Spotřeba paliva v letadle: 7 odpovědí, které byste měli vědět

Spotřeba paliva v letadle

Obecně platí, že palivo je materiál, který se spaluje za účelem výroby energie nebo tepla. Palivo je termín používaný v letectví k označení petroleje, který se používá k pohonu leteckých motorů. Množství paliva spáleného během letu se označuje jako spotřeba paliva v letadle, ačkoli rezervní procesy nejsou zahrnuty ve spotřebě paliva pro tento projekt. Hmotnostní rozdíl mezi vzletovou a přistávací hmotností letadla se rovná hmotnosti paliva letadla.

Pojďme se nejprve krátce seznámit s palivem pro letadla.

Palivo pro letadla | Letecké palivo

Existuje několik různých typů leteckých pohonných hmot, které se používají. Jet A a Jet A-1 jsou paliva na bázi petroleje, která jsou bezbarvá a snadno hořlavá a používají se v letadlech s turbínovými motory. Další formou paliva je letecký benzín (AVGAS), který se používá pouze v malých rovinách pístových motorů. Velká letadla využívají paliva na bázi petroleje, protože petrolej má vyšší bod vzplanutí než benzín. Benzín je neúčinný a neposkytuje stejné množství elektřiny jako petrolej. Průměrná národní cena paliva Jet-A je od května 4.42 2021 $ za galon, i když ceny často kolísají v závislosti na různých faktorech.

Tento článek se zaměřuje na výpočet spotřeby paliva letadel k odhalení nejlépe skrytého tajemství dnešního komerčního letectví. Spotřeba paliva letadla na cestujícího a 100 nalétaných kilometrů rychle klesá s rostoucím doletem, dokud nedosáhne téměř konstantní úrovně kolem průměrného rozsahu. Když je požadována redukce nákladu, spotřeba paliva dramaticky stoupá ve větších vzdálenostech.

Specifická spotřeba paliva letadla

Spotřeba paliva je uvedena v grafu výkonu motoru jako průtok paliva / hod a spotřeba paliva je uvedena jako specifická spotřeba paliva v technickém procesu (SFC). Jeho definice je následující:

SFC = Průtok paliva v Newtonech za hodinu/BHP v KW

Výkon pístového nebo turbovrtulového motoru lze získat jako výkon v poloze hřídele motoru. Když se používá systém FPS, označuje se jako BHP a měří se v HP, pro měření SI jednotky se používá kW. Tah produkovaný turbodmychadlem nebo proudovým motorem se naproti tomu měří v librách. v systému FPS a Newton v jednotkách SI.

Specifická spotřeba paliva proudového motoru je definována takto:

SFC = průtok paliva v Newtonech za hodinu/tah v Newtonech

Připomeňme si, co je to tah, a pochopme, jakou roli hraje v efektivitě spotřeby paliva letadel.

Síla, která pohání letoun vzduchem, se označuje jako tah, je síla, která umožňuje letadlu létat překonáním odporu. Vzhledem k tomu, že tah se rovná odporu při výletním letu, letadlo nezrychluje. Tah je generován zrychlením plynných hmot ve vzduchem dýchajících motorech. Podle Newtonova 3^rdzákon, síla je generována v opačném směru směrů zrychlení. Ve spalovací komoře se spaluje palivo a do plynu se přidává teplo. Plyn expanduje a zrychluje, jak opouští záda motoru, a poháněl letadlo dopředu.

Jak vypočítat spotřebu paliva v letadle?

Specifická spotřeba paliva vrtulového letadla

Vrtule transformuje výkon motoru na tah. To může mít 2-4 lopatky, v závislosti na výkonu motoru a provozních podmínkách. V případě potřeby se pro některé aplikace použila také speciální vrtule s lopatkou 5/6.

Specifická spotřeba paliva proudového motoru je známá jako BSFC a je označována následovně, aby se odlišila konkrétní spotřeba paliva pístového nebo turbovrtulového motoru od spotřeby proudového motoru.

BSFC = průtok paliva v Newtonech za hodinu/BHP v kW; s jednotkou N/kW-h.

BSFC se často vyjadřuje v metrických termínech jako mg / Ws.

Spotřeba paliva specifická pro brzdy (BSFC) | Specifická spotřeba paliva (PSFC)

Jakákoli palivová účinnost hnacího stroje, která spaluje palivo a poskytuje rotační nebo hřídelový výkon, se měří pomocí BSFC a využívá se k analýze účinnosti IC motoru s hřídelemi o / p. To se vypočítá vydělením rychlosti spotřeby paliva množstvím vyrobené energie. Z tohoto důvodu se také označuje jako spotřeba paliva specifická pro daný výkon. Spotřebu paliva specifickou pro brzdy lze použít pro přímou analýzu nebo srovnávací studie palivové účinnosti různých motorů v průmyslových odvětvích.

Spotřeba paliva tryskovými letadly

Pohonné systémy dýchající vzduch, známé jako proudové motory, se používají k pohonu a pohonu letadel. Kompresor stlačuje vzduch a teplo je dodáváno do spalovací komory předtím, než vzduch odejde turbínou pohánějící kompresor. Přebytečná energie se přemění na tah. Braytonův cyklus je termodynamický princip.

Turbína také pohání lopatky ventilátoru v turboventilátorových motorech a zrychluje okolní vzduchové hmoty, které obcházejí motor. Poměr obtoku je poměr vzduchových hmot, které obcházejí motor, ve srovnání s objemem vzduchu, který jím prochází, protože motory s vysokým obtokovým poměrem mají vyšší palivovou účinnost a v budoucnu budou stále populárnější.

Specifická spotřeba paliva pro tah znamená specifickou spotřebu paliva turboventilátoru nebo proudového motoru.

BSFC = průtok paliva v Newtonech za hodinu/tah v Newtonech

Jednotka v hod^-1 .

Specifická spotřeba paliva tahem (TSFC)

Úspora paliva konstrukce motoru, pokud jde o tahový výkon, je známá jako tahově specifická spotřeba paliva (TSFC).

Protože hmotnost paliva není ovlivněna teplotou, je pro měření paliva použita místo objemu (galony nebo litry). Při maximální účinnosti je SFC vzduchových proudových motorů přibližně úměrný rychlosti výfuku.

Vliv nadmořské výšky na TSFC

Teplota vzduchu klesá s nadmořskou výškou, dokud nedosáhne vrstvy tropo-pauzy, a teplotní rozdíl mezi maximálními vnitřními teplotami (omezenými materiálem motoru) a teplotou venkovního vzduchu prospívá proudovým motorům. Výsledkem je, že účinnost proudového motoru bude stoupat s nadmořskou výškou, dokud nedosáhne vrstvy tropo-pauzy, a v důsledku toho lze předpovídat pokles rostoucí výšky TSFC. Hodnocení literatury to však neodráželo.

Navíc, protože proudová dopravní letadla často létají ve stratosféře, kde teplota zůstává konstantní s nadmořskou výškou, ve stratosféře, kde tato letadla létají, se očekávají malé výkyvy TSFC s výškou.

Vliv rychlosti na TSFC

Rychlost letu vzduchu je také významným faktorem pro proudové motory. Rychlost výfukového proudu tryskového letadla je vyrovnávána rychlostí letu vzduchu. Kromě toho je mechanická síla síla krát rychlost, protože práce je síla (tj. Tlak) krát vzdálenost.

Ačkoli nominální SFC je jednou z užitečných metrik palivové účinnosti, je třeba ji vydělit otáčkami, pokud se porovnávají motory s různými otáčkami, a maximální rychlosti dojezdu se dosahuje při konstantní propulzní účinnosti, když je poměr mezi rychlostí a odporem nízký, přičemž je dosaženo maximální výdrže v nejlepším poměru zvedání a tažení.

Spotřeba paliva v letadle za hodinu Míra spotřeby paliva v letadle

Spotřeba paliva je přibližně 3 až 4 litry na cestujícího na 100 kilometrů, což z něj činí nejdražší výdaje letecké společnosti (představující přibližně 30 procent celkových nákladů). Výsledkem je, že jednou z nejdůležitějších výzev v řízení leteckých společností je, kolik paliva na cestujícího letadlo spotřebuje. Mnoho indikátorů používaných k vyčíslení palivové účinnosti v dopravě se nejprve porovnává s metrikami „výroby“ v průmyslu. Porovnáním produkce letecké společnosti s množstvím spáleného paliva lze určit palivovou účinnost.

Indikátor odvětví

Konvenční činností leteckých společností je přepravovat lidi z bodu A do bodu B. Počet přepravených sedadel (nebo cestujících) vynásobený vzdáleností je tradičním ukazatelem produktivity. Podívejme se na některé příklady těchto indikátorů podrobněji.

Vzorec spotřeby paliva v letadle

1. Tržní cestující km (RPK). / Kilometr cestujícího proveden. (PKP): Příjmový cestující získává od letecké společnosti náhradu a 1- RPK představuje přepravu jedné osoby na vzdálenost 1 km.
2. Dostupný kilometr sedadla (ASK): Jeden ASK odpovídá jednomu místu nalétanému na kilometr.
3. Faktor zatížení cestujících (PLF): PLF se rovná zlomku RPK a ASK.
4. Osobní kilometry v kilometrech: Rozumíme tomu pomocí níže uvedeného odkazu.
5. Nákladní tunokilometry: Rozumíme tomu pomocí níže uvedeného odkazu.

Od roku 1968 do roku 2014 se průměrná spotřeba paliva u nových letadel snížila o 45 procent, což je roční pokles o 1.3 procenta s různou mírou snižování. V roce 2018 činily emise CO2 z osobní dopravy 747 milionů tun, což odpovídá 8.5 bilionům výnosů na kilometry cestujících (RPK), což je v průměru 88 gramů CO2 na RPK. CO2 / km 88 g odpovídá 28 g benzínu na kilometr nebo spotřeba paliva 3.5 l / 100 km (67 mpg-US).

Boeing 747 každou sekundu spotřebuje přibližně 1 galon paliva (asi 4 litry). Během 36,000hodinové cesty (10 150,000 litrů) může spotřebovat 747 5 galonů paliva. Podle webových stránek společnosti Boeing 12 spotřebuje asi XNUMX galonů paliva na jednu míli (XNUMX litrů na kilometr).

Vezměte v úvahu, že 747 může přepravit až 568 cestujících. Říkejme tomu 500 lidí, abychom si uvědomili, že většina letadel nemá všechna svá místa obsazená. A 747 používá 5 galonů paliva k přepravě 500 lidí 1 míli. Vzhledem k tomu, že 747 letí rychlostí 550 km / h, letadlo používá 900 galonu na osobu na jednu míli. Výsledkem je, že Boeing 0.01 obvykle spotřebuje kolem 747 l / s, nebo 4 l / min a 240 14,400 l / h, a například to může spotřebovat 187,200 13 l / XNUMX h na cestu z Tokia do New Yorku.

Tabulka spotřeby paliva v letadle Srovnání spotřeby paliva v letadle

Nízkonákladové letecké společnosti mají nejlepší výkon, pokud jde o litry na 100 kilometrů na cestujícího. Typicky, protože levné vozidlo je jedním z nejlepších, pokud jde o míru plnění, používají nejmenší množství paliva na jednoho cestujícího.

Předpokládejme například, že předpokládáme leteckou společnost letící 2hodinovým středním letem s 200místným letounem s úzkým trupem. V takovém případě je účinnost zhruba 3.5 litru na 100 kilometrů s poměrem zatížení 80%, ale 3.15 litru na 100 kilometrů s faktorem zatížení 90%. Měření litrů na 100 km na cestujícího není nejvhodnější pro měření palivové účinnosti, protože, jak již bylo uvedeno, obr. je ovlivněn faktorem zatížení.

Počet mil, které může letadlo ujet na galon paliva, se označuje jako spotřeba paliva. Toto je často zmiňováno v debatách o globálním oteplování a dlouhodobých cílech udržení průměrného oteplování pod 2 ° C. K dosažení tohoto cíle musí být drasticky sníženy emise ze všech odvětví a počet volných míst v letadlech se za posledních 25 let zvýšil o více než 20% a očekává se, že poptávka stoupne každý rok zhruba o 5% .

Tabulka spotřeby paliva v letadle

Jaké změny dělají moderní letadla pro snížení spotřeby paliva?

Předpokládá se, že celosvětová flotila vzroste do roku 20,930 o 2032 40,000 letadel, což celkový počet letadel zvýší na téměř 1.9 2.6. Podle odhadů se očekává, že spotřeba leteckého paliva vzroste do roku 2025 každoročně o 22% na 2050%. Bez neexistence systému dalšího zmírnění by plánovaný vývoj leteckého průmyslu mohl posunout jeho podíl na celosvětových emisích na XNUMX% do roku XNUMX. Současný letecký svět hledá inovativní technologie, design a materiály, které mohou dlouhodobě zvýšit účinnost paliva. Upgradací motoru, zvýšením aerodynamických vlastností a použitím lehčích materiálů letadla vypouštějí méně oxidu uhličitého.

Křidélka:

Křídla jsou malé zařízení, které se připojuje ke špičkám křídel a které se používají ke zlepšení aerodynamické účinnosti křídel vytvořením dodatečného protlačování kolem špičky křídel. Mají potenciál zvýšit výkon letounu o 10% až 15%. Křídlo umístěné ve skromném úhlu k přicházejícímu větru a obklopené vířícím proudem vytváří „zdvih“ křídla, který je koordinován vnitřně podél křídla a dále. Nakonec mohou snížit emise o 6% snížením odporu.

Proč mají letadla se smíšenými křídly nižší spotřebu paliva?

Smíšená křídlová deska Boeing (BWB) se širokým trupem v kombinaci s křídly s vysokým poměrem stran je aerodynamicky účinnější, protože celé letadlo přispívá ke generování vztlaku a má menší plochu. Vyvolává menší odpor a snižuje hmotnost v důsledku nižšího zatížení křídla.

Pro nadregionální pozici 110–130 snižuje Dzyne Technologies tloušťku smíšeného těla křídla, obvykle příliš silného pro náhradu za štíhlé tělo a vhodnější pro velká letadla, umístěním letounu do kořenů křídla, což umožňuje palivo spotřeba se sníží o 20%.

Flexibilní navigační systém

Nahrazením současného navigačního systému letadla vyšší gradací v reálném čase může letadlo čelit nepříznivým povětrnostním podmínkám, jako je bouře, silný vítr a jiná nebezpečná situace, a zároveň zlepšit výkonnost příznivého počasí a podle různých studií s využitím flexibilního navigačního systému může ušetřit přibližně 1.4 tuny CO2 za let.

Nepřetržitý stoupací provoz | Kontinuální sestupová operace

Pracovní taktika zahrnuje nepřetržitý provoz při stoupání a klesání (CCO a CDO), umožňuje letounům sledovat flexibilní a optimální letovou trasu, která poskytuje významné environmentální a nákladové výhody. Patří mezi ně snížená spotřeba paliva letadel, emise skleníkových plynů, hluk a výdaje na palivo, což vše negativně ovlivňuje pohodu člověka.

Co je Double D8?

Dvojitý D8

V roce 2008 Aurora Flight Science, MIT a Pratt & Whitney uvedly, že v rámci projektu NASA-N + 8 pracují na koncepční koncepci komerčních letadel s názvem DoubleD3 (nemají motor pod křídly). V této koncepci se konstruktéři rozhodli umístit motor směrem k ocasu na horní části těla letadla.

Tato úprava minimalizuje odpor a zlepšuje účinnost paliva snížením emisí až o 66% za 20 let. Během přistávacího a vzletového cyklu také použije o 37% méně paliva než trysky pro cestující, sníží hluk komunity o 50% a sníží emise oxidů dusíku o 87%.

Informace o systémech skladování paliva v letadlech naleznete v předchozích článcích zde.

Také čtení:

• Palivová nádrž letadla
• Letecký palivový ventil Letecký palivový selektorový ventil
• Letecké palivové čerpadlo

Esha Chakraborty

Mám vzdělání v Aerospace Engineering, v současné době pracuji na aplikaci robotiky v obranném a vesmírném průmyslu. Neustále se učím a moje vášeň pro výtvarné umění mě udržuje nakloněnou k navrhování nových inženýrských konceptů.
S tím, že roboti v budoucnu nahradí téměř všechny lidské činy, rád svým čtenářům jednoduchým, ale poučným způsobem přiblížím základní aspekty předmětu. Rovněž bych rád udržoval aktuální informace o pokroku v leteckém a kosmickém průmyslu současně.