Los aviones grandes permiten el transporte de cargas útiles grandes y / o pesadas a largas distancias. Hacer un diseño de aeronave más grande también puede mejorar la eficiencia general del combustible y las horas-hombre para transportar una carga determinada, mientras que se dispone de un mayor espacio para transportar cargas livianas o dar a los pasajeros espacio para moverse. Sin embargo, a medida que los aviones aumentan de tamaño, plantean problemas de diseño importantes que no están presentes en los tipos más pequeños. Estos incluyen eficiencia estructural, respuesta de control de vuelo y potencia suficiente en una instalación confiable y rentable.
Los aviones grandes también requieren instalaciones terrestres especializadas, y algunos países tienen entornos regulatorios especiales para ellos.
Los dirigibles gigantes de la década de 1930 siguen siendo, a partir de 2016, el avión más grande jamás construido, mientras que el Hughes H-4 "Spruce Goose" de 1947 tenía la envergadura más grande de cualquier tipo de ala fija. El dirigible híbrido Airlander 10 de Hybrid Air Vehicles es el avión más grande que vuela en la actualidad.
Caracteristicas
Espacio de carga útil
La capacidad de elevación de un avión depende del tamaño del ala y su "carga", el peso por unidad de área que el ala puede soportar. La carga es más o menos constante para un nivel de tecnología dado. Por lo tanto, a medida que aumenta el tamaño de la aeronave, la capacidad de elevación aumenta con la superficie. Para una forma aerodinámica dada, el área a su vez aumenta con el cuadrado de la envergadura del ala. Si se puede mantener la eficiencia estructural, el peso estructural de la estructura del avión también aumenta con su área de superficie y el cuadrado del tramo. Pero el volumen interno aumenta con el cubo del tramo.
Por ejemplo, si las dimensiones se duplican, entonces el área y la capacidad de elevación aumentan 2 × 2 = 4 veces, mientras que el volumen aumenta 2 × 2 × 2 = 8 veces.
Para un avión de pasajeros, esta duplicación de tamaño permite hasta el doble de espacio en la cabina por pasajero. Alternativamente, para un transporte, permite hasta el doble de espacio para caber en una carga voluminosa pero liviana. Por lo tanto, los aviones grandes son más cómodos y operativamente flexibles en uso que los tipos más pequeños.
Estructura
Aunque un ala más grande soporta fuerzas mayores, también es más gruesa. El larguero principal del ala se aproxima a una viga en I , cuya profundidad es igual al grosor del ala. Para soportar una carga total dada, las fuerzas en la viga disminuyen con el cuadrado de su profundidad. Si un ala tiene el doble de envergadura, también se duplica su grosor. Esto reduce las fuerzas en el larguero en un factor de 2 x 2 = 4, lo que permite un aumento de cuatro veces en la carga total. Esto coincide exactamente con el aumento de sustentación disponible desde el área de ala más grande.
Esto significa que las partes metálicas de un avión grande no necesitan ser más gruesas o pesadas que las de un avión más pequeño. Sin embargo, debido a que estas partes deben cubrir cuatro veces el área, hacen que la aeronave sea cuatro veces más pesada. De nuevo, esto coincide exactamente con el aumento del peso cargado, por lo que no hay límite estructural para el tamaño (o pequeño) que se puede hacer un avión.
Los aviones grandes todavía plantean un desafío de diseño. Es posible que los miembros estructurales no sean más gruesos, pero ahora son el doble de largos, por lo que la rigidez se convierte en un problema y el enfoque de diseño debe adaptarse para garantizar una rigidez general adecuada. Esto se logra típicamente haciendo que los miembros estructurales sean celulares. Por ejemplo, el larguero del ala en una aeronave pequeña puede ser de hecho una viga en I simple con una sección transversal sólida, pero en un diseño más grande la parte vertical de la viga o "alma" se construirá como una celosía abierta de armaduras. en una estructura triangulada.
Control de vuelo
La efectividad de un control de vuelo, como un alerón, depende principalmente de su área y su distancia desde el centro de la aeronave, su brazo de palanca . Si se duplica la envergadura, el área se cuadriplica y el brazo de palanca se duplica, lo que hace que el alerón sea 8 veces más efectivo.
Dado que el avión también es cuatro veces más pesado, y con el peso en promedio dos veces más alejado, se requiere 8 veces el esfuerzo para lograr la misma aceleración de la punta del ala.
Estos se equilibran, por lo que en un avión grande, el alerón equivalente acelerará la punta del ala hacia arriba o hacia abajo a la misma velocidad que un avión más pequeño. Pero en un ala con el doble de envergadura, la punta debe viajar el doble de distancia para lograr el mismo cambio en la actitud del avión. Esto lleva más tiempo, por lo que un avión grande maniobra más lentamente que el avión más pequeño equivalente.
En modelos muy grandes como el Airbus A380 , los alerones convencionales por sí solos no son suficientes, y se utilizan spoilers de elevación adicionales para reducir la elevación del ala que se inclina hacia abajo y aumentar la velocidad de balanceo a un nivel práctico y seguro.
Ocurren problemas similares con el control de altura y tono. Sin medidas de diseño adicionales para garantizar una respuesta de control adecuada, es probable que cualquier intento de hacer una corrección de último minuto en la trayectoria de vuelo resulte demasiado poco y demasiado tarde, lo que hace que un aterrizaje de último minuto aborte y vuele alrededor sea difícil y peligroso.
Motores
La cantidad de motores de una aeronave afecta su confiabilidad y seguridad. Cuantos más motores haya, más seguro será si uno de ellos falla. Pero, por otro lado, cuantos más motores haya, mayor será la probabilidad de que falle uno o más y mayor será la carga de trabajo del ingeniero de vuelo. Hoy en día, en la práctica se prefieren dos motores, e incluso los aviones de fuselaje ancho bastante grandes tienen solo dos motores. En general, se acepta cuatro como límite, tanto por razones de seguridad como de costo.
Salvo algunos tipos militares, ningún avión grande práctico ha tenido más de cuatro motores. A medida que los aviones crecen, se hace necesario diseñar motores más grandes.
La velocidad de una paleta de ventilador debe mantenerse por debajo de la velocidad del sonido para evitar ondas de choque ruidosas y dañinas. Esta velocidad máxima de la punta establece un límite en la velocidad de rotación. Para una velocidad de rotación determinada, la punta de un ventilador más grande viajará más rápido. Entonces, para mantener baja la velocidad máxima de un motor grande, el ventilador debe girar más lentamente. El ventilador es impulsado por una turbina del mismo eje, por lo que las palas de la turbina también giran más lentamente.
Operaciones
En la práctica, los ahorros operativos inherentes a volar menos aeronaves hacen que los tipos más grandes sean más económicos en rutas que pueden mantener su tamaño.
Sin embargo, las instalaciones terrestres como pistas de aterrizaje, instalaciones de manipulación y hangares deben ampliarse para poder hacer frente, y el gasto de esto debe compensarse con el menor costo operativo. El ancho limitado disponible en algunos aeropuertos restringe la envergadura de las alas alcanzable en un avión práctico.
Definiciones reglamentarias
En la regulación de la actividad aérea, las autoridades imponen reglas y restricciones adicionales sobre tipos por encima de cierto tamaño.
La Administración Federal de Aviación de Estados Unidos define una aeronave grande como cualquier aeronave de más de 12,500 libras (5,7 toneladas) de peso máximo certificado de despegue . [1]
La Agencia Europea de Seguridad Aérea (EASA) define una gran aeronave como "un avión con una masa máxima de despegue de más de 5.700 kilogramos (12.600 libras) o un helicóptero multimotor". [2]
Historia
Los primeros aviones prácticos fueron los globos, utilizados para el deporte y para la observación militar. En 1901, el globo gigante Preusen (Prusia) de 8.400 metros cúbicos (300.000 pies cúbicos) se elevó a una altura de 9.155 metros (30.036 pies). Los primeros dirigibles eran poco más que globos alargados con un motor colgado debajo. Estas naves tenían un tamaño limitado porque sus cuerpos no eran rígidos y no podían alargarse demasiado. El conde alemán Ferdinand von Zeppelin se dio cuenta de que un marco rígido podía soportar un volumen mucho mayor, y en 1900 el Luftschiff Zeppelin 1 de 11.300 metros cúbicos (400.000 pies cúbicos) de volumen y 128 metros (420 pies) de longitud se lanzó brevemente al aire. [3]
Los primeros aviones de ala fija eran en su mayoría monomotores. Cuando el ruso Igor Sikorsky diseñó y voló su Ilya Muromets en 1913, se convirtió no solo en el primer avión cuatrimotor, sino que, con una envergadura de 29,8 metros (98 pies) y un peso cargado de 4.600 kilogramos (10.100 libras), con mucho el más grande y más pesado hasta la fecha. En comparación, el dirigible LZ 18 , que voló el mismo año, tenía 158 metros (518 pies) de largo (el sobre tenía una capacidad de 270.000 m 3 (9.500.000 pies cúbicos)) y un peso vacío de 20 toneladas.
El Beardmore Inflexible de 1928 tenía una envergadura de 157 pies 6 pulgadas (48,01 m) y un peso total de 37.000 libras. Sin embargo, tenía poca potencia para un avión tan pesado. Fue estructuralmente avanzado para su época, siendo una construcción de piel estresada totalmente metálica. [4] El Dornier Do X era la más grande, y de gran alcance más pesado barco de vuelo en el mundo cuando voló en 1929, que tiene una duración similar de 48 m (157 ft 6 in) y un peso máximo al despegue de 56.000 kg (123.459 lb).
Durante los años entre las dos guerras mundiales, solo el avión terrestre soviético Tupolev ANT-20 Maxim Gorki de 1934 era más grande con 63,00 m (206 pies 9 pulgadas) de envergadura, pero con un peso máximo de despegue de 53 toneladas métricas no era tan pesado como el Do 56 toneladas de X.
El dirigible más grande jamás construido fue el Zeppelin LZ 129 "Hindenburg". Volando por primera vez en 1936, el Hindenburg tenía un volumen de 200.000 metros cúbicos (7.100.000 pies cúbicos) y una longitud de 245 metros (804 pies). Su carga útil máxima, de pasajeros y carga combinados, fue de 19.000 kilogramos (42.000 libras). Tras el desastroso final del Hindenburg, desde entonces no se han construido aeronaves de esta escala.
Para entonces, los aviones más grandes, especialmente los hidroaviones de larga distancia , habían superado en escala a los Ilya Muromets. Luego, durante la Segunda Guerra Mundial, Estados Unidos previó la necesidad de un gran transportista de carga transpacífico capaz de operar desde bases sin pista de aterrizaje preparada. El hidroavión gigante Hughes H-4 Hercules fue construido con madera, lo que le valió el nombre de "Spruce Goose". Cuando finalmente voló brevemente en 1947, su envergadura de 97,82 metros (320 pies 11 pulgadas) lo convirtió en el avión más grande que jamás haya volado, y nunca ha sido igualado. Se requirieron 8 motores radiales Pratt & Whitney R-4360 Wasp Major para ponerlo en el aire. Para entonces, el avión terrestre había asumido el control del vuelo de larga distancia y el H-4, que no había realizado más de un vuelo de una milla a menos de 100 pies del agua, nunca volvió a volar. Hoy se conserva como pieza de museo.
Al comienzo de la Segunda Guerra Mundial, Barnes Wallis propuso un "Victory Bomber" de 50 toneladas para llevar una bomba de 10 toneladas, pero el Ministerio del Aire lo descartó debido a su aplicación limitada. A medida que avanzaba la guerra, los británicos contemplaron diseños de bombarderos muy grandes (de 75 a 100 toneladas con cargas de bombas de 25 toneladas y seis o más motores) pero consideraron el tiempo necesario para ponerlos en uso, la dificultad de equilibrar la carga de bombas, el armamento defensivo y el alcance, y el éxito de los diseños existentes (como el Avro Lancaster) para superar cualquier ventaja. Parte del trabajo en aviones grandes se introdujo en el Bristol Brabazon de posguerra, un avión de pasajeros de 70 m de envergadura y 130 toneladas que habría proporcionado a sus 100 pasajeros niveles de espacio y comodidad similares a los de un barco. [5]
Con la llegada de la era de los reactores , los aviones de pasajeros siguieron aumentando de tamaño. Se introdujeron los tipos de fuselaje ancho y, en 1970, entró en servicio el Boeing 747 "Jumbo jet". Contaba con un segundo piso superior corto para proporcionar un mayor alojamiento para los pasajeros. Las variantes del 747 siguieron siendo los aviones de pasajeros más grandes que volaron durante más de treinta años, algunos con un piso superior "estirado", hasta la llegada de la serie Airbus A380 en 2007 con un piso superior completo. Ambas líneas continúan desarrollándose, con la introducción de variantes cada vez más grandes. El más grande es actualmente (2014) el A380-800, con capacidad para 853 personas.
Para transportar por aire el transbordador espacial Buran , en 1988 la Unión Soviética introdujo el único Antonov An-225 Mriya ( sueño ). Con un peso máximo de despegue superior a 640 toneladas (1.410.000 libras) y una envergadura de 88,4 metros (290 pies), era entonces, y sigue siendo, el avión operativo más grande del mundo. Desde la conclusión de los vuelos de Buran, el Mriya se ha mantenido en servicio como transporte pesado.
El avión más grande de cualquier tipo que vuela en la actualidad (2014) es el dirigible híbrido Hybrid Air Vehicles Airlander 10 , con una capacidad interna de 38.000 metros cúbicos y una longitud de 91 m. [6] [7]
Listas de aviones más grandes
Estas listas muestran la progresión histórica en tamaño para cada tipo de nave: globo, dirigible, avión, helicóptero. Los híbridos se enumeran bajo el componente más grande, ya sea la longitud de la envolvente, la envergadura o el diámetro del rotor.
Globos más grandes
Tipo | País | Fecha | Papel | Estado | Descripción |
---|---|---|---|---|---|
Preusen ("Prusia") | Alemania | 1901 | Experimental | Prototipo | Volumen de 8.400 metros cúbicos (300.000 pies cúbicos). [3] |
Aeronaves más grandes
Tipo | País | Fecha | Papel | Estado | Descripción |
---|---|---|---|---|---|
Zeppelin LZ 1 | Alemania | 1900 | Experimental | Prototipo | Longitud 128 m (420 pies), volumen 11,300 metros cúbicos (400,000 pies cúbicos) [3] |
R38 (designación estadounidense ZR-2 ) | Reino Unido | 1921 | Militar | Longitud: 211,8 m (695 pies) Volumen de 2.724.000 pies cúbicos [8] construido para la Marina de los EE. UU. | |
R100 | Reino Unido | 1929 | Transporte de pasajeros | Experimental | Longitud 216,1 m (709 pies), volumen de 193,970 metros cúbicos (5,156,000 pies cúbicos) [9] |
R101 | Reino Unido | 1930 | Transporte de pasajeros | Experimental | Longitud 236,83 m (777 pies), volumen de 155.992 metros cúbicos (5.508.800 pies cúbicos) Más largo que el R100 cuando se construyó por primera vez pero con un volumen más pequeño: después del alargamiento en 1930 tanto más largo como más grande [9] |
USS Akron | Estados Unidos | 1931 | Portaaviones | Operacional | Longitud 239,27 m (785 pies), volumen de 193,970 metros cúbicos (6,850,000 pies cúbicos). [10] |
LZ 129 Hindenburg | Alemania | 1936 | Transporte de pasajeros | Operacional | Longitud 245 m (804 pies), volumen de 200.000 metros cúbicos (7.100.000 pies cúbicos), carga útil máxima (pasajeros y carga combinados) 19.000 kg (42.000 lb). [3] |
Aviones más grandes
Tipo | País | Fecha | Papel | Estado | Descripción |
---|---|---|---|---|---|
Sikorsky Ilya Muromets | Rusia | 1913 | Bombardero / transporte | Producción | Alcance 29,8 m (98 pies), peso máximo con carga 4.600 kg (10.100 lb). [ cita requerida ] |
Zeppelin-Staaken VGO I | Alemania | 1915 | Bombardeo | Prototipo | Alcance 42,2 m (138 pies 6 pulg), peso máximo con carga 9520 kg (20,944 lb). [11] |
Tarrant Tabor | Bretaña | 1919 | Bombardeo | Prototipo | Alcance 40,02 m (131 pies 3 pulg), peso máximo con carga 20.305 kg (44.672 lb). |
Dornier Do X | Alemania | 1929 | Transporte en barco volador | Operacional (3 construidos) | Peso máximo al despegue 51.900 kg (114.400 lb) envergadura 40,05 m. (131 pies 4 pulg.) Longitud 48 m (157 pies 5 pulg.) [12] |
Tupolev ANT-20 Maxim Gorki | URSS | 1934 | Transporte | Operacional (2 construidos) | Envergadura 63 m (206,7 pies), peso máximo al despegue 53 t. [ cita requerida ] |
Boeing B-29 Superfortress | EE.UU | 1942 | Bombardeo | Producción | Avión más grande. Aviones más pesados. [ cita requerida ] |
Junkers Ju 390 | Alemania | 1943 | transporte / bombardero | Prototipos | Probado con un peso de despegue de 34 toneladas (38 toneladas) [13] Aeronave más pesada. [ cita requerida ] |
Blohm + Voss BV 238 | Alemania | 1944 | Avión más grande. [ cita requerida ] | ||
Convair B-36 Pacificador | EE.UU | 1946 | Avión más grande. [ cita requerida ] | ||
Hughes H-4 Hércules | EE.UU | 1947 | Transporte | Prototipo | Alcance 97,82 m (320 pies 11 pulg). [14] |
Ekranoplan KM | URSS | 1966 | Experimental | Prototipo | Luz de 37,6 m, longitud 92 m, peso máximo de despegue 544 toneladas. |
Antonov An-225 Mriya (Sueño) | URSS | 1988 | Transporte | Operacional | 1 ejemplo. Longitud 84 m (276 pies), máx. peso cargado 600.000 kg (1.320.000 lb). [14] |
Helicóptero más grande
Tipo | País | Fecha | Papel | Estado | Descripción |
---|---|---|---|---|---|
Hughes XH-17 | EE.UU | 1952 | Diámetro del rotor 129 pies [ cita requerida ] | ||
Fairey Rotodyne | Reino Unido | 1957 | Avión de línea | Prototipo | El autogiro compuesto más grande, capacidad para 40 pasajeros. [ cita requerida ] |
Mil V-12 o Mi-12 | URSS | 1968 | 2 rotores de 114 pies, peso máximo al despegue 105 t. [ cita requerida ] |
Ver también
- Lista de aviones grandes
- Lista de megaproyectos de transporte
Referencias
- ^ Schoolcraft, Don, Definiciones de la FAA que comienzan [ sic ] con la letra L. , Oficina de seguridad de la aviación
- ^ Reglamento de la EASA - Enmienda de la regla de implementación 2042/2003 , versión 1, de fecha 31/012012, página 4. [1] (consultado el 20 de mayo de 2014)
- ^ a b c d Ege, L ,; "Globos y aeronaves", Blandford (1973).
- ↑ Air Enthusiast International, marzo de 1974, p.145.
- ^ Proyectos secretos de Buttler 1935-1950 Combatientes y bombarderos Midland Publishing p128
- ^ "Aeronaves - HAV 304" . www.airshipmarket.org . Airshipmarket. Archivado desde el original el 7 de abril de 2014 . Consultado el 27 de febrero de 2014 .
- ^ Westcott, Richard (28 de febrero de 2014), El avión más largo del mundo se presenta en el Reino Unido , BBC News
- ^ "R38 / ZR2" . El Airship Heritage Trust . Consultado el 14 de diciembre de 2012 .
- ↑ a b Robinson, Douglas H. Gigantes en el cielo Foulis (1973), p.342 ISBN 0-85429-145-8
- ^ Robinson, Douglas H. Gigantes en el cielo Foulis (1973), p.343 ISBN 0-85429-145-8
- ^ Gray, Peter; Thetford, Owen (1962). Aviones alemanes de la Primera Guerra Mundial . Londres: Putnam. pag. 588 .
- ^ "El Dornier Do.X" . Vuelo : 233–4. 21 de febrero de 1930.
- ↑ Kössler y Ott, Die großen Dessauer: Junkers Ju 89, 90, 290, 390. Die Geschichte einer Flugzeugfamilie Berlin: Aviatik-Verlag, 1993. ISBN 3-925505-25-3 .
- ^ a b Winchester, J. (Ed.); " The Aviation Factfile: Concept Aircraft ", Grange (2005).