Что ограничивает высотные парапланы, кроме двигателя?

Из-за чрезвычайно низкой нагрузки на крыло парапланы с двигателем сваливаются на очень низких показаниях воздушной скорости по сравнению с другими самолетами. Типичный параплан может продолжать полет вплоть до скорости 10-15 узлов.

Это наводит на мысль использовать тканевое крыло для полета на очень больших высотах. На высоте 100 000 футов, например, IAS 10 узлов соответствует TAS 85 узлов, что значительно ниже скорости звука. Предположим, мы берем источник энергии, работающий при низкой плотности воздуха, — скажем, электродвигатель на солнечной энергии или двигатель с бортовым баком с окислителем — и прикрепляем его к параплану. Может ли что-нибудь помешать такому самолету стабильно летать на высоте 100 000 футов? Например, будет ли флаттер проблемой?

Имейте в виду, что скорость сваливания не постоянна, а увеличивается с высотой...
Почему бы не спросить о параплане без двигателя? Кажется глупым указывать, что он должен быть запитан, только чтобы сразу отмахнуться от важности источника питания :)
@Sanchises Потому что я заинтересован в достижении большой высоты, начиная с земли. Если вы хотите летать на параплане без двигателя на высоте 100 000 футов, разве вам не придется запускать его с чего-то вроде высотного воздушного шара?
@tsg Разве увеличение скорости сваливания не связано в основном с эффектами числа Маха? 85 узлов быстро, но не настолько .
Время будет проблемой - могут потребоваться дни, чтобы набрать высоту на таких низких скоростях; кислород, гидратация и тепловая поддержка для пилота добавят веса и сложности любому топливу или двигательной установке. Чрезвычайно сильная молодая немка поднялась на параплане на высоту 33 000 футов в 2007 году, но большую часть времени находилась без сознания. en.m.wikipedia.org/wiki/Ewa_Wi%C5%9Bnierska youtu.be/TEpKNla63Kw
Связано: perlanproject.org (композитные крылья и безмоторный планер - хотя набор высоты с малой высоты), скорость сваливания несколько выше, чуть менее 40 узлов, но все еще дозвуковая на высоте 100 000 футов и 76 тысяч футов уже достигнута. Это может быть хорошим чтением для информации о полете на большой высоте.
@tsg, крыло глохнет на критическом угле атаки. Он не распознает высоту или TAS.
@tsg и указанная скорость сваливания постоянны для данной нагрузки, о чем упоминается в ОП. Увеличивается только истинная скорость сваливания.
Обратите внимание, что ОП конкретно не упоминает пилота-человека.

Ответы (2)

Скорость сваливания увеличивается с высотой. Максимальная высота – это точка, в которой скорость сваливания увеличивается до достижения максимальной воздушной скорости. Чтобы подняться выше, есть варианты; увеличить тягу, увеличить площадь крыла, уменьшить вес или улучшить аэродинамическую эффективность. Эти принципы применимы ко всем самолетам, использующим аэродинамическую подъемную силу.

В случае с парапланом его аэродинамическая эффективность не очень хороша. Таким образом, максимальная воздушная скорость низкая, и скорость сваливания скоро догонит ее по мере набора высоты. Стоит немного пожертвовать весом, чтобы значительно улучшить профиль крыла и закрыть пилота и двигатель — но тогда самолет уже не параплан.

Другой основной проблемой простого параплана являются системы поддержки пилота. Время набора высоты измеряется в часах, в течение которых пилот живет в скафандре; такие вещи носили пилоты Lockheed U-2 во время межконтинентального разведывательного полета. Прохладительные напитки, особенно напитки, будут необходимы. Если вы поместите все вспомогательное оборудование в большой рюкзак, как у астронавта Аполлона, но с более продолжительным выходом в открытый космос, куда вы собираетесь поместить двигатель? Что-то на шаг впереди параплана снова становится необходимостью.

  1. Проблема с двигателем , как вы уже определили, поэтому я не буду ее здесь рассматривать. Но достаточно сказать, что большинство парамоторов работают на двухтактных двигателях и плохо работают в воздухе с низким содержанием кислорода. Вы также должны настроить карбюратор в полете, что часто невозможно. Есть причина, по которой Джило Кардозо так долго разрабатывал новый двигатель для своего полета на Эверест, и почему он выбрал конструкцию роторного двигателя.

    Однако существующие парамоторы, скорее всего, будут ограничены запасом топлива (см. пункт 2 ниже), а не двигателем.

  2. Это зависит от вашего определения, считается ли это вообще связанным с двигателем (это не относится к двигателям внутреннего сгорания), но даже если вы игнорируете более низкую плотность кислорода, запас топлива является проблемой для высотных полетов. Я не знаю, беспокоит ли вас взлет с близкого уровня моря или нет, но даже самые эффективные комбинации крыло/пилот/двигатель требуют приличного количества топлива для набора высоты, и очевидно, что при более низкой плотности воздуха отдача снижается.

    Для пешего запуска существует физический предел массы топлива, которое вы можете нести. То же самое относится и к парамоторным мотодельтапланам, но требование до 70 кг часто является более актуальным.

  3. С топливом связано снабжение пилота другими предметами первой необходимости, в основном кислородом и обогревом . Существует ограниченная масса вспомогательного оборудования пилота, которое можно нести, и, конечно же, существует баланс между скороподъемностью и взлетной массой. Кроме того, существует не так много изолирующей одежды, которую пилот может надеть и при этом запустить парамотор, даже если вы используете максимальную мощность наполнения и электронный нагрев. Полет выше FL200 займет несколько часов.

    Вы также должны помнить о чрезмерном потоотделении на более теплых высотах, а затем о замерзании пота, когда вы находитесь выше и на холодном ветру.

  4. Аэродинамика . Как объясняет @Guy Inchbald, скорость сваливания увеличивается с высотой. Опять же, здесь есть баланс между скоростью полета и весом.

  5. Во многих юрисдикциях выше определенной высоты вы находитесь в воздушном пространстве класса А. Хотя получить разрешение не невозможно, проблемы с воздушным пространством являются ограничением, влияющим на попытки установления рекорда. В США все, что выше 18 000 футов над уровнем моря до эшелона полета 600, относится к классу A, и все операции должны выполняться по приборам.