Quais são os fatores que limitam quanto tempo uma aeronave pode permanecer no ar?

Os fatores e soluções são

• piloto: existem algumas opções
  • torná-lo um veículo aéreo não tripulado (UAV).
  • e / ou para que possa ser interceptado no meio do voo para a equipe e as mudanças de fornecimento.
  • e / ou torná-lo auto-suficiente. Isso exigiria uma aeronave volumosa se fosse possível, certamente não no momento (2014), embora a autossuficiência parcial pudesse ser possível com a tecnologia de hoje.
• combustível: torne-o solar. Aeronave solar pode armazenar energia como altitude e / ou baterias para permanecer no ar durante a noite. A vida de um painel solar é normalmente considerada cerca de 50 anos, quando produzem 50% de sua potência original. Houve alguns exemplos, como os NASA Helios , que podem permanecer no ar 24 horas por dia, 7 dias por semana.
• evitar o mau tempo: tem que ser rápido o suficiente para sair do caminho
• consumíveis: como óleo / graxa, etc.
  • use rolamentos sem contato sempre que possível para reduzir a necessidade. Você não pode substituir todos eles devido às instabilidades inerentes dos rolamentos sem contato. É particularmente problemático com rolamentos em torno de eixos de alta potência / carga, como rolamentos axiais, responsáveis por impedir que o eixo propulsor saia da aeronave.
  • você também pode fornecer sistemas para reabastecer esses consumíveis.
• desgaste de peças em movimento:
  • limita o número de partes móveis. Motores elétricos podem ser construídos com apenas 1 parte móvel
  • forneça sistemas para trazer substituições a bordo e instalá-los com dróides de manutenção (sim como a função para a qual o R2D2 deveria funcionar), ou com a equipe de manutenção que também precisará entrar e sair do avião.
• fadiga do material, como peças que estão desenvolvendo fraturas por fadiga e também materiais que sofrem danos causados pelo clima (por exemplo, degradação de plásticos / tintas devido à luz UV ou à corrosão do metal): este é difícil porque não consigo pensar em nada para substituir componente estrutural crítico, como uma longarina em vôo. Reparos podem ser feitos temporariamente fornecendo-se integridade estrutural alternativa (pense em algo como andaimes, mas fornecendo suporte estrutural em torno da área afetada), enquanto reparos de material in situ são feitos na área com danos.

A manutenção é o maior problema. A Titan Aerospace oferece aeronaves UAV que podem permanecer no ar por 5 anos de cada vez. Basicamente, ele pode permanecer em vôo até que ele quebre como a NASA Helios fez. Essencialmente, o pensamento atual é torná-lo relativamente barato e não-tripulado, enquanto descobrimos a expectativa de vida média dessas coisas para que possamos trazê-las para reparo / descomissionamento.

Teoria

Como observa voretaq7, os pilotos são o primeiro fator limitante aqui. Podemos colocar uma tripulação submarina debaixo d'água por 3 meses de cada vez. Podemos fazer o mesmo em um avião? Talvez algum dia. A Estação Espacial Internacional é um exemplo do que é possível no que diz respeito às rotações da tripulação. É claro que a energia para voar na atmosfera e manutenção externa representaria alguns problemas para uma aeronave.

No que diz respeito à manutenção, os aviões de passageiros vão 500-800 horas entre seus cheques de baixo nível A. No entanto, eles também passam por manutenção de rotina em cada parada. Itens mecânicos ou eletrônicos que falham são substituídos e pequenas verificações são realizadas. Os motores precisam de óleo, os sistemas hidráulicos precisam ser reabastecidos.

Estas são todas as decisões tomadas como parte do processo de design da aeronave. Ao tornar os sistemas mais robustos, adicionando capacidade para consumíveis, como o óleo do motor, esses intervalos podem ser estendidos. Materiais como compostos que são menos suscetíveis à corrosão ou fadiga podem ser usados. Os motores elétricos precisam de muito menos manutenção que os motores a jato ou a pistão, e a eletricidade pode vir de painéis solares.

Realmente, tudo se resume ao design de um avião. Teoricamente, uma resistência "indefinida" é certamente possível. Provavelmente teria que ser não tripulado, mas com um design robusto estrutural e de propulsão, isso poderia acontecer. No entanto, tudo vai falhar ou se desgastar eventualmente, e sem uma equipe ou algum sistema para substituir componentes, esse será o fator limitante.

Exemplos

No que diz respeito a voos comerciais, existe um artigo da Wikipédia que lista os mais longos voos programados por distância, avião tipo e companhia aérea (e também os voos mais curtos, apenas porque). O voo de duração mais longa é o DAL201, de Joanesburgo para Atlanta às 16 horas, 55 minutos em um 777-200LR (atualmente o avião de passageiros com o maior alcance).

Com o reabastecimento aéreo, a resistência aumenta. O B-2 voou em missões de pelo menos 25 horas , com uma tripulação de 2. Desembarque para uma parada de combustível (mas sem desligamento do motor), a missão mais longa é 44 horas . A missão de treinamento mais longa de todos os tempos foi 50 horas . Os pilotos treinam extensivamente para poder voar nessas missões.

O B-52 tem uma missão semelhante e já voou em missões desde que 35 horas . Apesar de ser um avião de assento único, o F-117 fez voos de mais de 18 horas .

Também é notável o Rutan Voyager, primeiro avião a voar sem escalas ao redor do mundo. A tripulação de 2 levou 9 dias para realizar isso.

O avião Solar Impulse está atualmente em desenvolvimento e fez um vôo de 26 horas com 1 piloto.

Havia, de fato, um experimento para manter as aeronaves erguidas semanas a fio, usando reatores nucleares para energia.

Eu ouvi algumas versões, mas acredito que os americanos nunca conseguiram fazê-lo funcionar, mas os russos o fizeram (eu ouvi fontes dizerem que a maioria de suas equipes foi irradiada até a morte no processo), enquanto eu leia outras fontes que nenhuma das partes conseguiu que funcione, então tenho certeza de em quem acreditar. Em qualquer caso, resistência e alcance virtualmente ilimitados.

ps. Não encontro boas fontes, mas acho que a TU Delft estava desenvolvendo um drone para uma missão de 365 dias com uma tarefa de vigilância ambiental.

Fonte 1 / Fonte 2