A aeronave hipersônica pode ser ágil sem as forças G prejudicando o piloto?

Agilidade significa que você pode alterar o vetor de velocidade rapidamente. A maneira como isso é feito na aeronave é aponte o elevador da asa para a direção desejada e depois para aumentar o máximo possível. A força de sustentação ao longo do tempo resulta em uma mudança de energia cinética que acelera a aeronave na nova direção e desacelera a velocidade antiga.

Voar mais rápido significa que a energia cinética sobe com o quadrado do aumento de velocidade. O que poderia girar 90 ° em 4 segundos a Mach 0.7 levaria 200 segundos a Mach 5 quando a mesma aceleração fosse aplicada. Isso deixa claro que a agilidade não sobrevive ao aumento de velocidade.

E se a força for aumentada? Para recuperar a mesma taxa de viragem de 22,5 ° / s, seria necessário um levantamento múltiplo de 50! Isso significa centenas de gs para uma estrutura que é enfraquecida pelo aquecimento por fricção e um aumento maciço no arrasto das ondas. Como o arrasto de onda aumenta com o quadrado do aumento de velocidade, qualquer veículo hipersônico que tente puxar muitos gs não permanecerá hipersônico além dos próximos segundos! Assumindo um L / D de 10, a desaceleração seria da ordem de 250 g se a asa tolerar 50 g de carga de elevação e as coisas forem linearmente aumentadas. Mas isso seria um L / D de 0,2 - em outras palavras, a asa estará perto do ângulo de ataque de 90 ° e a nave se quebrará.

Mesmo os 6 g mais razoáveis de manobras subsônicas significam um aumento de 36 vezes no arrasto de onda em Mach 5, reduzindo L / D para menos de 2.

Conclusão: simplesmente não há maneira de os veículos hipersônicos serem ágeis. O piloto é o menor dos seus problemas.

Bem, 2G's são 2G's, independentemente da velocidade que você está voando. Um giro de nível (coordenado) com 60 graus de banco é de 2 G, independentemente da sua velocidade. O que muda é a sua taxa de conversão e raio de giro; a 20 nós, um avião modelo a 60 graus pode provavelmente completar uma volta de 360 graus em poucos segundos e um raio de talvez 10 jardas. Em um banco de 300 nós e 60 graus, um jato convencional precisará de um ou dois minutos e um raio de giro de provavelmente alguns quilômetros. Em 2000 knots e 60 degrees bank, um SR-71 pode ultrapassar alguns estados fazendo o mesmo 360! Mas são todos os 2G's para cada uma dessas aeronaves.

Agora, se você quiser que o SR-71 ou alguma aeronave altamente supersônica similar tenha a taxa de virada & gire o raio de seu jato Lear de 300 nós, então você terá muito mais G's - o que pode induzir vários outros problemas com sua fera supersônica. E se você quiser que qualquer um deles mantenha a velocidade enquanto gira no raio de seu drone de 20 nós ... bem, vamos apenas dizer que você está falando sobre forças G além do reino de toda experiência humana para fazer isso acontecer!

Existem todos os tipos de discussões sobre como aeronaves hipersônicas podem se tornar mais manobráveis sem fazer coisas que arriscam perder o controle, ignorar os motores, criar quantidades inaceitáveis de arrasto, e assim por diante, mas todas essas discussões ocorra no contexto em que alta velocidade + alta taxa de giro = mais G's, e considerando quaisquer 2 fatores que você escolher (ou seja, quão rápido você quer ir & quanto G-loading você está disposto a sustentar), o terceiro é determinado.

O carregamento máximo de um humano é muito bom em 9 G's, então escolha qualquer combinação dos outros dois fatores que você quer. Ou não seja tripulado - o que, com a tecnologia atual, provavelmente é mais barato.