Ce n'est pas un hasard si les plus gros oiseaux sont incapables de voler. La capacité de voler diminue avec l'augmentation de la taille, il y a donc également une limite supérieure pour les avions. La raison principale est qu'au fur et à mesure que la taille augmente, les masses augmentent avec le cube de la taille, tandis que les structures porteuses comme les sections transversales des longerons d'aile ne grandissent que lorsque le carré de la taille augmente. Cette loi de puissance est la plus simple des lois d'échelle.

Étant donné que les charges sur l'aile d'un avion dépendent non seulement de sa taille, mais aussi de nombreux autres paramètres (angle d'attaque, vitesse, rapport hauteur / largeur…), il n'y a pas de limite claire, et les progrès des matériaux aident à déplacer la limite de taille vers le haut. Si l'on essayait de construire le plus gros avion du monde, l'envergure pourrait facilement être le double de ce que mesurent les plus gros avions d'aujourd'hui, mais l'utilité de cet avion serait très limitée.

Utiliser cet avion pour les voyages de passagers ajouterait plus de restrictions comme le nombre de sorties de secours et la distance maximale jusqu'à la sortie la plus proche, mais cela pourrait être surmonté en utilisant plusieurs fuselages plus petits. Un avion à double coque répartirait également le poids de la charge utile, de sorte que l'aile subirait un moment de flexion de la racine réduit. De ceci ( source):

à ceci ( source) :

augmenterait immédiatement considérablement la limite de taille. Cependant, il faudrait de nouvelles pistes plus larges pour décoller. Et ajouter plus de fuselages à la même aile se heurtera bientôt à des problèmes de flottement.

L'indication suivante pourrait être des designs qui ont été étudiés et jugés réalisables mais qui n'ont finalement pas été construits pour des raisons économiques . Ici, les plus gros sont les véhicules à effet de sol: voler lentement dans un air dense augmente la limite de taille. Le Boeing Pelican avait une envergure de 152 m et Beriev en a proposé un avec une masse au décollage de 2500 t et une envergure de 125,5 m.

J'imagine qu'une envergure de 200 m est encore possible, et quand répartir le poids, même 500 m devraient être réalistes, mais totalement irréalistes. Prenant une leçon de l’histoire, il s’agirait d’un hydravion à plusieurs coques qui vole en effet de sol, semblable aux plus grands détenteurs de records aériens (monocoques) des années 1920.

Oui, il existe une limite supérieure, mais cette limite supérieure pourrait changer avec l'innovation technologique.

Un avion vole à cause du coefficient de portance $ L = \ frac12 \ rho v ^ 2 A C_L $, avec $ v $ la vitesse anémométrique, qui est une combinaison de la vitesse de l'avion et de la vitesse du vent , $ \ rho \ approx 1 \, \ text {kg m} ^ {- 3} $ à un minimum théorique de 5 km de hauteur (rappelez-vous que la plupart des avions atteignent 10 km, mais j'ai pris cela un peu plus extrême pour montrer une limit), $ A $ la zone, et $ C_L $ un coefficient avec une valeur typique inférieure à 2, qui pourrait changer avec l'innovation technologique.

Les seuls facteurs que nous pouvons influencer sont donc $ v $ et $ Un $. Cependant, si on augmente $ A $, la masse $ m $ augmente plus vite que la zone $ A $ car il y a plus de matériel nécessaire pour éviter que la forme plane ne se brise sous les forces énormes. L'augmentation quadratique de $ A $ donne plus qu'un quadratiquement en $ m $, et donc en $ L $ nécessaire.

Si nous augmentons $ v $, nous avons besoin de plus de carburant. La quantité de carburant par unité de distance augmente linéairement en $ v $, car elle augmente quadratiquement par unité de temps en $ v $. Donc $ L $ augmente quadratiquement où $ m $ n'augmente que linéairement. Cela signifie que nous pourrions faire quelque chose en augmentant $ v $. Cela signifie que les avions doivent aller plus vite avant le décollage, ce qui nécessitera des voies de décollage considérablement plus longues.Notez que nous ne pouvons pas continuer à augmenter $ v $ parce que nous ne pouvons pas perdre le contrôle.

En résumé, les choses que nous pouvons améliorer sont $ v $, la vitesse, $ C_L $, avec des innovations technologiques et $ \ rho $ en abaissant la hauteur de vol. Cependant, ce n'est pas pratique.

Théoriquement, illimité (bien plus grand que ce qui est pratiquement nécessaire) ...

TL; DR

Les avions évoluent assez bien et ce serait physiquement possible de construire et d'avion de n'importe quelle taille. Certes, il y a des choses qui entrent en jeu du point de vue de la structure, mais il y a sûrement des moyens de contourner cela. Vous devrez peut-être vous éloigner du traditionnel fuselage simple, à deux ailes et à l'empennage, mais néanmoins.

De nombreux facteurs réalistes se dresseront sur votre chemin avant même que vous ayez besoin de concevoir un tel avion.

1. Vous n'avez pas assez d'argent pour construire un tel avion
2. Boeing n'a pas assez d'argent pour construire un tel avion
3. Juan Trippe n'a aucun intérêt pour un tel avion, il n'y a donc probablement aucune raison de le construire.
4. Il n'y a pas de pistes qui pourraient accueillir un tel avion. Des avions comme l'A380 et le 747 sont déjà limités en termes de longueur de piste / capacité de poids. Vous auriez besoin de modifier les pistes pour gérer tout ce qui est beaucoup plus gros. Cela suppose bien sûr qu'il atterrit de la même manière que la plupart des avions de ligne (c'est-à-dire pas VTOL)
5. Quelle route va-t-il emprunter? Les avions ne sont pas de la taille qu'ils sont parce que nous ne pouvons pas les construire plus gros, ils sont de la taille qu'ils sont parce que les itinéraires leur imposent une telle taille. Avez-vous vraiment besoin de déplacer 1 000 personnes sur un itinéraire donné à la fois? Combien d'itinéraires ont cette densité de voyage?

Regardons ceci de manière hypothétique, Jamiec fait un excellent point qu'un avion qui a une capacité supérieure à 7 milliards serait un peu inutile alors prenons cela comme un maximum. XKCD et si couvrait cela dans une question similaire et estime que côte à côte, tous les habitants de la terre occupent à peu près la taille du Rhode Island. Pour les besoins de l'argumentation, disons que vous auriez besoin de sièges et de toilettes et que faire pour autant de personnes, donc pour installer tout le monde sur terre dans un avion, vous auriez peut-être besoin de deux fois la taille de l'île de Rhode ou un peu plus. Contrairement à cette question, nous pouvons construire une histoire de 4-8 (ou n'importe quelle quantité) d'avion serait plausible. Une personne FAA moyenne pèse environ 81,65 kg (180 lb), vous devrez donc soulever

1 260 000 000 000 lb Ou 630 000 000 tonnes (572 000 000 000 kg ou 572 000 000 de tonnes métriques)

Pour fournir un cadre de référence, l ' A380 a une charge utile structurelle maximale de 330 300 lb (149 822 kg). Gardez à l'esprit qu'il ne s'agit que de charge utile, vous devez également soulever le poids de la cellule, des moteurs et du carburant (si vous voulez réellement aller n'importe où). Donc, fondamentalement, vous auriez besoin d'un avion à plusieurs niveaux proche de la taille du Rhode Island qui avait la plupart de la poussée combinée disponible sur la planète et assez d'alcool pour garder tout le monde calme pendant le vol.

Le problème structurel à certains égards se résume à la charge alaire. Une limite couramment imposée de nos jours est que la plupart des avions sont des monoplans cantilever à aile basse typique, donc nous voyons les choses par rapport à cela. En d'autres termes, le fuselage peut insister sur les points de montage des ailes et les ailes sont généralement longues et basses, mais rien ne nous empêche d'utiliser une conception alternative avec plusieurs ailes ou une conception de corps de levage complet pour réaliser la structure dont nous avons besoin. En tant que telle, l'idée de grandes ailes peut être surmontée et historiquement, c'est ainsi que le problème a été résolu dans l'aviation précoce (tri-avions, etc.) La question du poids (d'un point de vue pratique) est quelque chose dont nous nous préoccupons pour des raisons d'efficacité . Si nous construisons simplement un avion géant, nous pouvons utiliser des jets, des fusées et toutes sortes d'appareils à haute poussée à des fins scientifiques. Vous pourriez piloter un avion en ciment s'il était bien formé et que vous aviez suffisamment de poussée.

Rappelez-vous si Poussée> Glisser et soulever> Poids vous volerez (j'ai appris cela le premier jour à l'école de pilotage). Le faire de manière contrôlée et organisée a pris beaucoup plus de temps à apprendre ....

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Puisque la question a été modifiée pour impliquer le nombre de passagers, il y a autre problème qui surgit.

1. Vous devez charger et décharger l'avion de manière réaliste, ce qui prend du temps. Un avion qui prend trop de temps à charger et à décharger ne sera pas économique à exploiter.
2. Poids ( Les Américains grossissent) (voir ci-dessus)
3. Vous avez besoin d'une raison pour déplacer autant de personnes aussi loin en même temps.
4. En fonction de la durée du vol, vous devez tenir compte de la nourriture, de l'eau et des toilettes pour accueillir tout le monde (les réservoirs à déchets ne sont pas infiniment grands).
5. Y a-t-il suffisamment de monde au même endroit? Les avions déplacent les gens (et souvent des objets) d'un endroit à un autre, mais prenons l'exemple de NYC, qui compte environ 8,5 millions d'habitants, les chances qu'ils se rendent tous au même endroit en même temps sont près de 0%. Vous n'avez donc pas besoin d'un avion de 8,5 millions de passagers, mais vous pouvez commencer un peu plus petit.

Du point de vue des compagnies aériennes (les gens qui achètent en fait) des avions comme le 747 sont déjà assez gros et assez chers. Le 747 a failli faire faillite Boeing à l’époque, mais a connu un bon succès depuis. L'A380 est assez récent mais il sera intéressant de voir en quoi il change la donne.

Un avion ne peut certainement pas être plus grand que la Terre. Je dirais même qu'un avion de 10 milles de long est tout à fait inutile, car il faut avoir un moyen de transport à l'intérieur pour transporter tous les passagers sur leurs sièges. Un aéroport pour garder de tels endroits devrait également être un grand. Par conséquent, les limitations ne viennent pas du poids / de la puissance de levage, mais des utilisations pratiques de ces gros avions.

Une ville volante, comme celles proposées par Georgii Krutikov.

Comme la plupart des problèmes semblent liés au décollage et à l'atterrissage, mieux vaut serait probablement de garder un tel avion géant constamment en l'air, très haut où l'air est plus stable et composé de plusieurs modules qui pourraient décoller de manière autonome et rejoindre ensuite ce plus grand "château volant" - comme une station spatiale. L'amarrage semble délicat mais devrait être possible car le ravitaillement en carburant est possible.

Ce château pourrait être alimenté par l'énergie solaire ou nucléaire, par exemple.

Il est plus difficile de penser à quoi il en serait utile.

Le Convair XC-99, version cargo et passager du bombardier B-36, a été rejeté par les compagnies aériennes, disent-ils, car les aéroports n'étaient pas prêts à accueillir plus de 200 passagers et leurs bagages débarquant en même temps, l'un des principaux les problèmes dans le géant Airbus peuvent être qu'il est proche de la largeur du train d'atterrissage de certaines pistes d'atterrissage, vous rappelez le décollage et l'atterrissage du pont d'un porte-avions lorsque vous regardez un Airbus 380.

Le type de décollage et d'atterrissage de Saab Viggen, conçu pour fonctionner à terme à partir des autoroutes suédoises, n'est pas acceptable pour les vols commerciaux, et le vortex marginal dans les extrémités de l'Airbus 380 est si puissant que l'aéroport doit être fermé pendant quelques minutes après que l'un de ces géants l'ait utilisé, en afin d'éviter l'envoi d'un avion plus petit lors de l'entrée dans la turbulence, limitant ainsi l'avantage de l'avion baleine en passagers par jour dans cet aéroport.

Concernant les machines volantes de grande taille, vous devrez peut-être regarder Sci-Fi et les écrivains d'OVNIS, par exemple, 'Rendez-vous avec Ram a ', ou le cas d'un pilote de vol commercial, si je me souviens bien, allant de Barcelone à Pampelune, en Espagne, qui a regardé un nuage rond stationnaire planant haut au-dessus d'un lac de barrage, qui a attiré son attention, et a déclaré avoir demandé un permis par voie aérienne tour de contrôle du trafic pour tourner à 360 ° autour du nuage. Il a conclu que le nuage n'était pas un nuage, mais un objet métallique d'un kilomètre et demi (désolé, je ne sais pas si c'était un diamètre ou une circonférence), c'est vraiment beaucoup plus grand que le Kalinin K-7, un bombardier lourd construit en 1933, qui s'est écrasé pour une défaillance structurelle ou en raison d'une collision en vol avec un avion plus petit.

Qui sait ce que l'avenir peut être de la taille d'un avion?

En la fin, comme dans le film: «La Rolls-Royce jaune», «Demain ne vient jamais»

_{(source: h-cdn.co)}

Il s'agit de aussi grand que vous pouvez construire un avion conventionnel. Le poids de l'aile nécessite une inclinaison de l'aile vers le bas, qui ne peut pas être soutenue pour les grandes tailles.

En partant de cette contrainte, nous rencontrons d'autres problèmes. Avec un flux d'air parfaitement laminaire, une aile peut être étendue à l'infini. En réalité, cependant, il y aura des irrégularités mineures qui mettront l'aile à rude épreuve.

C'est un YB-49. Plus tard, il s'est cassé en vol à cause de la tension des matériaux lors d'une plongée.

_{(source: check-six.com)}

Le calcul exact serait difficile, à cause de la complexité de la dynamique des fluides. Mais je ne pense pas que vous puissiez construire un avion d'un kilomètre de large sans qu'il se déchire lors du premier vol.

Un hélicoptère ou une fusée est une autre affaire, car il ne nécessite pas d'aile.

Les limites que vous demandez ont été repoussées par les antonov. Tout ce qui est plus grand que cela est certainement possible mais pas très économique et peut ne pas être sûr. Alors que l'économie mondiale est en train de fondre la glace et de quelques plaques solides ici et là, ce serait une expérience très inappropriée à justifier. Plutôt détourner les fonds pour améliorer les avions actuels peut avoir un meilleur résultat par rapport à une augmentation de taille.

Un avion plus grand pourrait exister sous la forme de 2 avions collés lâchement côte à côte avec un joint flexible et des ordinateurs pour gérer soigneusement les moteurs et les commandes pour empêcher toutes les pièces de se séparer ... vous pouvez l'étendre en faisant de l'avion entier un avion flexible aile qui suit la courbe de la terre.

Un avion plus gros pourrait être principalement un dirigeable "plus léger que l'air" qui est un peu plus lourd que l'air et qui utilise le mouvement vers l'avant du "corps de levage" pour obtenir un peu plus de portance nécessaire pour augmenter.

Les «limites» peuvent être surmontées mais le résultat final devient de moins en moins pratique au-delà d'une certaine taille.

"Y a-t-il une taille maximale possible pour un avion?"

En supposant que le contexte de la question est des avions qui volent dans le ciel de la planète Terre, la réponse est "oui". Un avion beaucoup plus gros que la Terre ne pourrait jamais voler dans l'atmosphère terrestre.