Alcance (aeronáutica)

[1]​ Este concepto es diferente del radio de acción, que implica que la aeronave debe volver a su punto de salida en el mismo vuelo.

El alcance máximo es una especificación muy importante para las aeronaves y se calcula con el aparato repleto de combustible y con la carga útil mínima.

Cuanta más carga útil lleve un avión y menos combustible, menor será su alcance.

Algunas aeronaves pueden obtener energía mientras están en el aire a través del medio ambiente (por ejemplo, recogiendo energía solar o a través de las corrientes de aire ascendentes de la elevación mecánica o térmica) o del reabastecimiento en vuelo.

En teoría, estos aviones podrían tener una autonomía infinita.

Vuelo ferry o vacío Un vuelo cuyo propósito es el de devolver un avión a la base; entregar una aeronave de un lugar a otro; mover una aeronave hacia y desde una base de mantenimiento, etc.

Se refiere al transporte de aeronaves sin pasajeros ni carga.

En caso de aviones militares, el alcance en ferry indica la distancia máxima posible sin armamento y con tanques de combustible llenos.

Por lo tanto, la ecuación de la autonomía sólo puede calcularse exactamente para las aeronaves con motor.

las masas inicial y final del avión

La autonomía específica se puede determinar ahora como si el avión estuviera en vuelo casi estacionario.

Se pueden encontrar las sucesivas potencias de los motores:

Ahora se pueden calcular los caudales correspondientes al peso del combustible:

La potencia de empuje, es igual a la velocidad multiplicada por la resistencia, se obtiene a partir de la relación entre sustentación y resistencia:

aquí Wg es el peso (fuerza en newtons, si W es la masa en kilogramos); g es la gravedad estándar (su valor exacto varía, pero tiene un promedio de 9,81 m/s2).

El alcance total , suponiendo un vuelo con relación de sustentación y resistencia constante, viene dado por

{\displaystyle R={\frac {\eta _{j}}{gc_{p}}}{\frac {C_{L}}{C_{D}}}\int _{W_{2}}^{W_{1}}{\frac {dW}{W}}}

Para obtener una expresión analítica para la autonomía, hay que tener en cuenta que la autonomía específica y el caudal de peso del combustible pueden relacionarse con las características del avión y del sistema de propulsión; si éstas son constantes:

Un avión eléctrico sólo con batería tendrá la misma masa en el despegue y en el aterrizaje.

la eficiencia total (normalmente 0,7-0,8 para las baterías, el motor, la caja de cambios y la hélice),

es la densidad del aire, y S la superficie alar, el alcance específico se encuentra igual a:

{\displaystyle {\frac {V}{F}}={\frac {1}{c_{T}}}{\sqrt {{\frac {C_{L}}{C_{D}^{2}}}{\frac {2}{\rho SW}}}}}

Insertando esto en (1) y suponiendo que sólo varía

{\displaystyle R={\frac {1}{c_{T}}}{\sqrt {{\frac {C_{L}}{C_{D}^{2}}}{\frac {2}{g\rho S}}}}\int _{W_{2}}^{W_{1}}{\frac {1}{\sqrt {W}}}dW;}

Cuando se navega a una altura fija, un ángulo de ataque fijo y un consumo específico de combustible constante, la autonomía pasa a ser:

donde se desprecia la compresibilidad sobre las características aerodinámicas del avión al reducirse la velocidad de vuelo durante el mismo.

Para los aviones a reacción que operan en la estratosfera (altitud aproximada entre 11 y 20 km), la velocidad del sonido es aproximadamente constante, por lo que volar con un ángulo de ataque fijo y un número de Mach constante requiere que la aeronave ascienda (a medida que el peso disminuye debido a la quema de combustible), sin cambiar el valor de la velocidad local del sonido.

La ecuación de alcance se reduce a:

{\displaystyle R={\frac {aM}{gc_{T}}}{\frac {C_{L}}{C_{D}}}\int _{W_{2}}^{W_{1}}{\frac {dW}{W}}}

son la capacidad calorífica específica del aire a presión y volumen constantes, respectivamente.

Máxima resistencia y autonomía en función de la velocidad aerodinámica. La condición de máxima resistencia se obtendría en el punto de mínima potencia requerida, ya que esto requeriría el menor flujo de combustible para mantener el avión en vuelo estable y nivelado. La condición de máxima autonomía se obtendría en el punto donde la relación entre la velocidad y la potencia requerida es mayor. La condición de máximo alcance se obtiene en la relación máxima de sustentación/arrastre (L/DMAX)