¿Por qué los aviones vuelan a altas velocidades si más lento significa una mejor eficiencia de combustible?

Answer 1

Gracias por la oportunidad de A2A.

Consideremos lo siguiente para mantener la respuesta bastante simple.

El segmento de crucero de su vuelo constituye el segmento durante el cual consumirá la mayor parte de su combustible a bordo.

Durante el crucero, la elevación requerida es igual al peso del avión (incluida la carga útil y el combustible) y su empuje es esencialmente igual a la resistencia producida como resultado de su movimiento en el aire.

Su elevación es una función del cuadrado de su velocidad y reducir su velocidad dará como resultado una reducción de su elevación. Entonces, aunque la reducción en la velocidad también resulta en una reducción en la resistencia y, por lo tanto, en el empuje requerido y, por lo tanto, en el consumo de combustible, no podrá mantener su altitud de crucero si reduce su velocidad.

La realidad es que hay varios factores que deben tenerse en cuenta para encontrar la velocidad y altitud ideales para un peso determinado de aeronave, a fin de consumir la menor cantidad de combustible para una duración de viaje determinada.

Desde el punto de vista práctico, los vientos en alto, las rutas aéreas, el cambio de peso como resultado del consumo de combustible, los cambios climáticos, etc., sirven para lograr que la velocidad y altitud “ideal” para el consumo mínimo de combustible sea algo así como un ejercicio de tiro. en un blanco en movimiento. Por lo general, buscamos el mejor compromiso.

Debe apreciarse que las aeronaves modernas con sofisticados sistemas de gestión de vuelo (FMS), junto con el último sistema de control de tránsito aéreo de próxima generación, nos permiten ajustar ese compromiso de velocidad, altitud y otros parámetros, para reducir el consumo general de combustible, Reduzca las emisiones nocivas y lleve a los pasajeros a sus destinos con un retraso mínimo.

La comida para llevar
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La comodidad de los pasajeros dicta que vueles por encima del clima, lo que generalmente significa más de 28,000 pies (más o menos un par de miles de pies).

En estas altitudes, su velocidad para el crucero está dictada por el peso de su avión (es decir, necesitará desarrollar una cierta cantidad de elevación para contrarrestar el peso de su avión si desea mantener la altitud).

Esencialmente, hay una velocidad mínima asociada con el vuelo de crucero en cada altitud para un peso de avión dado.

Answer 2

El primer criterio para el crucero es ir lo más alto posible para su peso actual, a menos que tenga vientos en contra cada vez más fuertes cuanto más alto vaya, como mucho más fuerte. En esencia, desea ir lo más alto posible pero lo suficientemente bajo como para que las alas produzcan suficiente elevación para su peso actual.

En el frente del turboventilador, esto ayuda porque cuanto más alto, más frío, más frío, más eficiente será el gran turboventilador. Pero la potencia continua máxima disponible disminuye a medida que avanza, lo que limita su altitud tanto debido al menor empuje disponible como a una elevación más baja si intenta subir demasiado. Los turboventiladores tienen gusto de la alta velocidad verdadera verdadera y de la velocidad indicada más baja (precisamente lo que obtienes al ir muy alto).

Además, la altitud más alta significa que la aeronave genera menos resistencia (pero también menos elevación).

Para cualquier altitud dada, existe esta velocidad óptima donde obtienes la menor resistencia de arrastre vs velocidad de crucero.

En este régimen, ir más rápido que esa velocidad aumenta el arrastre parasitario más de lo que reduce el arrastre inducido, ir más lento aumenta el arrastre inducido más de lo que reduce el arrastre parasitario.

Hay una ventana de velocidad bastante corta alrededor de ese lugar perfecto donde la resistencia no cambia sustancialmente, quizás + -Mach 0.01, si va en contra de un fuerte viento de frente, ir un poco más rápido podría reducir el consumo total de combustible (reduciendo el tiempo que va contra el viento de frente). ), cuando se encuentra bajo un fuerte viento de cola, ir un poco más lento podría reducir el consumo total de combustible (aumentando el tiempo sujeto al viento de cola).

Por lo tanto, la idea de que ir más lento significa una mejor eficiencia de combustible no es correcta en absoluto, siempre que la velocidad de crucero no esté por encima de la velocidad de crucero normal.

Por ejemplo, existe este límite de 250 KIAS en la mayoría de los lugares cuando vuela por debajo de 10000 pies. A los aviones a reacción les gusta quedarse el menor tiempo posible por debajo de 10000 pies exactamente porque luego pueden ir más rápido y subirán mejor (subiendo) / planear mejor (para el descenso inactivo) volando más rápido que 250 KIAS (los nudos indican la velocidad del aire). Esto también significa que cuando los aviones vuelan por debajo de los 10000 pies, siempre y cuando el ATC no emita restricciones de velocidad, intentarán mantenerse a una velocidad de hasta 250 nudos hasta más de 10000 pies (luego acelerar a 280-310kts dependiendo del avión) o reducir la velocidad para acercarse velocidad (generalmente justo antes de girar del viento a la base).

Answer 3

Hay dos “velocidades” que son relevantes aquí.

• La velocidad real de la aeronave a través del aire, “verdadera velocidad del aire” o TAS;
• La velocidad aparente de la aeronave basada en la presión del aire experimentada, “velocidad del aire calibrada” o CAS. Esta es la presión de aire que sentirías si sacas la mano por la ventana del auto cuando conduces a velocidad de autopista.

Un motor a reacción es más eficiente a altas RPM (aceleración máxima) y TAS alto, como ha explicado Paul A Allcock.

Independientemente de los motores, un avión es más eficiente aerodinámicamente en un CAS en particular. Esto se debe a que las alas solo necesitan generar suficiente elevación para mantener el avión en el aire. Demasiado lento y necesita volar con una actitud de nariz alta (un “ángulo de ataque” alto). Esto causa un arrastre excesivo de las alas. Demasiado rápido, y tiene demasiada resistencia al aire de toda la estructura del avión, al igual que un automóvil tiene más resistencia al conducir rápido que al conducir lentamente. El mensaje para llevar a casa aquí es que, demasiado lento o demasiado rápido, y aumenta la resistencia del aire (arrastre) . El CAS más eficiente es un número moderadamente bajo en comparación con la velocidad de crucero de la aeronave (que se expresa como TAS).

Por lo tanto, para volar eficientemente, debe estar simultáneamente en un TAS alto y un CAS moderadamente bajo.

¿Dónde encontraremos baja presión de aire a alta velocidad de avance? Respuesta: donde el aire no es muy denso, por lo que puede ir muy rápido sin experimentar mucha resistencia al aire (arrastre).

Esta es la razón por la cual los aviones a reacción necesitan volar alto y rápido (TAS) para mejorar la eficiencia del combustible.

Answer 4

La abuela de un amigo de la escuela de vuelo quería que él le prometiera que volara bajo y lento en caso de que se estrellara. Si bien no es tan hilarantemente equivocada como su solicitud, esta pregunta sigue un defecto similar.

Los motores a reacción están diseñados para ser más eficientes en su estado más común, generalmente de crucero. El resto del avión está diseñado alrededor de los motores para crear la menor cantidad de resistencia mientras los motores funcionan a la mejor velocidad del motor. Muchos factores afectarán esta velocidad, pero ir más lento o más rápido será menos eficiente. Por debajo de esta velocidad, hay más fuselaje colgando en el viento: el ala necesita un ángulo de ataque más alto para compensar la falta de aire sobre la superficie. Por encima de esta velocidad, se bombea mucho más gas a la cámara de combustión para combatir el aumento de la resistencia: un ángulo de ataque más bajo significa que el viento está viendo más la parte superior del avión, teniendo que generar más elevación para combatir esta fuerza descendente, Además del arrastre inducido que se crea con más elevación.

Esto es similar en los automóviles, ya que recorrer 20 mph en todo el país requerirá más gasolina que viajar 60 mph (además de conducirlo a usted, a todos a su alrededor y a cualquiera que lo haya conocido, loco).

Answer 5

Tu lógica es “sensata”. Pero no es así como están diseñados los aviones.

Los ingenieros aeronáuticos analizan una amplia gama de requisitos;

• Peso del pasajero
• Peso de la carga
• Opciones de potencia del motor
• Requisitos de elevación dinámica (despegue, escalada, crucero, aterrizaje, vuelta)

Una vez que se entienden y aceptan estos parámetros, se puede seleccionar el diseño de las alas y el tipo de motores de turbina.

Los ingenieros escuchan lo que las aerolíneas desean para el alcance y la velocidad en relación con el tiempo y el consumo de combustible.

Hay una configuración de potencia óptima para la mejor economía de combustible para una distancia dada que tiene en cuenta el consumo total de combustible del taxi, despegue, ascenso, vuelo nivelado, descenso y aterrizaje.

Se puede aplicar otra configuración de potencia para obtener el mejor rendimiento en el tiempo.

La diferencia es el tiempo ahorrado y el combustible quemado puede ser significativo. Cada vuelo será diferente porque las condiciones meteorológicas cambian día a día. Al igual que la carga de pasajeros y carga.

El Capitán seguirá la política de la compañía sobre qué opciones se pueden usar. Puede cambiar fácilmente de un día para otro. Los vientos de cola juegan un papel importante. Para ahorrar combustible, los motores se retrasarán y aún llegarán “a tiempo”. Lo contrario también es cierto cuando se enfrentan vientos en contra formidables … Se necesitará más potencia para cumplir con el cronograma.

En algunos casos, incluso con la máxima potencia de crucero aplicada, ¡el vuelo puede llegar tarde o muy temprano!

No hay un tamaño único para todos los perfiles de administración de energía, pero los pilotos usan configuraciones de energía más bajas cuando es posible hacerlo y aún así llegan a tiempo.

Answer 6

Este gráfico alemán muestra la línea óptima ( Optimumkurve) entre el trabajo de transporte específico de consumo de combustible aE y la velocidad de crucero vR. Como puede ver, los automóviles ( Auto ) carecen de eficiencia de combustible, mientras que los camiones cisterna con su desplazamiento lento mientras mueven enormes cantidades de productos están funcionando muy bien. Pero los aviones tienen un propósito diferente y su relación también es cercana a la óptima. Para alcanzar la Línea óptima para un B-747 podríamos intentar: aumentar la velocidad (probablemente técnicamente imposible) o reducir la velocidad, lo que aumentaría aE. Pero en algún lugar debe haber un óptimo.

Answer 7

Sí, hasta cierto punto. Los aviones comerciales se vuelan a una velocidad que se elige en función de un índice de costos que compara el costo del combustible con el costo de los boletos de avión. (Los vuelos más rápidos queman más combustible pero transportan más pasajeros por día; los vuelos más lentos consumen menos combustible pero transportan menos pasajeros diarios).

Si le preocupa quemar la menor cantidad de combustible sin tener en cuenta la rentabilidad (un índice de costo de cero), querrá volar a la mejor velocidad económica (a veces llamado crucero de rango máximo o MRC). Esta es la velocidad donde la relación elevación-arrastre es más alta, donde el avión está generando la cantidad máxima de elevación y la cantidad mínima de resistencia.

Para un 747, esa velocidad está en algún lugar cerca de 200 nudos, dependiendo del peso.

Answer 8

En realidad no es una eficiencia de combustible. La baja velocidad significa más tiempo para obtener el mismo rango, por lo que no hay una buena eficiencia para tener en cuenta. Por otro lado, el tiempo es más importante, por eso preferimos las aerolíneas. Además, para los vuelos de crucero, las aeronaves necesitan una velocidad constante para poder generar una elevación suficiente que proporcione una altitud específica constante sin exceder el ángulo de ataque de pérdida.

Answer 9

Yo diría que lo que dices es verdad. Se podría lograr un menor consumo de combustible específico … pero le tomaría más tiempo llegar allí.

La razón principal por la que los aviones vuelan a la velocidad que lo hacen es como resultado de lo siguiente:

El parámetro de rango!

Como se puede ver a la derecha, el número máximo de Mach x L / D se alcanza alrededor de un número de Mach de .85.

Esta es la mejor velocidad para lograr el menor consumo de combustible.

Además … ¡La gente no quiere que los vuelos tarden más de lo que ya lo hacen!

Answer 10

Su automóvil es capaz de navegar a más de 90 mph.
¿Viajarías a 50 mph solo para ahorrar combustible?

De hecho, un avión (dentro de sus parámetros de diseño) es menos eficiente a velocidades más lentas que a su velocidad de crucero de diseño.

No puede ir más despacio a grandes altitudes ya que el aire más delgado tiene menos elevación, por eso los aviones rápidos pueden (y necesitan) volar alto.

Reducir la velocidad significa una altitud de crucero más baja, lo que significa más arrastre debido al aire más denso, por lo que no puede volar rápido a bajas altitudes a menos que tenga el poder de empujar el avión tan rápido. Más potencia significa más combustible.

Una velocidad más lenta requiere un ángulo de ataque más alto que crea más resistencia, que necesita más potencia para mantener esa velocidad más baja. Sí, es menos combustible que a mayor velocidad, pero termina siendo algo más combustible utilizado durante el tiempo más largo que se necesitaría para hacer ese viaje que a mayor velocidad.

Los motores también están clasificados para un número específico de horas de encendido. El mayor tiempo de vuelo significa menos vuelos de ingresos entre mantenimiento / revisiones, lo que se suma al costo de volar el avión más lento.

Luego hay otros costos asociados con volar más lento, los tiempos de servicio de la tripulación son más largos, se deben llevar más comidas, etc.

y … a los pasajeros no les gustará estar en su estrecho asiento más de lo necesario.

Answer 11

Su premisa es incorrecta: para todos los motores a reacción, la eficiencia de propulsión es más alta cuando el motor emite un chorro de escape a una velocidad igual o casi igual a la velocidad del vehículo, ya que esto proporciona la energía cinética residual más pequeña.
Cuanto mayor sea la velocidad, más eficiente será el funcionamiento del motor.

Answer 12

Las aeronaves ganan dinero transportando pasajeros y carga. Al volar más rápido, pueden obtener más vuelos y ganar más dinero. Además, los pasajeros quieren llegar lo antes posible, por lo que si su avión vuela más lento que la competencia, sus pasajeros elegirán otra aerolínea. Los controladores de tráfico aéreo también quieren que todos los aviones comerciales de pasajeros vuelen a la misma velocidad. Si su avión vuela más lento, causará problemas a los controladores de tránsito aéreo cuando manejen aviones que aterrizan en una pista muy concurrida.

En realidad esta es una pregunta válida. Si uno hace los cálculos, funciona mejor para que los aviones vuelen un poco más despacio, incluso teniendo en cuenta todas las desventajas. Los únicos cambios necesarios son los cambios de política.

Answer 13

Un avión volará con la mayor eficiencia si maximiza su relación L / D para sus condiciones de vuelo actuales. Pero la velocidad a la que vuela para maximizar esta relación sería inconveniente para los pasajeros que desean llegar a sus destinos rápidamente. Entonces los aviones volarán a algo llamado la velocidad de Carson. Esto es un poco más que la velocidad que maximiza su relación L / D y es una compensación aceptable entre la eficiencia del combustible y el tiempo que pasa en el aire.

Answer 14

Una mejor eficiencia de combustible no necesariamente significaría boletos más baratos. Si un avión puede usarse para 1 vuelo más por día porque llegó a su destino más rápido, entonces está ganando dinero al hacerlo.

Además, no me gustaría competir contra las aerolíneas que ofrecen vuelos desde Londres a Melbourne en 24 horas, cuando mi aerolínea lo hace en 48 horas para ahorrar combustible.