¿Se puede hacer un helicóptero tan grande como un Airbus A380?

Answer 1

Gracias por la A2A. Verás que he votado un par de las otras respuestas con las que estoy de acuerdo. Ya que tuvo la amabilidad de preguntarme directamente, aquí está mi perspectiva personal.

A algunas personas les gusta decir: “Ponga un motor lo suficientemente grande en cualquier cosa y volará”. Eso es bastante cierto cuando se trata de cohetes y (quizás) aviones. Sin embargo, los helicópteros son una historia diferente.

Alex Deva ofrece una respuesta bastante buena que se refiere a la “carga de disco”, es decir, la eficiencia de elevación relativa de un sistema de rotor. Las palas del rotor de un helicóptero no son tan efectivas para producir sustentación como los perfiles fijos (es decir, “alas” de tamaño comparable). Esto se debe a que la naturaleza de cómo crean el levantamiento hace que una cantidad justa se desperdicie a lo largo de cada revolución de 360 ​​grados del sistema del rotor principal.

El diseño del sistema de rotor principal de ocho palas de Rusia para el Mi-26 Halo fue (y sigue siendo) una obra maestra de ingeniería. Es terriblemente difícil hacer que tantas palas vuelen en el mismo avión y ofrezcan un rendimiento tan excelente. (La Oficina Militar logró esto en parte dándole un RPM de operación extremadamente bajo, con el cual el avión parece volar bastante feliz).

Sin embargo, mi punto al elevar el Halo fue señalar que, por grande que sea, e incluso dada su sorprendente capacidad para levantar prácticamente su propio peso vacío, el tamaño del helicóptero se está acercando rápidamente a los límites de factibilidad en virtud de las limitaciones de Los propios sistemas de rotor principal. No puedes simplemente construir todo más grande. El Halo entra en el aire por cortesía no solo de sus aspas de rotor monstruoso, sino también a través de su par de motores Lotarev igualmente monstruosos, que entregan más de 11,000 caballos de fuerza de eje cada uno .

(A modo de comparación, el Sikorsky CH-53K está equipado con tres motores GE que bombean aproximadamente 7,500 caballos de fuerza de eje cada uno. Su diámetro de rotor es inferior al 80% del de un Halo, lo que produce un 50% menos de área de disco y su carga útil máxima es casi 10,000 libras menos. Es el helicóptero más nuevo de carga pesada en el mundo occidental.)

Su pregunta se refiere específicamente a “tan grande como un Airbus A380”. Hay dos formas básicas de responder: abordar las dimensiones físicas de la aeronave o observar la carga útil que puede transportar un A380, y luego considerar ambas en el contexto de cuánto tendría que escalar un Halo para lograrlo. El mismo umbral.

• Longitud de la aeronave – A380: 72 metros; Mi-26: 40 metros (rotores giratorios).
• Alojamiento de pasajeros – A380: de 544 a 853, dependiendo de la configuración; Mi-26: 63 pasajeros (configurados para pasajeros) hasta 90 tropas como máximo.
• Volumen de carga – A380: 184 metros cúbicos; Mi-26: aproximadamente 110 metros cúbicos.
• Carga útil máxima – A380: 70,000 kg; Mi-26: 20,000 kg (externo, es decir, colgado de ganchos debajo de la aeronave)

(Nota: Airbus es un poco cauteloso con respecto a este último número, lo cual es comprensible. El hecho de que algo encaje dentro no significa que se pueda cargar con el peso, y solo porque el avión pueda despegar con un peso determinado no significa puede transportar suficiente combustible para llegar muy lejos. Jugué con sus pesos máximos de despegue y aterrizaje, su capacidad máxima de pasajeros y su peso de combustible cero para obtener el gran número de “carga útil” para un vuelo de duración razonable. Otro comentarista parece para sugerir que un A380 podría manejar hasta 90,000 kg de carga útil ( consulte ¿Cuál es el presupuesto de peso de un A380 completamente cargado? )

Físicamente, no veo cómo un helicóptero podría crecer tan grande como un A380. Si equipara uno de longitud similar con rotores principales en tándem (como un Boeing CH-47 Chinook), todavía tendrían que ser tan grandes, o más grandes, que los rotores principales de un Mi-26, y las cuchillas de construcción son mucho más largas de lo que parecen Al igual que estaría más allá de las capacidades de los materiales existentes. (Más precisamente, podría hacerlos tan largos, pero su inercia y propiedades de aleteo probablemente serían casi imposibles de gestionar).

El obstáculo absolutamente insuperable parece estar en la carga útil. Esto no debería ser realmente sorprendente, dado que un helicóptero tiene que desarrollar la mayor parte de su capacidad de elevación a través de la potencia bruta y la eficiencia limitada de su sistema de rotor, mientras que un avión puede generar una gran cantidad de sustentación simplemente a través de una combinación de ala eficiente ( Diseño aerodinámico) y un fuselaje complementario.

Literalmente, no puedo imaginar un helicóptero capaz de arrastrar alrededor de 90 toneladas métricas de carga: solo el lavado descendente sería colosal, y cualquier transmisión principal que pudiera manejar el par de torsión necesario para hacer girar un sistema de rotor lo suficientemente grande como para generar tal elevación probablemente tendría que Sé tan grande como muchos helicópteros en la actualidad.

Answer 2

Me temo que muchas personas no se dan cuenta de los problemas matemáticos básicos al ampliar los diseños. En pocas palabras, si escala todo proporcionalmente hacia arriba (incluso haciendo las cosas proporcionalmente más gruesas), las cosas todavía se romperán o se desviarán de la razón. Necesita compensar (para tamaños más grandes) con materiales más fuertes, y hay un límite para esto.

Lo ilustraré con puentes, tanques y paracaídas (¡aterrizajes de Marte!). Probablemente hay varios lugares cuando este problema ocurre con los helicópteros y las aeronaves en general, siendo evidente la longitud del rotor / ala.

No soy ingeniero, pero soy matemático (y algunos otros), así que abordo cuestiones obvias para un matemático. No digo que lo siguiente sea lo más importante, pero no lo he visto mencionado.

Si toma una viga fija horizontalmente en un lado, con el otro libre (“una viga horizontal sobresaliente sostenida en un extremo”) y calcula el desplazamiento hacia abajo de la punta (debido al peso / la gravedad que la empuja hacia abajo), encontrará que el desplazamiento es

• proporcional al peso de la viga
• proporcional a la tercera potencia (!) de la longitud del haz
• Inversamente proporcional a la segunda potencia de la altura del haz.
• inversamente proporcional al ancho del haz

(En cada línea de arriba, mantenemos 3 de los 4 factores: longitud, altura, ancho, peso, fijos y variamos el restante, y además asume que el módulo del material – la respuesta a las fuerzas de tensión – es una constante).

Así que si construyes una viga y luego lo escalas todo dos veces (el mismo material, todo lo que incluye remaches, barras en T, cualquiera que sea el doble de dimensiones) obtienes

• subir 8 veces
• El desplazamiento de la punta no cambia (factores 8 arriba de la longitud, 4 abajo de la altura, 2 abajo de la anchura) para el peso anterior

Por lo tanto, el desplazamiento total de la punta aumenta 8 veces (¡peso!) – tercera potencia de nuestra escala. Así que (dis) proporcionalmente se hundirá MUCHO más. El hundimiento proporcional significaría que el desplazamiento de la punta aumenta solo 2 veces.

Esta es la razón por la que no puede simplemente escalar proporcionalmente un tramo de puente, una pala de rotor o un ala. Caerá fuera de proporción.

Un caso similar es con el peso del tanque y el ancho de la banda de rodadura. Suponiendo que el tanque tenga el doble de peso 8 veces más, para mantener la presión constante sobre el suelo (no desea hundirse en el suelo, ¿verdad?), Tiene que aumentar el ancho de la banda de rodadura más rápido (con la segunda potencia en realidad) que las dimensiones del tanque lineal, así que si miras los prototipos de tanques más pesados, tenían huellas casi tan anchas (total) como el tanque mismo. Esto establece un límite teórico en la idea de escalamiento del “tanque más grande para una armadura más gruesa”.

Prototipo de tanque super-pesado de la segunda guerra mundial. Tenga en cuenta lo inusualmente ancho, en comparación con el cuerpo, las pistas son. Tienen que ser. Un poco más de escalado y las pistas tendrían que tomar todo el ancho del vehículo.

Si usa un razonamiento similar para escalar un paracaídas, encontrará el mismo problema. Voy a omitir esto (ejercicio fácil). Si realiza los cálculos matemáticos, encontrará que debe aumentar el grosor del material del paracaídas (al aumentar la capacidad de carga del paracaídas) a un ritmo tal que, en tamaños más grandes, el paracaídas tendría que pesar más que la carga útil. Supongo que esta es la razón por la que solo puedes aterrizar pequeños módulos de aterrizaje en Marte con un paracaídas, necesitas retropropulsión para los más grandes.

Nota 1: los cálculos para los paracaídas indican que el diámetro de la cubierta debe escalarse con 1/2 potencia de la escala de carga útil, y el grosor también con 1/2, por lo que el peso total del paracaídas se escala con 3/2 de potencia de la escala de carga útil. Originalmente escribí que el grosor de la cubierta crece más rápido que la carga útil, lo cual era incorrecto. La conclusión sigue siendo que el peso de la cubierta crece más rápido que la carga útil.

Nota 2: obviamente, la atmósfera marciana ofrece menos resistencia, por lo que no es inusual en el hecho de que necesitas un paracaídas más grande (en comparación con la Tierra). El punto es que en cualquier planeta, a medida que aumenta la escalada del paracaídas (para una mayor carga útil), el peso del paracaídas se convierte en una parte mayor de la carga útil, que pesa más que la carga útil. En Marte alcanzas este límite antes que en la Tierra, ya que en Marte el paracaídas tiene que ser más grande para empezar.

Answer 3

Probablemente no.

Las otras respuestas son extrañamente esperanzadoras, dado que fueron escritas por personas con algún pretexto de conocimiento técnico.

Usted ve, hay una cosa llamada la Ley de Aerodinámica. Establece un límite a la potencia que debe tener un rotor para elevar una masa determinada.

Una masa típica del A380 es de unos 400.000 kg.

El rotor más largo jamás creado por la humanidad tenía 75 metros de largo, y no era un rotor de helicóptero sino un rotor de molino de viento (como tal, no tenía que ser girado por un motor). Pero supongamos que es posible crear un rotor de dos palas tan grande.

Eso lleva a un área de disco de 17,671 metros cuadrados, por lo que tenemos un factor de carga de disco de 2.82 kg / sq. metro.

Eso es ligeramente mejor que la carga en disco del pequeño Robinson R22, uno de los rotores más malos que aún vuelan por los cielos.

Una de estas cuchillas pesa 25,000 kg y no hay razón para creer que se podrían haber hecho más livianas pero que no. De hecho, para soportar una alta rotación, seguramente serían mucho más pesados.

Eso significa que necesita un motor capaz de girar cincuenta toneladas de rotor a altas RPM y un sistema hidráulico capaz de cambiar su ángulo de inclinación.

Entonces, necesitas un rotor anti-torque. Con una relación típica de 3: 1 a 6: 1, el rotor de cola tendría que girar dos veces más rápido que el rotor principal. Llámalo un quinto del peso, de manera optimista; Eso agrega otras diez toneladas a la potencia requerida del motor.

En este punto, tenemos un helicóptero ficticio cuya única pala es tan grande como el A380 de ancho, por lo que ya hemos salido de los límites del problema. Tenemos un motor que no puede existir, que si no fuera nuclear tomaría tanto combustible tendría una autonomía de dos minutos.

Y tenemos una transmisión tan monstruosa que pesaría, en una suposición, otras treinta toneladas.

Todas estas cosas ocuparían espacio, que en un A380 es principalmente en y debajo de las alas. Nuestro helicóptero no tendría alas, por lo que tendría que mantener todo en el fuselaje.

Asumiendo que el motor y la transmisión y los rotores podrían construirse con la tecnología actual, suponiendo que cualquiera estaría dispuesto a arriesgar a tal monstruo con un factor de carga de 2.8 discos, y suponiendo que alguien quisiera volar en un gigantesco helicóptero durante dos minutos, probablemente habría espacio. solo para una veintena de personas, que puede volar cómodamente en un Chinook o algo así

–

Siguiendo el consejo de Tim Hibbetts, adjunto aún más malas noticias, esta vez sobre las hojas de punta supersónicas.

Resulta que las puntas del rotor serían supersónicas a 43 RPM. Eso es (obviamente) mucho menos que una rotación por segundo. De manera realista, podría sostener su mano sobre la raíz de la cuchilla, mientras que la punta era supersónica.

¿Serían suficientes 43 RPM para generar ese tipo de sustentación? Vamos a tratar de resolverlo.

El extraordinariamente enorme Mi-26 tiene un rotor a “solo” 132 RPM, con 8 cuchillas que miden aproximadamente 15 metros cada una.

No todo el disco del rotor genera la elevación de la misma manera, porque la elevación proviene de la velocidad del aire, que proviene principalmente de la velocidad angular, que depende del radio. Entonces, manteniéndolo realmente muy simple, veamos un rotor Mi-26. Sus puntas giran a 746 km / h, y cerca del eje las raíces giran a 50 km / h. Esa es una proporción de casi 15.

Nuestro rotor teórico tendría una relación de 1,216 / 16 = 76.

Eso significa que el diferencial de elevación a través del rotor (lo sé, eso es una ecuación mucho más compleja que involucra la variable AoA, la velocidad del aire real, la interferencia, etc.) es cinco veces más grande para nuestro monstruo que para el Mi-26, que es tan pequeño Como pudieron hacerlo.

Se pone peor: la relación de 15 se refiere a levantar un peso de 56 toneladas para el Mi-26, mientras que la relación de 76 intenta levantar 400.

Pero aquí es donde realmente se pone increíblemente peor.

Girando a una velocidad de 43 RPM, el efecto centrífugo significaría que el eje del rotor tiene que mantener cerca de ocho millones de kg de fuerza. Mientras se lanza de forma hidráulica. A más de ciento cincuenta y cinco g .

No creo que haya ningún mecanismo capaz de tal hazaña, ni el metal para construirlo.

Las cuchillas se romperían y volarían hacia el Sol

Answer 4

El helicóptero más grande actual en producción Mi26 puede levantar un avión con facilidad.

Puede transportar 90 tropas en configuración militar o 60 pasajeros en un entorno comercial y eso es absolutamente enorme para un helicóptero.

El helicóptero más grande del mundo puede levantar un avión de pasajeros con una facilidad notable

Sin embargo, dudaría mucho de la viabilidad técnica de un helicóptero que es del tamaño del A380 o digamos que puede transportar más de 500 pasajeros. No entraría en la discusión acerca de cuán absolutamente inútil sería el diseño, ya que el único lugar donde puedo verlo es si alguien quiere dejar caer a 500 personas en una isla que no es lo suficientemente larga como para mantener una pista de aterrizaje. los rusos podrían haberlo construido pero esa esperanza ya no existe más ahora que la guerra fría ha terminado)

Las aspas de Mi26 son iguales a la envergadura de un ala A320, por lo que puede imaginar que son absolutamente enormes.

Sin embargo, el helicóptero más grande nunca es Mi26, es como se muestra a continuación:

Mil MI12

EL MÁS GRANDE HELICÓPTERO Militar ruso V 12 Mi 12 más grande que nosotros ejército Boeing CH-47 Chinook

Entonces, como pueden ver, esto es más como un A320 con rotores. Fue diseñado para transportar 40 toneladas de carga para que técnicamente pudiera levantar 500 humanos de tamaño normal en el aire (¡ahí se puede hacer! Misión cumplida)

(Me divertí imaginando a 500 personas en ese espacio, solo imagino que si alguien tuviera ganas de responder a la llamada de la naturaleza … Hombre … ¡Tiene que aguantarlo, estamos en el aire …! Forgot y olvidamos los baños en el suelo;), puede ser un poco más Las personas podrían colgarse en unos pocos sacos para disfrutar de la experiencia de parapente de forma gratuita y ahorrar espacio en la cabina … ;-))

Bromas aparte:

A medida que el tamaño de la embarcación aumentará, también lo hará el requisito de cuchillas más grandes y la ciencia de los materiales (material así será muy difícil de encontrar). Y por no mencionar las cuchillas grandes de ese tamaño, si es posible, en Las puntas tendrán velocidades supersónicas que, de nuevo, llevarán a límites aerodinámicos técnicamente a la velocidad a la que puede girar la cuchilla y estoy seguro de que con ese tipo de giro no habrá suficiente sustentación para atraer tanta masa en el aire.

Si se hace una embarcación como esa, nunca se hará con materiales que hoy conocemos comúnmente, pueden ser nanotubos de carbono o algo de espuma súper ligera y súper fuerte o algo completamente nuevo (siempre que tengamos la tecnología para hacerlos en toneladas). y usarlos también).

Y, por favor, no te inspires en los barcos voladores de la clase Avenger de la película, no llegarán antes de la aparición de Thor en el reino de los mortales.

(Donde uno de los rotores gigantes estaba atascado y Iron Man logró super girarlo para mantener a flote la nave, para quienquiera que dijera que las películas de Bollywood son graciosas, él)

(Por cierto, soy un gran fanático de la película Avengers ;-))!

Answer 5

El problema es un problema de ingeniería, no un problema de física.

Las alas se pueden escalar hacia arriba y hacia abajo con bastante facilidad. Por otro lado, un rotor o una hélice tiene un problema importante, ya que la parte del rotor cercana al centro se desplaza una distancia más pequeña por rotación que la parte del rotor más alejada del centro. Esencialmente se trata de un ala que va simultáneamente a menos de 100 mph en una parte y casi Mach 1 en otra parte. Esa falta de uniformidad es un problema real, y los extremos se vuelven más y más pronunciados a medida que el rotor crece.

Para agregar a eso, cuando un rotor está orientado en el mismo plano que el movimiento del avión, la velocidad aparente a través del aire para un lado del rotor agrega la velocidad de avance del avión y la velocidad aparente para el otro lado del rotor. Resta la velocidad de avance de la aeronave. Así que imagina que tienes un helicóptero donde las puntas del rotor viajan a 500 mph. Si el helicóptero está avanzando 200 mph hacia adelante, entonces las puntas de un lado van a 700 mph y las puntas del otro lado están a 300 mph. Las partes del rotor cerca del centro pueden ir a 100 mph, por lo que efectivamente van a 300 mph y 100 mph al mismo tiempo. Una vez más, estos problemas se hacen más pronunciados a medida que el avión crece.

Así que sí, es posible hacer un enorme helicóptero. No es práctico, sin embargo, porque estas limitaciones serían imposibles de superar de una manera que permitiría que la aeronave resultante sea útil.

En mi opinión, la mejor manera de hacer un avión de pasajeros grande con capacidades similares a las de un helicóptero sería usar algún tipo de diseño de rotor de inclinación similar al V-22 Osprey. Por ejemplo, eche un vistazo a Bell Boeing Quad TiltRotor. Este concepto consistía en expandir el rotor de inclinación en un avión con capacidad para 150 pasajeros, aunque no tendría la velocidad para competir con la mayoría de los aviones de pasajeros. Estos conceptos podrían ampliarse y escalarse más fácilmente que los verdaderos helicópteros. En el diseño del rotor de inclinación hay varios rotores más pequeños en lugar de uno o dos rotores grandes. Cuando los rotores giran para proporcionar empuje en lugar de levantamiento, la dirección de desplazamiento es perpendicular al plano del rotor, por lo que el movimiento hacia adelante no cambia la velocidad del aire a través del rotor.

El V-22 Osprey tuvo muchos dolores de crecimiento, pero se ha convertido en un avión razonablemente confiable con capacidades únicas. Creo que una segunda generación de aviones con rotor de inclinación podrá aprovechar la experiencia de diseño, construcción y operación del V-22. Con una inversión razonable, se podrían esperar rotores de inclinación del tamaño de un avión de línea en las próximas décadas. Definitivamente veo la oportunidad de usar aeronaves con rotor de inclinación en roles actualmente ocupados por jets regionales y tal vez hasta los roles ocupados por aeronaves, como las variantes de corto alcance de las familias de aeronaves A320 y 737. Estos aviones pueden operar desde aeropuertos más pequeños y entregar pasajeros cerca del centro de la ciudad.

Por último, no veremos ningún avión comercial de pasajeros del tamaño del A380 durante mucho tiempo, ya que el A380 es un fracaso económico. Las aerolíneas han descubierto que sus clientes prefieren volar en aviones de tamaño moderado en un vuelo directo que volar entre centros en un A380 y luego cambiar a un avión más pequeño para el viaje a su destino final. Los aviones de tamaño 737 y A320 seguirán siendo los caballos de batalla de la aviación aérea.

Answer 6

Aparte de los problemas de peso / energía insuperables, tratemos solo con el rotor.

Ningún helicóptero de cualquier tamaño puede sortear este aspecto fundamental de las alas giratorias.

Las palas que avanzan y giran en el flujo de aire NO DEBEN exceder la velocidad del sonido, aproximadamente 1100 pies / seg (fps). Ese límite de velocidad (choque sónico) se compone de la velocidad de las puntas de las palas del rotor más la velocidad del aire, independientemente de las rpm o el diámetro del rotor. De hecho, la velocidad máxima se reduce a aproximadamente 1.000 fps por razones estructurales, como se explica más adelante aquí.

Las cuchillas en retroceso que giran con el flujo de aire NO DEBEN descender por debajo de la velocidad de pérdida de la pala del rotor, aproximadamente aproximadamente 180 + fps. Ese límite de velocidad está formado por la velocidad de las puntas de las palas del rotor menos la velocidad del aire, independientemente de las rpm o el diámetro del rotor. De hecho, la velocidad de parada debe mantenerse en un valor más alto, porque si las puntas están a la velocidad de parada, el resto de la cuchilla está por debajo de la pérdida o incluso el flujo invertido, lo que significa … elevación cero.

Un rotor muy grande que se necesita para un helicóptero muy pesado tiene otra limitación, la parte interior de la hoja que avanza pierde la elevación rápidamente, ya que las RPM deben reducirse para mantenerse por debajo de la velocidad de choque sónico de la punta. Y si la parte interior llega a la velocidad de bloqueo o por debajo, se desarrolla la elevación cero. Al mismo tiempo, la cuchilla en retirada también está perdiendo fuerza. En algún momento no hay suficiente elevación desde ambos lados para permanecer en el aire.

¿Y qué pasa si las puntas del rotor se vuelven supersónicas? Sí, eso también aceleraría las velocidades de la punta de las cuchillas en retirada, lo que permitiría alcanzar una velocidad del aire más rápida.

Pero, a menos que todo el rotor gire lo suficientemente rápido como para garantizar que todo el rotor sea supersónico, desde el mástil hasta las puntas, las ondas de choque transónicas. como cualquier parte llega a 1100fps; rasgará las cuchillas aparte. La cuchilla pasará a ser supersónica durante una parte de su rotación en avance y caerá a subsónica durante el resto de la rotación, cada revolución.

Eso producirá una cantidad ordenada de tensión (y ruido) en el sistema del rotor.

La mayor parte del estrés proviene de la cuchilla que gira por encima y por debajo de la velocidad de choque. Un ala supersónica es un poco diferente de un ala subsónica. Vuela en un ángulo de ataque ligeramente inferior, y su centro de elevación está más atrás. Si baja el AofA cuando las puntas de las cuchillas se vuelven supersónicas, la parte subsónica pierde sustentación y la cuchilla quiere girar desde el cambio en el centro de elevación. Unos pocos milisegundos después, cuando las puntas de las cuchillas se vuelven subsónicas, la torsión retrocede. Eso podría atascar la cuchilla momentáneamente ya que la AoA no es óptima. Esa torsión y el desplazamiento de la carga unas cuantas veces por segundo desgarrarán la hoja en poco tiempo. Cuanto más larga es la hoja, más difícil es controlar el giro. En un ala de avión esbelta, eso se llama flutter que es potencialmente autodestructivo.

Entonces, aerodinámicamente, hay un límite técnico y un límite práctico más bajo para el diámetro de un rotor grande de helicóptero diseñado para levantar cualquier peso específico.

El MI-26 está probablemente al borde de la hemorragia de ese límite.

Answer 7

Teóricamente hablando sí, podríamos. En un avión, aceleramos su ala en el aire para crear sustentación. Es una manera mucho mejor, económica y menos compleja de volar.

Sabemos que es el rotor principal del helicóptero que crea la elevación necesaria para el vuelo. Cuanto más grande sea el helicóptero, más grande tiene que ser su rotor. Para rotar un rotor grande, también se requieren motores más potentes.

Para darle una idea, el helicóptero más grande del mundo, el Mi-26, tiene un diámetro de rotor de 100 pies. Esa es la longitud de un Boeing 737. La masa máxima de despegue de este helicóptero es de alrededor de 120,000 libras. ¡El MTOM del A380 es de 1,300,000 libras!

Mi-26

Desde un punto de vista práctico, tal hazaña es casi imposible.

Gracias por preguntar.

Answer 8

Estoy seguro de que otras respuestas han cubierto esto, pero el mayor problema al escalar virtualmente cualquier aeronave aerodinámica es lo que se conoce como la “relación de cubo cuadrado”.

En esencia, duplicar las dimensiones espaciales de un objeto aumenta el tamaño bidimensional percibido del objeto cuatro veces (en el cuadrado), pero aumenta su masa en 8x (en el cubo). Este es un viaje común entre los estudiantes de introducción a la física; algunos estudiantes dirán que si el objeto es el doble de grande, debería pesar el doble, mientras que otros van tan lejos como para ver que el área del objeto que pueden ver no es el doble sino cuatro veces más grande y la razón por la que el objeto debería Peso cuatro veces más. Sin embargo, la discrepancia se puede resolver con una ilustración simple utilizando cubos:

A la izquierda hay un cubo unitario; Cada dimensión es una unidad de medida arbitraria. A la derecha hay un cubo para el que cada dimensión se ha duplicado. Podemos ver por inspección que hay ocho cubos de unidad que forman el cubo más grande, no dos o cuatro. Todas las demás cosas son iguales, duplicar las dimensiones aumenta el área de superficie en el cuadrado, pero el volumen en el cubo.

Esto significa, en última instancia, que cuando se duplica cada dimensión del fuselaje de un avión, se necesitan alas que generan 8 veces el levantamiento. Uno podría pensar que simplemente duplicaría todas las dimensiones del ala también, pero las alas no funcionan de esa manera; el ala se volvería demasiado gruesa y se atascaría con demasiada facilidad. Se necesita un ala más delgada, y eso significa que el ala debe ser incluso más larga y ancha que el doble, de modo que el ala, por razones prácticas, se escale desproporcionadamente al fuselaje de la aeronave.

Esto tiene importantes ramificaciones para un helicóptero específicamente. En un helicóptero, el ala gira. Cuanto más grande es el ala, más altas son las fuerzas colocadas en las cuchillas (centrípeta, tracción y cizallamiento), mientras que al mismo tiempo, no se obtiene un aumento proporcional en la elevación, porque el interior de la cuchilla se mueve a través del aire a una velocidad más baja y, por lo tanto, produce menos elevación que el exterior (las palas de los helicópteros varían en perfil a lo largo de su longitud para normalizar la elevación y minimizar la flexión, pero existen límites). Además, cuanto más larga sea la vela, más rápido se moverán las puntas de las alas a un RPM dado, y normalmente es una mala noticia que las puntas de las alas de un helicóptero rompan la velocidad del sonido (que reduce la sustentación e introduce fuerzas de torsión a lo largo de la pala que lo desestabilizan), por lo que cuanto más larga es la hoja, más lento es el helicóptero, porque el helicóptero solo puede avanzar a una velocidad igual al número de Mach crítico del perfil de la hoja (por encima del cual se forman ondas de impacto transónicas sobre la parte superior de la hoja y causa la separación de la capa límite que detiene la ala) menos la velocidad actual de la punta de la cuchilla.

Hasta cierto punto, las fuerzas se pueden reducir al disminuir la rotación de la cuchilla (lo que también puede aumentar la velocidad máxima de avance); Las aspas del helicóptero de carga Chinook giran a RPM significativamente más lentas que, por ejemplo, las de un Apache. Sin embargo, al reducir la velocidad de rotación, se reduce aún más la sustentación, por lo que en última instancia hay un límite superior a la cantidad de sustentación que puede generar con un solo ala giratoria en función de la resistencia de los materiales utilizados (y, por lo tanto, el límite superior se reduce finalmente a la física ; tarde o temprano alcanzaremos límites estrictos en la resistencia al peso que no se pueden superar debido a la física simple). Puede usar múltiples rotores, como hace el Chinook, pero cuantos más rotores tenga, más difícil será evitar las colisiones de las cuchillas y, una vez más, no obtendrá un aumento lineal en el empuje porque cualquiera de las cuchillas del rotor está pasando. sobre el fuselaje de la nave están generando significativamente menos empuje neto (debido a que su lavado hacia abajo está empujando hacia abajo en la parte superior del fuselaje, lo que aumenta el peso efectivo). Cuatro rotores se utilizan actualmente en pequeña escala para drones, pero este diseño termina bastante ineficiente en escalas más grandes.

El helicóptero más grande que jamás haya volado fue el prototipo Mil V-12; con las cargas de diseño máximas, podría llevar aproximadamente 4 veces la carga útil máxima del Chinook, y cuando se ajusta para la configuración de pasajeros, tiene aproximadamente la misma capacidad que tiene un 737–800 en la actualidad. Pero, eso es menos de un tercio de las capacidades estándar vistas desde el A380. Claramente, un perfil fijo es la ruta más eficiente para aeronaves muy grandes.

Answer 9

Sí, pero…

Si desea que levante tanto como una nave de ala fija de tamaño similar, tendrá que estirar un poco la definición de “helicóptero”.

Mucha gente ha notado la dificultad fundamental con un sistema de rotor convencional, a saber, que debe ejercer un grado de torsión en el rotor que aumenta desproporcionadamente al tamaño y la elevación de la aeronave. En algún momento, debe dejar de alimentar el rotor como un rotor y comenzar a hacerlo como un ala giratoria. Dicho crudamente, pones empujadores en las alas para empujarlos alrededor en lugar de usar el torque.

Desafortunadamente, esto hace que pierdas muchas de las ventajas de un helicóptero. Gran parte de la maniobrabilidad de un helicóptero está relacionada con el hecho de que puede intercambiar las fuerzas en las diferentes palas del rotor y el resto de la estructura del avión mecánicamente. Incluso si tuviera la misma cantidad de fuerza en el eje del rotor (y no lo haría, después de rediseñarlo radicalmente para adaptarse a un sistema de empuje adecuado), la cantidad de torque que se puede ejercer en relación con la masa y el tamaño del fuselaje es disminuyendo rápidamente. También se debe tener en cuenta que nada de esto hace que el helicóptero sea más fácil de controlar, sino que es mucho menos sensible.

Ah, y también estarías perdiendo la gran ventaja de un avión de ala fija, la velocidad. Conseguir lo suficiente para levantarse del suelo no es una barrera insuperable. Controlar el sistema de ala giratoria para que pueda ajustar la actitud de la aeronave y así hacerla avanzar, de lado a lado, hacia atrás, y eso puede ser manejado por las computadoras. Pero la cosa es ir a CRAWL a través del aire, las alas giratorias tienen que funcionar como alas, no como palas de rotor. En algún momento, un parpadeo de algún tipo comenzará a parecer una apuesta mejor.

Sin embargo, hasta dónde puede llevar un sistema de rotor más convencional es una cuestión de ciencia de los materiales. Eventualmente, podríamos desarrollar materiales que sean lo suficientemente fuertes para hacer que un helicóptero con sistema de rotor convencional tenga el tamaño del avión de ala fija más grande de la actualidad. Pero el avión de ala fija diseñado alrededor de esos materiales se levantará más y se moverá más rápido, cuente con ello.

Answer 10

Desde el punto de vista del diseño y la capacidad de fabricación, ¿por qué no?

▲ Nada en esta imagen de un helicóptero le dice qué tamaño puede tener en el futuro; Parece que no hay limitación.

Se han producido helicópteros grandes cuando alguien está dispuesto a pagar por ellos.

▲ Los grandes helicópteros Skycrane han encontrado un mercado listo.

Para una máquina grande, necesita motores grandes de turboeje y rotores grandes: ambos son factibles hoy. Es la demanda que impulsa el tamaño, no la limitación técnica.

▲ helicópteros de carga pesada Chinook de Boeing; tan grande como un autobús. India está comprando 15 helicópteros Chinook de carga pesada de los Estados Unidos.

Answer 11

Un problema secundario es que no puedes pararte directamente debajo de una grúa Sikorsky Sky completamente cargada (mucho más pequeña que una A-380) cuando despega. La corriente descendente requerida para levantar 45,000 libras de aviones y carga te empujará al suelo y te matará. El lavado de accesorios de algo tan grande como un A-380 sería como un huracán, soplando sobre árboles y soplando los techos de casas y cosas. Tendría que despegar y aterrizar lejos de las áreas pobladas. Algunas personas por aquí se quejan del ruido de las ventanas de V-22 Ospreys entrando y saliendo de la Base de la Fuerza Aérea local. Si un helicóptero tan grande como un A-380 pasara sobre su vecindario a la misma altitud, las ventanas saldrían de su casa.

Solo un pensamiento . . .

Answer 12

Bueno técnicamente hablando, ¡SI! Pero racionalmente hablando no.

La cuestión no es el tamaño del helicóptero sino la utilidad del mismo. Claro que puede ser tan grande como un Airbus A-380, pero necesitarías rotores proporcionalmente grandes y un motor extremadamente potente para que pueda volar.

Answer 13

Probablemente no. Pero si en lugar de pensar en un helicóptero, acepta aviones tipo Osprey V22, quizás se pueda hacer con un tamaño de 737 / C130, utilizando 8 motores (más potentes) y 4 puntales en lugar de dos.

Pero no tendría mucho sentido, ¿de dónde sacaría / aterrizaría un monstruo de este tipo, las aeronaves VTOL y de helicóptero están destinadas a operar desde espacios limitados, lo que requiere una limpieza de 250 metros de radio del tipo de derrotas, no es así?

Luego, piense en el tipo de lavado de accesorios que un monstruo de este tipo (estoy tomando sobre el tamaño medio de C130) causaría en el suelo. Probablemente soplaría coches a pocos metros de distancia.

Al mismo tiempo, una de las ideas de Elon Musk es hacer un avión supersónico, vertical de despegue / aterrizaje, con batería de transporte eléctrico, probablemente de tamaño 737 (tamaño 140-200 pax). Pero es probable que este tipo de aeronave despegue / aterrice en los aeropuertos en lugar de en cualquier lugar, solo en aeropuertos más pequeños en lugar de aeropuertos monstruosos. Razoné que para el mismo efecto de efecto de suelo, el lavado con ventilador, lo que haría que la operación de un monstruo así desde la parte superior de los skycrapers sea un gran no-no para la FAA.

Answer 14

Con una cantidad suficiente de motor (es), CUALQUIER COSA puede hacerse volar. Entonces, en teoría, es posible crear algo que técnicamente sería un helicóptero y tener el tamaño del A380.

¿Será económicamente viable? De ninguna manera. Y ahí es donde termina la historia. Si no puede ganar dinero para su dueño, no será construido.

Answer 15

No me atrevo a decir que cualquier cosa es imposible porque la tecnología y la ciencia tienen una historia de romper tales afirmaciones. Un problema que veo es que a medida que aumenta la longitud de un rotor para elevar una carga más pesada, aumenta la tensión en ese rotor. La base del rotor girará a una velocidad relativamente baja, mientras que la punta del rotor volará supersónicamente. A medida que aumenta la longitud del rotor, la diferencia de velocidad aumentará entre la base y la punta hasta que alcance un punto de ruptura para el material utilizado para hacer el rotor.

Quizás los nanomateriales resolverían esto en el futuro.

Answer 16

Sí.

La carga útil máxima del A380 es de 70 toneladas, Mi-26 20 toneladas. Únete a 4 Mi-26 s juntos y listo.