Voyons quelles sont les économies réalisées:

Un avion de ligne de taille moyenne transporte peut-être 20% de sa masse en carburant. Ce carburant a une densité énergétique de 43 MJ par kg. De cette énergie chimique, au plus 40% sont convertis en travail utilisable. Heck, faisons 25% pour que nous soyons vraiment conservateurs. Ainsi, l'énergie pour tout le trajet est $$ E _ {\ text {trip}} = 0,2 \ cdot 0,25 \ cdot 43 000 000 \, \ frac {\ mathrm {J}} {\ mathrm {kg}} \ cdot \ text { mass} = 2 150 000 \, \ frac {\ mathrm {J}} {\ mathrm {kg}} \ cdot \ text {mass} $$

Supposons maintenant que cet avion de ligne économise l'énergie nécessaire pour accélérer à partir de 0 à 150 nœuds en utilisant une catapulte. Cette énergie est $$ E _ {\ text {accel}} = \ frac {v _ {\ text {takeoff}} ^ 2 - v_0 ^ 2} {2} \ cdot \ text {mass} = 2 977,35 \, \ frac {\ mathrm {m} ^ 2} {\ mathrm {s} ^ 2} \ cdot \ text {mass} $$

Depuis que j'ai choisi des unités métriques, la conversion est facile: $ 1 \, \ mathrm {J} = 1 \, \ mathrm {Ws} = 1 \, \ frac {\ mathrm {kg} \ cdot \ mathrm {m} ^ 2} {\ mathrm {s} ^ 2} $. J'utilise $ \ text {mass} $ pour la masse au décollage donc vous ne pensez pas que c'est le mètre unitaire. Maintenant, mettons cela en proportion: $$ \ frac {E _ {\ text {accel}}} {E _ {\ text {trip}}} = 0,001385 $$

L'utilisation de la catapulte permet d'économiser 0,1385% des l'énergie nécessaire pour effectuer un voyage typique en avion de ligne, en supposant les mêmes rendements pendant l'accélération que pendant le vol. Si l'on tient compte du fait que les moteurs à réaction sont les plus efficaces en croisière, doublons le besoin de carburant pour l'accélération et le rendons à 0,277%. Certes, c'est plus pour les vols à courte distance, mais toujours insignifiant pour ce qui est nécessaire pour déplacer l'avion de 10 km dans le ciel, puis sur quelques centaines de miles dans les airs à Mach 0,8. En termes de masse de carburant, ces 0,277% sont prélevés sur 20% de la masse au décollage. Donc, le carburant nécessaire pour accélérer à v $ _0 $ est de 0,000554 fois la masse au décollage.

Pour rendre possible un lancement par catapulte, vous devez ajouter de la force au train avant et au fuselage avant. La fraction typique du train d'atterrissage de la masse au décollage est d'environ 3%, et le train avant est de 10% à 15% de celle-ci, donc $ m _ {\ text {nosegear}} = 0,00375 \ cdot \ text {masse} $. Par rapport à la masse du train avant, l’économie de carburant résultant de l’utilisation d’une catapulte est de $ \ frac {0,000554} {0,00375} = 0,0148 $ ou 15% de la masse du train avant. Ainsi, les renforts doivent ajouter moins de 15% à la masse du train avant.

Si l'on suppose une accélération de ½ g = 4,903 m / s², la course au décollage accélère à 150 kts est de 607 m. Je pense que même cette accélération modérée (qui nécessite une force de traction égale à la moitié de la portance au décollage) se traduirait par des augmentations de masse beaucoup plus élevées que ces 15% de la masse du train avant.

D'un point de vue technique, il serait possible de concevoir une sorte de mécanisme de lancement au décollage assisté au sol pour les avions de ligne, même si les avantages que vous décrivez seraient largement compensés par de nouveaux inconvénients, comme indiqué dans d'autres réponses. .

Il y a cependant un nouveau point qui, à mon avis, mérite d'être souligné. La course au décollage plus courte que cela signifierait n'est pas en soi un avantage, mais un inconvénient.

Le temps passé à prendre de la vitesse sur la piste avec les moteurs à pleine puissance est de valeur. C'est une chance de s'assurer qu'eux-mêmes, ainsi que le reste des systèmes de l'avion, fonctionnent correctement. S'il y a une panne telle qu'une perte de puissance ou une chute soudaine de la pression hydraulique, la course au décollage est un bon endroit pour que cela se produise, car elle donne à l'équipage l'occasion de l'interrompre en toute sécurité.

Cette opportunité serait perdue lors d'un décollage assisté.

Il vous manque tous la réponse la plus évidente: vous pourriez, mais à part quelques jeunes accros à l'adrénaline, personne d'autre ne voudrait le piloter.

Le seul véritable objectif d'un décollage assisté par catapulte est de fournir aux avions une accélération rapide vers Vr et au-delà au large d'un court aérodrome. Comme pratiquement tous les aéroports utilisés pour les opérations commerciales majeures ont des pistes d'au moins 1 mile de longueur ou plus, il n'y a pas de crise d'infrastructure qui en dicterait la nécessité.

Si vous aviez un aérodrome qui était si petit qu'il a fallu un lancement CATO pour faire décoller les jets, vous devez également les atterrir dans un petit espace. Cela nécessiterait également que le terrain soit équipé d'un équipement d'arrêt.

Comme indiqué ci-dessus, aucun avion de ligne existant n'est conçu pour lancer et récupérer à l'aide de ces systèmes, donc, même avec l'investissement dans une infrastructure CATOBAR pour un aérodrome, aucun transporteur aérien à but lucratif ne pouvait l'utiliser. Et il n'offre pratiquement aucune économie de carburant pour les compagnies aériennes.

Et n'oublions pas les facteurs humains ici: si nous prenons les opérations CATOBAR des porte-avions militaires comme un critère de performance, un tir de chat impose un 2-2,5 G charge d'accélération sur l'aéronef pendant la course de lancement et décélération de 2-2,5 G pendant un atterrissage interrompu. Même si je suis sûr qu'un accro à l'adrénaline dans la vingtaine sera ravi, ce sera une expérience désagréable pour la plupart des gens et assez dangereuse pour les personnes âgées, les infirmes, les femmes enceintes, etc.

Gardez à l'esprit que contrairement aux avions militaires, les avions civils sont conçus pour le confort et l'économie.

Réinstaller n'importe quel type d'avion de ligne typique pour une utilisation en catapulte signifierait renforcer le châssis et la structure de l'avion (donc, éventuellement augmenter poids); ailes et supports de moteur renforcés ou autrement renforcés, modifications possibles des roues et du train d'atterrissage - tout cela ajoute du poids, ce qui signifie un coût car plus de carburant serait nécessaire (ou moins de passagers pourraient être transportés), réduisant ainsi les économies possibles.

N'oublions pas la modification des pistes (coûts supplémentaires) et les retards inévitables des fermetures de piste, et les retards supplémentaires car le mécanisme de catapulte doit être "réinitialisé" après chaque décollage.

Sans oublier que les passagers n'aiment pas vraiment le fait qu'ils soient secoués pendant de légères turbulences - imaginez à quel point vous serez populaire si vous allez les tirer comme une fronde.

Nous ne pouvons pas y arriver car il n'y a aucun avion commercial conçu avec des catapultes à l'esprit.

Votre hypothèse selon laquelle cela entraînerait des économies de coûts est erronée, à plusieurs niveaux. Le principal serait que:

Le roulis au décollage (la partie où les catapultes peuvent agir) ne dure que quelques secondes.

De plus:

1. Vous avez besoin de toute la puissance pour monter, donc vous ne pouvez pas descendre sur les gaz
2. Vous ne pouvez pas accélérer beaucoup plus vite en raison du stress de la cellule et des passagers

La catapulte vous aiderait à accélérer de 0 à V1, mais ils ne peuvent rien faire pour vous aider à monter au niveau de croisière.

L'ajout d'un nouveau système serait très coûteux, peu pratique et ne vous ferait gagner que quelques secondes d'accélération.

Pour moi, l'essentiel se résume à cela.

Il faut x énergie pour passer de 0 à la vitesse de montée. Si cette énergie provient «du sol» via une catapulte ou des moteurs, il n'y a pas de réelles économies. Vous devez encore dépenser de l'énergie. Les seules économies peuvent être le coût du carburant pour produire cette énergie. Cependant, même si les économies de carburant sont extrêmes, l'énergie totale dépensée pour atteindre une altitude de croisière est mineure par rapport à l'énergie dépensée pour maintenir un avion là-haut. Le coût d'entretien de la catapulte serait probablement supérieur au coût du carburant «supplémentaire» nécessaire pour que les moteurs produisent l'énergie de montée.

Rappelez-vous que les catapultes sur les porte-avions ne sont pas utilisées parce que les économies de coûts sont utilisées parce qu'il n'y a pas d'autre moyen de mettre un avion à la vitesse sur cette courte piste. À mesure que VTOL devient plus populaire, les catapultes sont de moins en moins utilisées.

De nombreuses marines se sont entièrement tournées vers les systèmes STOBAR ou STOVL. Les tendances actuelles semblent être "trouvez-moi quelque chose en plus d'une catapulte pour mettre cette chose en l'air", même si cela se fait au détriment de la flexibilité.

Donc, pour réduire vos points:

• Moins de piste: Non, il faut encore atterrir, et même si c'était vrai, très peu d'endroits sont si serrés que les pistes ne peuvent pas être prolongées. Cela peut coûter cher, mais bon sang, le Japon (je pense) a construit une toute nouvelle île pour accueillir son aéroport.

• Économies de carburant: peut-être. Si vous utilisez une catapulte à vapeur et fabriquez de la vapeur avec du charbon, et que la différence de coût par unité de travail entre le charbon et le carburéacteur est suffisante, alors oui, il pourrait y avoir des économies de carburant. Cependant, cela serait presque certainement compensé par les coûts de maintenance.

• Demi-tour plus rapide: non! Il faut du temps pour charger cette catapulte. Ce n'est pas instantané. Vous ne pouvez pas simplement lancer un deuxième avion dès que le premier dégage la piste. La catapulte doit être ajustée, chargée, puis tirée. Dans les opérations militaires, vous ne pouvez lancer qu'un nombre X d'engins. Il est donc possible qu'une catapulte militaire soit chargée pour tout le lancement. Un aéroport, cependant, est continu. Il y aura donc du temps où la charge sera nécessaire. Il existe des moyens de contourner ce problème, comme le «chargement latéral» à partir de deux sources, de sorte que lorsque l'une est épuisée, l'autre se charge. Mais cela augmenterait encore plus les coûts et la complexité.

S'il y avait vraiment un avantage net économique ou de sécurité, ils seraient déjà utilisés. Les catapultes existent depuis assez longtemps pour être une technologie éprouvée là où elles sont utilisées.

Sachez que certaines compagnies aériennes ont modifié leurs schémas de peinture car cela réduirait suffisamment de poids de l'avion pour économiser une quantité significative de carburant, ou ajouter un supplément Capacité de charge utile. S'ils avaient examiné et mis en œuvre des choses comme ça, je suis sûr que les catapultes n'auraient pas été négligées pendant si longtemps.

Oui, il y aurait des économies de carburant, provenant de plusieurs sources:

• Gain d'efficacité grâce au lanceur au sol.
• Gain de poids grâce à une plus petite taille de moteur.

Gain d'efficacité. Selon ce site, un B747 utilise 5 700 livres pour le décollage, sur un maximum de 422 000 livres. carburant. Cela représente 1,35% de carburant pour un avion de ligne à longue distance, le pourcentage pour un avion de ligne à plus courte distance serait plus élevé. La catapulte ou le câble de remorquage électrique devrait maintenant fournir l'énergie de décollage - si elle est alimentée par l'électricité, l'efficacité est beaucoup plus élevée. Un facteur supérieur à 2 est obtenu en n'accélérant pas l'air mais l'avion lui-même, et la puissance du cycle combiné est beaucoup plus efficace qu'une seule turbine à gaz. De wikipedia:

En combinant ces multiples flux de travail sur un seul arbre mécanique faisant tourner un générateur électrique, le rendement net global du système peut être augmenté de 50– 60%. C'est-à-dire d'une efficacité globale de par exemple 34% (en un seul cycle) à éventuellement une efficacité globale de 62,22% (dans une combinaison mécanique de deux cycles) en efficacité thermodynamique nette de Carnot. Cela peut être fait parce que les moteurs thermiques ne peuvent utiliser qu'une partie de l'énergie que leur carburant génère (généralement moins de 50%). Dans un moteur thermique ordinaire (à cycle non combiné), la chaleur restante (par exemple, les gaz d'échappement chauds) de la combustion est généralement gaspillée.

Ainsi, dans un avion, l ' air est accéléré par un processus thermodynamique avec une efficacité de 35%. Lorsqu'il est lancé par une catapulte, l'avion est accéléré à partir d'un processus thermodynamique avec plus de 60% d'efficacité. Le gain d'efficacité total est le facteur 2 indiqué ci-dessus, multiplié par 60/35 = 3,4 fois plus élevé. Menant à 5700 / 3,4 = 1700 livres nécessaires pour le décollage de la catapulte. Une économie potentielle de 4000 lb à chaque décollage d'un B747. Bien sûr, une grande partie de cela est annulée en faisant tourner les moteurs à des régimes qui permettent une montée juste après le décollage, mais même une économie de 1000 livres / avion lourd fournirait une économie annuelle incroyable dans un aéroport très fréquenté comme O '. Lièvre.

Économies de poids . Airbus plaide pour cela (désormais derrière un mur d'autorisation). La poussée maximale n'est utilisée qu'au décollage, un décollage assisté signifierait des moteurs plus légers avec une consommation de carburant moindre. Extrait de l'article:

Écoutez le son changeant des moteurs pendant le vol et c'est évident: un avion puise plus dans ses réserves de puissance au décollage qu'à tout autre moment. La puissance nécessaire au décollage est déterminée en fonction d'un certain nombre de facteurs - dont la longueur de la piste, la vitesse du vent, la température et le poids de l'avion lui-même.

Cependant, cette puissance de décollage n'est requise que pour une très brève portion du vol total. Une fois en croisière dans le ciel au-dessus de sa tête, un avion n’a pas besoin d’autant plus pour maintenir son altitude. Alors pourquoi ne pas se procurer l'énergie nécessaire au décollage à partir d'une innovation installée au sol? La charge (et le poids) peuvent-ils être retirés de l'avion lui-même?

Un décollage assisté - en utilisant une certaine forme d'accélération propulsée - cela signifierait que les avions pourraient être plus légers, avec des moteurs plus petits consommant moins de carburant.

Il y aurait donc une économie de carburant, en plus du carburant économisé pour le décollage.

Jusqu'à présent, toutes les réponses semblent s'être concentrées sur un lancement court, une catapulte plate, un peu comme vous le verriez sur le pont d'un porte-avions. Cela a des défauts énumérés par de nombreuses réponses, mais que se passerait-il s'il s'agissait d'une rampe? Il peut s'agir d'une surface plane standard légèrement surélevée ou d'une rampe incurvée qui change d'angle de façon exponentielle. Cela nous donne jusqu'à un mile d'horizontale que nous pourrions utiliser pour notre course de catapulte.

Avantages:

• Peut accélérer plus lentement mais sur une période plus longue, permettant ainsi une course plus douce pendant à la fois l'avion et les passagers.
• Selon qu'il s'agit d'une rampe plate ou courbe, peut se lancer jusqu'à quelques centaines de pieds dans le ciel avec une AOA décente.
• La vitesse de lancement peut être proche de la vitesse maximale de l'avion plutôt que juste au-dessus de ce qui est nécessaire pour le faire monter dans les airs, ce qui permet d'économiser du carburant car il est plus facile de maintenir une vitesse que d'accélérer jusqu'à une.
• Les atterrissages ne peuvent se faire que dans une direction, mais avec une gravité à aide à la rupture, permet une plus grande décélération et, espérons-le, diminue le temps entre la piste et le terminal.
• Moins susceptible de couper la queue lorsque vous atterrissez car l'angle de la rampe rendra la queue proportionnellement plus élevée.

Inconvénients:

• Votre avion peut tomber / être projeté du côté de la rampe lors de l'atterrissage / décollage.
• Un avion converti sans catapulte pourrait ne pas être en mesure de décoller de votre aérodrome une fois qu'ils ont atterri (dépend de la rampe et du type d'avion ainsi que des vents dominants).
• Mentionné plus tôt, mais les atterrissages finissent pratiquement par être un air, donc si le vent est contre vous, vous devrez rediriger.

Atténuation:

• Construisez la rampe à proximité de la piste existante, mais pas au-dessus. Comme l'extrémité de la rampe est assez haute, d'autres structures telles que des hangars pourraient y être incorporées. Cela permettrait d'économiser de l'espace et de permettre des décollages et des atterrissages d'aéronefs réguliers / non assistés sur la piste régulière, mais pourrait avoir de graves répercussions si un aéronef tombe sur le côté.
• Compte tenu de la longueur que nous avons pour la rampe, nous pourrions utiliser une sorte de tracteur à grande vitesse ou de refoulement au lieu d'une catapulte dédiée qui réduirait les temps de rechargement / étalonnage - le même véhicule remorque l'avion jusqu'à la piste puis roule très rapidement avec lui (ok, un certain handwaving se passe ici mais plusieurs "unités de catapulte" itinérantes sont une idée qui n'a besoin que d'une solution).