Quais aeronaves suportam o máximo de Max Q (pressão aerodinâmica)?

Question

Quais aeronaves suportam o máximo de Max Q (pressão aerodinâmica)?

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Quais são as maiores pressões aerodinâmicas encontradas em qualquer aeronave? E isso limita a velocidade máxima de qualquer aeronave em determinadas altitudes? Em geral, "com que rapidez você pode ir [a uma determinada altitude]?"

Onde a pressão dinâmica $ q $ é: $$ q = \ frac {1} {2} \ rho v ^ 2 $$

$ \ rho $ é a densidade do ar local e $ v $ é a verdadeira velocidade aerodinâmica.

Estou mais preocupado com os caças / bombardeiros de alto desempenho. Aqui estão alguns dados que eu escolhi (Mk-12A e 787 adicionados para referência):

#   | Airframe      | Mach       | Speed     | Altitude    | q (kgf/m^2)
----|---------------|------------|-----------|-------------|------------
1.  | Mk-12A        | Mach  6.15 | 2,100 m/s |       0 ft  | 273,000
2.  | Mk-12A        | Mach 22.6  | 6,900 m/s | 100,000 ft  |  39,300
3.  | X-51A         | Mach  5.1  | 1,500 m/s |  64,000 ft  |  11,100
4.  | HTV-2         | Mach 20.   | 5,812 m/s | 125,000 ft? |  10,700
5.  | F-111         | Mach  1.2  |   410 m/s |       0 ft  |  10,400
6.  | B-1A          | Mach  1.2  |   410 m/s |       0 ft  |  10,400
7.  | B-1B          | Mach  0.9  |   310 m/s |       0 ft  |   6,100
8.  | X-43A         | Mach  9.6  | 3,000 m/s | 109,000 ft  |   4,800
9.  | Skylon        | Mach  5.5  | 1,630 m/s |  85,300 ft  |   4,600
10. | SR-72         | Mach  6    | 1,800 m/s |  90,000 ft? |   4,400
11. | Space Shuttle | Mach  1.3? |   400 m/s |  35,000 ft  |   3,200?
12. | XB-70         | Mach  3.0  |   880 m/s |  73,000 ft  |   2,500
13. | SR-71         | Mach  3.2  |   930 m/s |  78,740 ft  |   2,300
14. | Concorde      | Mach  2.0  |   600 m/s |  60,000 ft  |   2,100
15. | Boeing 787    | Mach   .85 |   250 m/s |  35,000 ft  |   1,200

Airframes # 3, # 4 e # 5/6 são bem diferentes um do outro, então estou surpreso que eles compartilham aproximadamente o mesmo max $ Q $. 11.000 kgf / m ^ 2 é um limite comum?

Nota: Todas as figuras são para vôo nivelado, exceto para Mk-12A (reentrada), Space Shuttle (subida) e HTV-2 (glide).

[Mk-12A]: Veículo de reentrada atual para o ICBM Minuteman III, abriga a ogiva W78 (350 kT). Figuras são para reentrada.
[HTV-2]: planador de foguete.
[B-1B]: "[velocidade máxima] é limitada pela necessidade de evitar danos à sua estrutura e entradas de ar", segundo a Wikipedia. O B-1B usou menos titânio estrutural e uma entrada de geometria fixa mais simples quando o requisito de velocidade foi rebaixado do B-1A.
[Skylon]: Obviamente ainda não existe. O "manual do usuário" da Reaction Engines para o Skylon discute o perfil do vôo.
[SR-72]: Obviamente ainda não existe. A Lockheed Martin discutiu o cruzeiro Mach 6. A altitude de cruzeiro de 90.000 pés é apenas o meu valor de espaço reservado.
[Nave Espacial]: Números para subida.

Alguns antecedentes e propósitos: Por diversão, estou tentando projetar um bombardeiro pesado hipersônico de longo alcance. Eu estava curioso para saber o que limitaria a velocidade máxima de baixa / média altitude: arrasto (empuxo do motor disponível), max $ Q $ (resistência estrutural) ou temperatura da pele (sistema de proteção térmica) ... mas chego a isso outra pergunta.

Eu li quase todo o projeto aerodinâmico, militar, de aeronaves, desempenho de aeronaves e de motores a jato, procurando respostas. (Realmente, esta é uma comunidade maravilhosa.) Finalmente percebi que poderia fazer minha própria pergunta.

Eu tentei seguir a etiqueta da melhor forma possível, mas sou muito novo no Stack Exchange, então deixe-me saber se devo mudar alguma coisa :) Obrigado!

military aerodynamics aircraft-design aircraft-performance

por Hephaestus Aetnaean 02.03.2015 / 15:57

2 respostas

Costumava ser um piloto de caça no F-111 e no F-105. Eles têm o maior limite Q que encontrei ou li sobre. (Para nós alta velocidade no deck) Esse limite é de 810 nós / Mach 1.2 abaixo. Ambas as aeronaves poderiam sustentar essa velocidade, eu pessoalmente fiz isso no F105 abaixo do nível do mar no Vale da Morte. Em anexo estão os limites de velocidade no ar da ordem técnica:

Eu não acredito que o B-1B é capaz dessas velocidades, havia todos os tipos de limites adicionais colocados nele. Lutadores modernos não são mais projetados para este regime.

08.04.2018 / 12:14

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Reparo de furos no tubo de cobre Criaturas incorpóreas passando por rachaduras através de paredes mais grossas do que seu espaço

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Primeiro, sua lista de exemplos não faz distinção entre trajetórias estacionárias e instárias. Um veículo de reentrada verá a pressão dinâmica mais alta apenas momentaneamente no final de sua viagem, e o aquecimento aerodinâmico pode ser tolerado pelo resfriamento ablativo ou por um dissipador de calor de tamanho decente. Tudo o que tem que sustentar é a pressão dinâmica na ponta.

As primeiras amostras em sua lista que precisam sustentar continuamente a pressão dinâmica dada são as aeronaves de ataque de baixa altitude B-1B e F-111. Aqui a pressão dinâmica é dada pelo carregamento das asas, aerodinâmica e empuxo cru para manter a aeronave em movimento em sua velocidade máxima. O aquecimento aerodinâmico vem em alta altitude, porque o calor do ponto de estagnação é independente da densidade do ar.

Os motivos para limitar a pressão dinâmica máxima são:

cargas de rajada a baixa altitude. Acertar a mesma corrente ascendente em velocidade mais alta aumentará proporcionalmente o fator de carga.
Deformação aeroelástica: Pressão dinâmica mais alta significa também maiores cargas de torção e de flexão, e a estrutura deformada pode se tornar instável quando a deformação aumenta as cargas que levam a essa deformação. Voar a uma pressão dinâmica mais alta requer uma estrutura mais rígida e pesada.

Se você olhar para o envelope de vôo do SR-71 (abaixo), deve ser óbvio que em cada altitude apenas uma faixa estreita de velocidade estava disponível devido à alta carga das asas (= alta pressão dinâmica mínima) e pressão dinâmica máxima (em baixa altitude) rsp. o aquecimento aerodinâmico (em alta altitude).

Envelope de voo do SR-71 (imagem source )