäras) och därigenom äta bort vid eventuella besparingar.

Låt oss inte glömma att banorna har modifierats (ytterligare kostnader) och de oundvikliga förseningarna från banans stängningar, och de ytterligare förseningar som katapultmekanismen måste "återställas" efter varje start.

För att inte tala om att passagerare inte gillar att de är upprörda under mild turbulens - föreställ dig hur populär du är om du ska skjuta dem bort som en slang.

Kärnan av det kommer ner till det här för mig.

Det tar x energi att komma från 0 för att öka hastigheten. Om den energin kommer från "marken" via en katapult eller från motorerna, finns det ingen reella besparingar. Du måste fortfarande spendera energin. De enda besparingarna kan vara i kostnaden för bränsle för att generera den energin. Men även om besparingarna i bränslekostnaderna är extrema, är den totala energianvändningen till en krysshöjd liten jämfört med den energi som används för att hålla ett flygplan där uppe. Kostnaden för att upprätthålla katapulten skulle sannolikt utväga kostnaden för det "extra" bränsle som behövs för att motorerna ska producera klättringsenergin.

Kom ihåg att katapulter på flygbåtar inte används eftersom kostnadsbesparingarna användes eftersom det inte finns något annat sätt att få ett flygplan upp till fart på den korta banan. Eftersom VTOL blir mer populär används katapulterna mindre och mindre.

Många Navies har helt och hållet gått till STOBAR eller STOVL-systemen. De nuvarande trenderna verkar vara "hitta mig något förutom en katapult för att få det här i luften", även när det är på bekostnad av flexibilitet.

Så att köra ner dina poäng:

• Mindre bana: Nej, jag måste fortfarande landa, och även om det var sant, är väldigt få platser så täta att landningsbanor inte kan förlängas. Det kan vara dyrt att göra det, men helvete, Japan (tror jag) bygger en helt ny ö för att hålla sin flygplats.

• Bränslebesparingar: Kanske. Om du använder en ångkatapult och gör ångan med kol, och kostnadsskillnaden per arbetsenhet mellan kol och jetbränsle var tillräckligt, så ja, det kan bli en bränslebesparing. Men det kommer nästan säkert att kompenseras av underhållskostnader.

• Snabbare vända: Nej! Det tar tid att ladda den katapulten. Det är inte direkt. Du kan inte bara starta ett andra flygplan så snart den första rensar banan. Katapulten måste justeras, laddas och sedan avfyras. I militära operationer kan du bara starta X antal hantverk. Så det är möjligt att en militär katapult skulle kunna tas ut för hela lanseringen. En flygplats är dock kontinuerlig. Så det blir tid när laddning behövs. Det finns vägar runt detta, som "sidlastning" från två källor, så att den ena är utarmad, den andra laddas. Men detta skulle öka kostnaden och komplexiteten ännu mer.

Hittills verkar alla svar ha fokuserat på en kort start, platt katapult, som du skulle se på däck på ett flygplan. Detta har brister som anges av många svar. Men, om det var en ramp? Kan vara en vanlig, något förhöjd plan yta eller det kan vara en krökt ramp som ändras vinkel exponentiellt. Låt oss säga att vi är retrofitting en befintlig flygplats. Det ger oss upp till en mil horisontal som vi kan använda för vår katapultkörning.

Fördelar:

• Kan accelerera långsammare men över en längre period, vilket möjliggör a mjukare kör för både flygplanet och passagerarna.
• Beroende på om det är en platt eller krökt ramp, kan den starta upp till några hundra meter i skyn med en anständig AOA.
• Starthastigheter kan vara nära flygplanets maximala hastighet i stället för precis över vad som behövs för att få det i luften, vilket sparar på bränsle eftersom det är lättare att behålla en hastighet än att accelerera upp till en.
• Landningar kan endast vara i en riktning men med tyngdkraften för att hjälpa till att bryta, möjliggör större retardation och förhoppningsvis minskar tiden från landningsbanan till terminalen.
• Mindre sannolikt att klippa svansen när du landar som rampens vinkel gör svansen proportionellt högre.

Nackdelar:

• Ditt flygplan kan falla av / bli blåst bort från rampen vid landning / avstängning.
• Kombinerade flygplan som inte är katapult kan kanske inte ta av sig från ditt flygfält när de landat (beror på ramp och flygplanstyp samt rådande vindar).
• Nämnde tidigare men landningar slutar ganska mycket som en monostriktad affär, så om vinden är mot dig måste du omdirigera.

Lindringen:

• Bygg rampen nära den befintliga banan men inte ovanpå den. Eftersom rampens ände är ganska hög kan andra strukturer som hangarer byggas in under den. Detta skulle spara utrymme och tillåta regelbundna / oassisterade start och landningar på flygplan på den reguljära banan, men kan få allvarliga följder om ett flygplan skulle falla utanför sidan.
• Med tanke på den längd som vi har för rampen, kan vi använda någon slags höghastighets traktor eller pushback istället för en dedikerad katapult som skulle minska omlastnings- / kalibreringstiderna - samma fordon slår flygplanet till banan och kör så snabbt med det (okej, en del handwaving pågår här men flera rovingande "katapultenheter" är en idé som bara behöver en lösning).

Enligt den här webbplatsen använder en B747 5 700 lbs för start, ut av 422 000 lbs max. bränsle. Det är 1,35% av bränslet för en lång flyglinje, procentuellt för ett kortare intervallflygplan skulle vara högre. Katapulten eller den elektriska bogserlinjen skulle nu behöva leverera startenergin - om den drivs av el är effektiviteten mycket högre. En faktor på över 2 är uppnådd från att inte accelerera luften, men själva flygplanet och kombinerad cykelkraft är mycket effektivare än en enda gasturbin. Från Wikipedia :

By combining these multiple streams of work upon a single mechanical shaft turning an electric generator, the overall net efficiency of the system may be increased by 50–60%. That is, from an overall efficiency of say 34% (in a single cycle) to possibly an overall efficiency of 62.22% (in a mechanical combination of two cycles) in net Carnot thermodynamic efficiency. This can be done because heat engines are only able to use a portion of the energy their fuel generates (usually less than 50%). In an ordinary (non combined cycle) heat engine the remaining heat (e.g., hot exhaust fumes) from combustion is generally wasted.

Även Airbus gör ett ärende för detta. Maximal dragkraft används endast vid start, en hjälpande start skulle innebära lättare motorer med tillhörande lägre bränsleförbränning. Från artikeln:

Listen to the changing sound of engines during flight and it’s obvious: an aircraft draws on its power reserves more during takeoff than at any other time. The power needed to take off is determined based on a number of factors - including runway length, wind speed, temperature, and the weight of the aircraft itself.

However, this takeoff power only is required for a very brief portion of the total flight. Once cruising in the sky overhead, an aircraft doesn’t need as much to maintain altitude. So why not source the energy required at takeoff from an innovation installed on the ground? Can the burden (and weight) be removed from the aircraft itself?

An assisted takeoff – using some form of propelled acceleration – would mean aircraft could be lighter, with smaller engines consuming less fuel.

Så det skulle sparas i bränsle, tillägg till bränslet sparat för start.