Los aviones de gran tamaño permiten el transporte de cargas útiles grandes y/o pesadas a largas distancias. Hacer que el diseño de un avión sea más grande también puede mejorar la eficiencia general del combustible y las horas de trabajo 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 importantes problemas de diseño que no se presentan en los tipos más pequeños. Estos incluyen eficiencia estructural, respuesta del control de vuelo y potencia suficiente en una instalación confiable y rentable.
Las aeronaves grandes también requieren instalaciones terrestres especializadas, y algunos países tienen entornos regulatorios especiales para ellas.
Los dirigibles gigantes de la década de 1930 siguen siendo, en 2016, el avión más grande jamás construido, mientras que el Hughes H-4 "Spruce Goose" de 1947 tenía la mayor envergadura de cualquier tipo de ala fija. El dirigible híbrido Hybrid Air Vehicles Airlander 10 es el avión más grande que vuela en la actualidad.
La capacidad de elevación de un avión depende del tamaño del ala y de su "carga", el peso por unidad de superficie que el ala puede soportar. La carga es más o menos constante para un determinado nivel de tecnología. Por lo tanto, a medida que aumenta el tamaño de la aeronave, la capacidad de elevación aumenta con el área de 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 del fuselaje también aumenta con su superficie y el cuadrado de la luz. Pero el volumen interno aumenta con el cubo del tramo.
Por ejemplo, si todas 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 de cabina por pasajero. Alternativamente, para un transporte permite hasta el doble de espacio para acomodar carga voluminosa pero liviana. Por lo tanto, los aviones grandes son más cómodos y operativamente flexibles en su uso que los tipos más pequeños.
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 determinada, las fuerzas en la viga disminuyen con el cuadrado de su canto. Si un ala tiene el doble de envergadura, también duplica su grosor. Esto reduce las fuerzas en el larguero en un factor de 2 x 2 = 4, lo que permite cuadruplicar la carga total. Esto coincide exactamente con la mayor sustentación disponible gracias al área de ala más grande.
Esto significa que las piezas metálicas de un avión grande no tienen por qué ser más gruesas ni más pesadas que las de un avión más pequeño. Sin embargo, debido a que estas piezas deben cubrir cuatro veces el área, hacen que el avión sea cuatro veces más pesado. De nuevo, esto coincide exactamente con el aumento del peso cargado, por lo que no existe un límite estructural en cuanto a qué tan grande (o pequeño) se puede fabricar un avión.
Los aviones grandes todavía plantean un desafío de diseño. Puede 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 normalmente se logra haciendo que los miembros estructurales sean celulares. Por ejemplo, el larguero del ala en un avión pequeño puede ser en realidad una simple viga en I con una sección transversal sólida, pero en un diseño más grande la parte vertical de la viga o "red" se construirá como un entramado abierto de vigas. en una estructura triangulada.
La eficacia de un control de vuelo como un alerón depende principalmente de su área y de su distancia al centro del avión: su brazo de palanca . Si se duplica la envergadura, el área se cuadruplica y el brazo de palanca se duplica, haciendo 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 más 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 que tiene el doble de envergadura, la punta debe viajar el doble 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 equivalente más pequeño.
En tipos 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 sustentación del ala que se inclina hacia abajo y aumentar la velocidad de balanceo a un nivel práctico y seguro.
Problemas similares ocurren con el control de elevación y tono. Sin medidas de diseño adicionales para garantizar una respuesta de control adecuada, cualquier intento de realizar una corrección de último minuto en la trayectoria de vuelo probablemente resulte insuficiente y llegue tarde, lo que hará que un aterrizaje de último momento, un aborto y un sobrevuelo sean difíciles y peligrosos.
La cantidad de motores de un avión 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, más probabilidades habrá de que falle uno o más y mayor será la carga de trabajo para el ingeniero de vuelo. Hoy en día se prefieren en la práctica dos motores, incluso los aviones de fuselaje ancho bastante grandes tienen sólo dos motores. Generalmente se acepta cuatro como límite, tanto por razones de seguridad como de costo.
Salvo algunos tipos militares, ningún avión práctico de gran tamaño ha tenido nunca más de cuatro motores. A medida que los aviones crecen, se hace necesario diseñar motores más grandes.
La velocidad del aire de las aspas de un 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 accionado por una turbina del mismo eje, por lo que las palas de la turbina también giran más lentamente.
En la práctica, los ahorros operativos inherentes a volar menos aviones hacen que los tipos más grandes sean más económicos en rutas que puedan sostener su tamaño.
Sin embargo, las instalaciones terrestres, como pistas de aterrizaje, instalaciones de manipulación y hangares, deben ampliarse para hacer frente a esta situación, y el gasto de esto debe compensarse con los menores costos operativos. El ancho limitado disponible en algunos aeropuertos restringe la envergadura que se puede lograr en un avión práctico.
En la regulación de la actividad aérea, las autoridades imponen reglas y restricciones adicionales para los tipos que superan un cierto tamaño.
La Administración Federal de Aviación de Estados Unidos define un avión grande como cualquier avión de más de 12.500 libras (5,7 toneladas) de peso máximo certificado de despegue . [1]
La Agencia Europea de Seguridad Aérea (EASA) define un avión grande como "un avión con una masa máxima de despegue de más de 5.700 kilogramos (12.600 libras), un helicóptero multimotor o un dirigible de gas con un volumen de más de 15 000m3." [2]
Los primeros aviones prácticos fueron los globos, utilizados para deportes y observación militar. En 1901 el globo gigante Preusen (Prusia) de 8.400 metros cúbicos (300.000 pies cúbicos) se elevó hasta 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 una estructura rígida 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 despegó brevemente. [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, no sólo se convirtió en el primer avión cuatrimotor sino que, con una envergadura de 29,8 metros (98 pies) y un peso en carga de 4.600 kilogramos (10.100 libras), fue con diferencia el más grande y pesado hasta la fecha. En comparación, el dirigible LZ 18 , que voló el mismo año, tenía 158 metros (518 pies) de largo (la envoltura tenía una capacidad de 270.000 m 3 (9.500.000 pies cúbicos)) y un peso en vacío de 20 toneladas.
El Beardmore Inflexible de 1928 tenía una envergadura de 48,01 m (157 pies 6 pulgadas) y un peso total de 37.000 libras. Sin embargo, no tenía suficiente potencia para un avión tan pesado. Era estructuralmente avanzado para su época, siendo una construcción totalmente metálica de piel estresada. [4] El Dornier Do X era el hidroavión más grande, pesado y potente del mundo cuando voló en 1929, con una envergadura similar de 48 m (157 pies 6 pulgadas) y un peso máximo de despegue de 56.000 kg (123.459 libras).
Durante los años entre las dos guerras mundiales, sólo el avión terrestre soviético Tupolev ANT-20 Maxim Gorki de 1934 era más grande con una envergadura de 63,00 m (206 pies 9 pulgadas), pero con un peso máximo de despegue de 53 toneladas métricas no era tan pesado como el Do. Las 56 toneladas de X.
El dirigible más grande jamás construido fue el Zeppelin LZ 129 "Hindenburg". El Hindenburg voló por primera vez en 1936 y 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, combinada de pasajeros y carga, era de 19.000 kilogramos (42.000 lb). Tras el desastroso final del Hindenburg, no se ha construido ningún dirigible 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 transporte de carga transpacífico capaz de operar desde bases sin una 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 jamás volado hasta que el Stratolaunch a 117 metros (385 pies) voló por primera vez el 13 de abril de 2019. Requirió 8 Pratt & Whitney R-4360 Wasp Motores radiales importantes para llevarlo al aire. Para entonces, el avión terrestre se había hecho cargo de los vuelos 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 "bombardero de la victoria" de 50 toneladas para transportar 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) supera cualquier ventaja. Parte del trabajo en aviones grandes sirvió para crear el Bristol Brabazon de posguerra, un avión de pasajeros de 70 m de envergadura y 130 toneladas que habría dado a sus 100 pasajeros niveles de espacio y comodidad similares a los de un barco. [5]
Con la llegada de la era del jet , 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". Presentaba una segunda cubierta superior corta para proporcionar mayor alojamiento a los pasajeros. Las variantes del 747 siguieron siendo los aviones de pasajeros más grandes que volaron durante más de treinta años, algunas con una cubierta superior "estirada", hasta la llegada de la serie Airbus A380 en 2007 con una cubierta superior de longitud completa. Ambas líneas continúan desarrollándose y se introducen variantes cada vez más grandes. El más grande es actualmente (2014) el A380-800, con capacidad para 853 personas.
Para transportar por vía aérea el transbordador espacial Buran , la Unión Soviética introdujo en 1988 el único Antonov An-225 Mriya ( sueño ). Con un peso máximo de despegue superior a 640 toneladas (1.410.000 lb) y una envergadura de 88,4 metros (290 pies), era el avión operativo más grande del mundo. Desde la conclusión de los vuelos de Buran, el Mriya permaneció en servicio como Avión de transporte pesado hasta su destrucción en la batalla del aeropuerto Antonov durante la invasión rusa de Ucrania en 2022 .
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]
Estas listas muestran la progresión histórica en tamaño para cada clase principal de aeronave: globo, dirigible, avión y helicóptero. Los híbridos se enumeran bajo el componente más grande, ya sea la longitud de la envoltura, la envergadura o el diámetro del rotor. -->
