Se a velocidade máxima fosse uma prioridade para caças e bombardeiros militares modernos, aproximadamente quão rápido eles provavelmente seriam?

Question

Se a velocidade máxima fosse uma prioridade para caças e bombardeiros militares modernos, aproximadamente quão rápido eles provavelmente seriam?

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Burt Rutan fala bastante apaixonadamente sobre a falta de inovação no vôo espacial, mas também menciona como o desempenho da velocidade do jato de caça (máximo) parou:

Na verdade, pelo pouco que eu sei sobre os caças de quinta geração, não só a velocidade máxima estagnou, mas é degradante.

Características como o stealth proíbem a geometria de consumo variável e a geometria de asa variável, a velocidade máxima parece nunca ser usada na realidade, é provavelmente cara e cria outros problemas (só temos que olhar para o SR-71 aqui). Além disso, outras características do motor são provavelmente mais desejáveis, como supercruise e boa aceleração na faixa em que isso é crítico e realmente útil.

No entanto, nesta pergunta estou perguntando o que, aproximadamente (mach 4, 5, 6?) seria a velocidade máxima, se a velocidade máxima fosse alocada com um orçamento e prioridade semelhantes a que durante a era da guerra fria?

A razão pela qual eu sinto que esta pergunta pode ser respondida, é que eu imagino que há alguns problemas muito reais, práticos, com aeronaves de alto desempenho que exigem soluções extraordinárias para serem superadas. Uma resposta que identifica onde estas aproximadamente são, portanto, seria um longo caminho para uma resposta satisfatória.

Basicamente, o ponto crucial desta questão é identificar se houve algum avanço aerodinâmico, de motor ou outro relacionado ao desempenho que permitisse que um jato de caça viajasse significativamente mais rápido do que, por exemplo. o F-15 ou o MiG-25, mantendo a mesma funcionalidade dos mesmos tipos de aeronave.

Similarmente, para um bombardeiro, é bem conhecido que o vôo mach 3 sustentado pode ser alcançado olhando-se, por exemplo. o XB-70 ou o SR-71. Mesmo com desenhos dos anos 50. O que é realista hoje?

Só para deixar claro: não estou esperando um número exato aqui, mas se houver algum estudo que tenha analisado isso, seria uma leitura muito interessante. Se não houver estudos, talvez alguém queira aceitar o desafio e oferecer uma resposta abrangente como uma conjetura. Qualquer matemática / física seria ótimo.

Suponho que, a fim de começar a responder a essa questão, deve ser definido o que é um "jato de combate", deve ter um motor de respiração aérea ou também um motor de foguete, semelhante ao X- 15? Como eu estou fazendo a pergunta, eu também tomarei a liberdade de definir isto arbitrariamente aqui: O tipo de motor é irrelevante, pode haver mais de um motor, de tipos diferentes, do mesmo tipo. O que quer que faça sentido no contexto de um caça, ou mesmo de um bombardeiro. Além disso, deve ser uma aeronave tripulada. Se puder alcançar o vôo suborbital e além, como o X-15, ainda é uma aeronave (novamente, arbitrariamente definida).

Uma resposta que separa os motores de ar e de foguete como duas categorias diferentes é boa.

Esta definição de fazer se um caça / bombardeiro é baseado principalmente em querer excluir aeronaves experimentais não tripuladas, mesmo que aeronaves hipersônicas como o X-43 provavelmente sirvam como uma boa referência, eu sinto que elas têm pouca raiz na realidade, sem suporte de vida, sem sistemas de armas e talvez sem nenhum propósito prático além da gravação de dados.

Também pode parecer uma pergunta inútil, mas isso pode ser bastante útil em termos de colmatar a lacuna entre aeronaves e espaçonaves, ou qualquer outra aplicação que se possa pensar - jatos de passageiros suborbitais, etc.

sr-71 airspeed high-altitude aircraft-development

por AlphaCentauri 16.02.2018 / 00:09

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Leia ainda é uma princesa no novo cânon? Existe uma conexão mais profunda entre os filmes “U: 22 de julho” e “22 de julho”?

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Aumentar a velocidade de uma aeronave resulta em ter que fazer concessões. O arrasto aumentará conforme o quadrado da velocidade, o que significa que a duplicação da velocidade levará 4x a potência para alcançar. Esse problema é agravado pelo fato de que é muito difícil projetar um motor (e uma estrutura de aeronave) que tenha um desempenho muito bom em velocidades super sônicas, enquanto ainda tenha bom desempenho em velocidades subsônicas.

Todas as decisões de design sempre acabam em trade-offs. Aumentar a capacidade de manobra geralmente requer fazer coisas que aumentem o arrasto, o que significa que você precisará de mais potência para compensar (o que requer um motor maior, o que reduzirá sua manobrabilidade devido ao aumento de peso).

Todas essas decisões significam que, no final, aumentar a velocidade de um caça inevitavelmente requer a redução de outra coisa, seja a velocidade de virada ou a carga útil da arma, ou o alcance. Enquanto a tecnologia melhor nos deu motores mais potentes, e novos materiais e ligas nos permitem criar aeronaves mais manobráveis, nós realmente vimos as velocidades máximas das aeronaves caírem comparadas às aeronaves de combate anteriores, embora pudéssemos criar uma aeronave tão rapidamente como qualquer coisa do passado, com maior manobrabilidade e carga de arma em comparação.

Essas decisões estão sendo tomadas porque, ao reduzir a velocidade máxima das aeronaves, elas também obtêm melhor manobrabilidade, por isso é uma decisão consciente de levar a maior carga de armas, maior alcance e maior manobrabilidade em vez de uma velocidade máxima mais alta. uma velocidade máxima muito rápida não é tão útil na guerra, comparado a tudo o mais. Reconhecimento (que é para o qual o SR-71 foi projetado) é melhor manipulado por satélites, que não podem ser abatidos na prática, e não exigem voar sobre o espaço aéreo de outro país de uma maneira que possa atrair sua ira. Os bombardeiros preferem carregar uma carga maior, e ser rápidos o suficiente para chegar ao alvo, mas obter o seu significativamente mais rápido ao custo de uma carga útil reduzida não vai lhe custar muito. O mesmo vale para os lutadores, eles precisam voar um pouco mais rápido, mas uma vantagem de velocidade pura sobre um adversário também não é muito útil (comparado a ter apenas um melhor lutador). Portanto, é uma combinação de física e, especificamente, de coisas que os valores militares significam que há pouco valor para aumentar a velocidade.

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Se considerarmos o auge do desenvolvimento de aeronaves convencionais rápidas - o SR71 e o XB70, veremos que Mach 3 é o limite prático para vôo sustentado, dada a metalurgia atual. Acima disso, a temperatura torna-se o fator limitante, como na temperatura de fricção, com o revestimento da aeronave aquecendo até 600-800 graus F na Mach 3. Ela ainda precisa desenvolver um material que possa sustentar temperaturas mais altas, mantendo o peso leve e resistência de titânio (SR71) e aço inoxidável de favo de mel (XB70). Uma falha do sistema de ar condicionado da cabina de pilotagem também significa abrandar consideravelmente, ou uma tripulação de avião bem cozida, muito rapidamente.

O ar lançou X15 velocidades sustentadas em excesso de Mach 6, mas apenas por períodos de tempo muito curtos, alguns minutos ... o combustível foi o fator limitante lá. O X15 não poderia sustentar o Mach 6 por tempo suficiente para que a temperatura excedesse seu design, enquanto o SR71 e o XB70 poderiam suportar Mach 3 por mais de uma hora. Se o X15 tivesse sido capaz de sustentar Mach 6, teria encontrado problemas de calor muito sérios, em vez dos problemas de calor um tanto sérios que ele experimentava em seus traços curtos em alta velocidade.

Assim, com a tecnologia atual, Mach 3 é sobre o limite prático para o vôo sustentado. Além disso, os problemas aumentam exponencialmente. E isso não é nem entrar na despesa ... lembre-se que o SR71 exigiu um ponto de inflamação alto, especial, JP7, mais óleo especial, e muito mais. Foi retirado em grande parte devido à despesa de operação.