La respuesta corta es a través de muchos análisis y simulaciones. Hay una serie de problemas que se analizan de forma iterativa para llegar a un diseño final. Un ingeniero aeronáutico experimentado puede calcular en la parte posterior de un sobre si un avión de dimensiones determinadas volará y qué tan rápido, qué tan lejos, etc. Para determinar si el avión tendrá características aceptables de manejo, economía, impacto ambiental, cumplimiento de las normas de seguridad y el rendimiento requiere una enorme cantidad de análisis detallado.
Sin entrar en todos los detalles, el proceso es más o menos esto. Establezca la forma y el peso de la carga útil, el rango requerido y el perfil de la misión. A partir de la información de carga útil, establece la configuración del fuselaje. El rango y el perfil de la misión te dicen cuánto combustible necesitas. También le dicen aproximadamente qué aerodinámica se requiere la forma del plano del ala. El requisito de combustible más el requisito de carga útil más una asignación para el peso estructural le da el peso total de la aeronave. A partir del peso y una estimación inicial de la aerodinámica, se obtienen los requisitos de empuje. Luego, un configurador dibuja el avión, lo que lleva a refinamientos de todas las estimaciones iniciales. En algún momento, la estabilidad y el control observan el diseño y determinan si es controlable. Las estructuras establecen qué material tiene que ir para construir el diseño. En cada etapa, el diseño se actualiza y gradualmente el sistema converge en un diseño que es internamente consistente y satisface todos los innumerables requisitos que se le imponen. Hoy estoy seguro de que hay programas de diseño automático que para un conjunto dado de requisitos de diseño básicos pueden llegar automáticamente a un diseño inicial bastante bueno casi instantáneamente, suponiendo que esté diseñando un avión razonablemente similar a los diseños anteriores.
La historia clásica de Boeing es sobre el diseño del B-47 que supuestamente fue diseñado durante un fin de semana por cinco de los mejores ingenieros de Boeing en una habitación de hotel en Dayton usando reglas de deslizamiento y lápices y algo de balsa para construir un modelo. El avión final se parecía mucho al modelo, pero tardó muchos años en diseñarse en detalle y construirse. Sin embargo, la gente de la habitación del hotel sabía que volaría según el trabajo de los primeros fines de semana. Todo lo demás era refinamiento y solución de errores.
Otra forma de responder a su pregunta es que, dada la forma y velocidad del ala, puede calcular la sustentación. Si la elevación excede el peso de despegue, se puede hacer que el avión vuele. Qué tan bien y qué tan económicamente es la gran pregunta.
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