Какой расход топлива у самолета: Современные самолеты оказались эффективнее автомобилей

На каком топливе летают самолеты: расход топлива самолета | Топливо

02.09.2022

Содержание

Гражданские самолеты летают на специальном авиационном топливе. Его расход — одна из самых важных технических характеристик летательного аппарата. Чем ниже расход, тем меньше финансовые затраты и эффективнее эксплуатация.

Свою роль играет и способ заправки конкретной модели самолета.

Требования к горючему

Неправильный выбор топлива приводит к преждевременному износу машины и повышению риска авиакатастрофы. Под разные модели самолетов подбираются разные марки горючего. Базовые требования к топливу одинаковые для всех видов:

• соответствие требованиям двигателя самолета;
• отсутствие в составе ПАВ или снижающих качество нефтепродукта веществ;  
• термоокислительная стабильность должна соответствовать нормам;
• наличие присадок в пределах допустимого;  
• октановое число в диапазоне от 91 до 115;
• для полетов над территорией с крайне холодным климатом используется горючее с температурой плавления кристаллов ниже 600 °C.

Виды авиатоплива

То, на каком топливе летают самолеты в России, зависит от характеристик машин. Выделяют два вида топлива для рынка: авиакеросин, который также называют реактивным топливом, и авиационный бензин.

Авиакеросин

Реактивные самолеты летают на топливе, которое по сути является специальным керосином. В России для пассажирских лайнеров, которые передвигаются с дозвуковой скоростью, используют марки керосина Т-1, ТС-1 или Т-2.

Сверхзвуковые военные самолеты летают на тяжелом топливе марок Т-6 и Т-8В. Су-27, Ту-22 летают на специальной марке горючего РТ.

Авиационный бензин

Это топливо, на котором летают гражданские самолеты. Его используют для высоконагруженных поршневых ДВС. Ранее широко применялись марки Б-91/115 и Б-95/130. Но позже от них было решено отказаться в пользу АИ-95. На нем летает вся современная легкомоторная авиация.

Специальные присадки

Как и присадки для бензина и дизеля, для авиа горючего существуют свои присадки, которые улучшают характеристики нефтепродукта. Они исключают негативное влияние внешних условий, стабилизируют работу двигателя и повышают срок службы машины.

Виды присадок

• антистатическая;
• противоводокристаллизационная;
• антиокислительная;
• противоизносная.

Не все модели могут использовать топливо с присадками. Все зависит от конкретной модели и типа двигателя.  

Расход топлива

На расход горючего влияет множество внешних факторов:

• крейсерская скорость;
• использование дополнительного оборудования;
• вес машины без груза;
• коммерческая нагрузка;
• условия полета;
• погода;
• тип мотора;
• конструкционные особенности.

Расход топлива бывает удельный и часовой. Под первым понимают количество использованного горючего за единицу времени или пройденного расстояния относительно мощности мотора. Это наиболее популярный способ подсчета.

Для грузовых и пассажирских бортов используется часовой расход — количество использованного топлива за час полета.  

Расчет производится перед отправкой в рейс, чтобы заполнить баки. Для разных моделей расчеты будут индивидуальными.

Расход топлива у разных моделей

Расход у разных моделей отличается. Как правило, эта информация есть в свободных источниках. Узнать, сколько тратит горючего военный борт, сложнее.

Современные самолеты гражданской авиации, разработанные в последние десятилетия, пользуются авиационным керосином. Он подходит для дальних рейсов. А присадки улучшают его рабочие характеристики. Ниже приводим данные по расходу у популярных гражданских моделей.

Модель	Расход топлива, кг/ч
Ил-96-400М	7977
Ту-214	3700
Boeing 737-900	2650
Boeing 777-300ER	7800
Boeing 787-10	5700
Airbus A320-200	2500
Airbus A380	13000
SSJ100	1700

 Что касается военных машин, то у них расход узнать сложнее, так как эта информация или засекречена, или не соответствует действительности.

Ниже приводим данные из открытых источников.

Модель	Расход топлива, кг/кгс-ч
B-1	0,562
B-2	2,13
F-35	2,0
Ил-76	0,599
Су-25	1,28
Су-35	1,78
МиГ-29	0,77
Ту-160	1,23

Способы заправки

Чаще всего заправка в аэропорту осуществляется сразу после посадки.

Второй менее популярный вариант — дозаправка в воздухе.  

Заправлять машину во время полета — непростая процедура, требующая большого мастерства и опыта от пилотов. Используют ее, когда нужна срочная дозаправка, а возможности посадить самолет нет. Для заправки оба летательных средства сокращают расстояние до 20 метров и соединяются друг с другом.

Истребитель заправляется в воздухе за шесть минут, крупногабаритный борт — до сорока пяти минут.

В аэропорту заправка проводится в штатном режиме. Топливо доставляют в автоцистернах, по железной дороге или по трубе напрямую от НПЗ. К самолету горючее доставляет специальный топливный заправщик. Заправка машины среднего размера занимает около сорока минут.

Самолет авиакомпании China Southern Airlines A380

Самолет A380 авиакомпании China Southern Airlines имеет 506 посадочных мест и разделен на три пассажирских салона в зависимости от класса обслуживания (первый класс повышенной комфортности Platinum Private Suite, первый класс и экономический класс). Верхний и основной салоны предназначены для пассажиров. На нижнем уровне находится вместительное багажное отделение. В верхнем салоне установлены 70 полностью раскладных кресел бизнес-класса и 76 кресел эконом-класса. В нижнем салоне расположены 8 кресел первого класса закрытого типа и 352 кресла эконом-класса. Общая площадь двух салонов составляет 550 кв. м (5920 кв. футов) и равна площади 3 больших теннисных кортов. Чтобы сделать перелет максимально комфортным для пассажиров, в самолете компании China Southern Airlines установлено на 19 мест меньше, чем предусмотрено классической схемой рассадки самолета A380.

Воздушный гигант

Самолет Airbus 380 — это крупнейший в мире двухпалубный широкофюзеляжный реактивный самолет, вмещающий на 40% больше пассажиров, чем любое другое воздушное судно. Самолет Airbus 380 обладает внушительными габаритами: 72, 73 м (238, 6 футов) в длину, 79, 15 м (259, 6 футов) в ширину и 24,07 м (79 футов) в высоту; его взлетная масса достигает 560 тонн, а дальность полета — 15 000 км.

Энергоэффективное перемещение

Самолет A380 позволяет максимально эффективно использовать топливо. Расход топлива на одного пассажира на каждые 100 км составляет менее 3 литров и эквивалентен расходу топлива стандартного семейного автомобиля.

Двигатели самолета A380 авиакомпании China Southern Airlines являются самыми легкими, чистыми и экологически безопасными в отрасли на сегодняшний день. Его наиболее важными характеристиками являются высокая мощность и низкий расход топлива.

Новейшие технологии для чрезвычайно удобного путешествия

Воздух в самолете обновляется каждые три минуты: передовая система фильтрации обеспечивает очищение воздуха в салоне каждые три минуты, а четыре высокопроизводительных устройства для регенерации воздуха заменяют собой традиционные двойные вентиляционные отверстия, предусмотренные для охлаждения воздуха.

Низкий уровень шума — спокойный полет. Низкий уровень шума гарантирует спокойный отдых пассажиров на борту. Уникальная конструкция самолета A380 компании China Southern Airlines сводит к минимуму шум двигателей, позволяя пассажирам спокойно наслаждаться полетом.

Большое количество видеозаписей для отличного времяпрепровождения.

Освещение меняется в соответствии с вашим настроением: пассажиры могут регулировать освещение во время обеда, сна и пробуждения, в зависимости от времени суток или настроения и для создания уникальной, уютной атмосферы.

Различные видео- и аудиоресурсы позволят скоротать время в полете: цифровая бортовая система развлечений содержит более 600 часов программ, включает в себя 1200 каналов и 1000 гигабайт развлекательного контента.

Первый класс

Восемь полностью раскладных кресел Private Suite в конфигурации 1-2-1. Длина каждой кабинки составляет 2, 08 метров, а высота составляет 1, 52 метра. Каждое место оснащено раздвижной дверью, позволяющей создать уединенное пространство для отдыха. Между соседними местами предусмотрена свободно поднимающаяся и опускающаяся перегородка.

Темно-фиолетовые кресла, стол цвета вишневого дерева и светло-серая облицовка. Уникальная система атмосферного освещения обеспечивает шесть вариантов освещения на выбор

Личный шкафчик для хранения вещей с кодовым замком гарантирует конфиденциальность и безопасность

Бизнес-класс

Кресла оснащены закругленными перегородками, которые очерчивают пространство каждого из пассажиров. Кресло можно расположить под любым углом в соответствии с личными предпочтениями пассажира. Оно имеет функцию памяти, позволяющую одним нажатием кнопки вернуться к ранее установленному положению.

Складной столик 39, 6 x 17 см (15, 5 x 6,75 см), на котором можно расположить ноутбук и документы. Также предусмотрен карман для книг, карман для журналов, лампа для чтения, USB-интерфейс, отдельная розетка и другие приспособления, облегчающие работу и использование индивидуальных устройств.

Эконом-класс

76 мест в верхнем салоне в конфигурации 2-4-2, 352 места в нижнем салоне в конфигурации 3-4-3. Расстояние между креслами составляет 0, 81 метров, подголовник имеет регулировку по нескольким направлениям (вверх/вниз/вправо/влево) и может быть закреплен в удобном для сна положении. Положение подушки кресла можно отрегулировать вместе со спинкой для более удобного расположения ног.

Подушку и спинку кресла можно регулировать вместе, что гарантирует пассажирам комфортный перелет. Округлые обеденные столики имеют максимально возможный размер. Специальный держатель позволяет разместить бутылку с водой, не раскладывая столик.

Питание

Особое меню, составленное из самых изысканных блюд

Традиционная кантонская и императорская кухня на некоторых маршрутах

Напитки и изысканные вина, тщательно подобранные нашими сомелье

Изучите традиционную китайскую чайную культуру и этикет с нашими мастерами

В полностью оборудованном винном шкафу хранятся образцы лучших вин. Насладиться свежесваренным итальянским капучино или эспрессо пассажиры смогут, воспользовавшись нашей эспрессо-машиной.

Развлечения

Для развлечений на борту самолета пассажирам предоставляются 23-дюймовые ЖК-экраны и наушники hi-fi с шумоподавлением

Цифровая бортовая система развлечений предлагает более 600 часов программ, включает 1200 каналов и 1000 гигабайт развлекательного контента.

Офисное ПО для обработки файлов Word, Excel и других основных форматов.

ПО USB-интерфейса позволяет легко просматривать изображения и документы PDF, одновременно прослушивая музыку. Также можно совместно работать и обмениваться документами с другими пассажирами в салоне.

150 популярных и классических фильмов производства Голливуда, Китая, Франции, Японии, Южной Кореи, Индии, России и т.д. на разных языках.

300 китайских и зарубежных телесериалов

Более 100 популярных и классических CD

Десятки различных игр.

Большое разнообразие китайских и зарубежных программ по различным тематикам, включая развлечения, путешествия, кулинарию, спорт, экономику и финансы, а также футбольные матчи и прочие программы.

Различные электронные публикации, которые можно редактировать и просматривать, используя персонализированные настройки и функцию увеличения размера шрифта.

Карта маршрута в режиме реального времени: с помощью этого ПО можно в режиме реального времени отслеживать высоту, скорость, время, положение и другие сведения о полете, а также просматривать подробную карту города прибытия, сведения о нем и т.д.

Пульт ДУ с функцией спутникового телефона и 1, 9-дюймовым ЖК-дисплеем, на котором отображается инструкция по эксплуатации и рекомендации. На обратной панели пульта ДУ находятся игровые элементы управления и клавиатура.

Отправление/Прибытие	Рейсы	Расписание	Местное время отправления	Местное время прибытия
Гуанчжоу – Лос-Анджелес	CZ327	Ежедневно	9:30 PM	7:40 PM
Лос-Анджелес – Гуанчжоу	CZ328	Ежедневно	11:50 PM	05:40 AM +2
Пекин – Гуанчжоу	CZ3000	Ежедневно	9:30 AM	12:45 PM
Гуанчжоу – Пекин	CZ3999	вт, ср, пт, вс	3:00 PM	6:10 PM
Гуанчжоу – Пекин	CZ3999	пн, чт, сб	3:00 PM	6:15 PM
Гуанчжоу – Пекин	CZ3099	Ежедневно	9:00 AM	12:10 PM
Пекин – Гуанчжоу	CZ3104	Ежедневно	3:30 PM	6:45 PM
Шэньчжэнь – Пекин	CZ3191	Ежедневно	5:30 PM	9:00 PM
Пекин – Шэньчжэнь	CZ3192	Ежедневно	11:20 AM	2:30 PM

Отправление/Прибытие	Расписание	Местное время отправления	Местное время прибытия
Гуанчжоу – Лос-Анджелес CZ327	Ежедневно	9:30 PM	7:40 PM
Лос-Анджелес – Гуанчжоу CZ328	Ежедневно	11:50 PM	05:40 AM +2
Пекин – Гуанчжоу CZ3000	Ежедневно	9:30 AM	12:45 PM
Гуанчжоу – Пекин CZ3999	вт, ср, пт, вс	3:00 PM	6:10 PM
Гуанчжоу – Пекин CZ3999	пн, чт, сб	3:00 PM	6:15 PM
Гуанчжоу – Пекин CZ3099	Ежедневно	9:00 AM	12:10 PM
Пекин – Гуанчжоу CZ3104	Ежедневно	3:30 PM	6:45 PM
Шэньчжэнь – Пекин CZ3191	Ежедневно	5:30 PM	9:00 PM
Пекин – Шэньчжэнь CZ3192	Ежедневно	11:20 AM	2:30 PM

New layer. ..

New layer…

2.1 Влияние расхода топлива на центровку самолета. Усовершенствование топливной системы самолета ИЛ-76 с целью повышения ее надежности в эксплуатации

Усовершенствование топливной системы самолета ИЛ-76 с целью повышения ее надежности в эксплуатации

дипломная работа

Самолет в полете опирается только на крыло. То есть имеет только одну опору. На самолет в полете действуют две силы: аэродинамические и массовые. Точка приложения массовых сил можно принять за центр тяжести самолета. И этот центр тяжести должен находиться в районе точки приложения аэродинкамическ сил крыла. Обычно центр тяжести самолета находится на 15-35% от длины САХ (средней аэродинамической хорды). Центр тяжести самолета определяется взвешиванием. Предположим что самолет поставлен на весы. Весы под передне ногой показывают силу тяжеси F₂ а под основной опорной — F₁.

Центр тяжести находится в некой плоскости. Растояние от этой плоскости до опор a и b, как показано на рисунке.

Ясно что сумма растояний от плоскости, в которной находнися точка приложения массовых сил (центр тяжести), до опор равно базе шасси (растояние от передней опоры до задней(основной)).

А вес самолета — есть сумма сил тяжести на весах.

Так как самолет прилогает к поверхности земли силы F₂ и F₁, то земля действует на самолет такими же силами в точках А и С. Ну а вес самолета приложен в точке В. Для определения растояний a и b необходимо составить уравнение моментов относительно точки В.

Таким образом получаем систему из двух уравнений:

Это системное уравнение можемрешить тремя различными способами:

І) b выражаем через а

Вторую часть системы оставляем без изменнений

Далее подставляем выражение

во вторую часть уравнения

Уравнение с одним неизвестным решить не трудно

После определения значения «а», значение «b» находится простым путем.

II) Второй способ более прост и объяснения не требует.

III) Метод Крамера

На основе системы уравнений стройм матрицу. И вычисляем определитель. Так как матрица квадратная, с этим проблем нет.

Далее определяем а и b.

Итак центр массы самолета найден. Но проблема в том что в полете асса самолета изменяется по мере выработки топлива. Для снижения влияния выработки топлива центровке самолета, принято топливные баки распологать вблизи центра масс самолета, то есть в районе центроплана. Но отъемные части крыла, в которых находятся топливные кессон баки, расположены не на одной поперечной оси с центропланом. К тому же самолет Ил-76 имеет топливный бак и на хвосте, который значительно удален от центроплана. Этот топливный бак небольшей вместимости но в силу того что плечо велико, он можеть создать значительный момент, нарушая центровку самолета. Поэтому центровка самолета на момент посадки (самый ответственный и опасный момент всего полета) может значительно отличаться от центровки начала полета.

Экипаж не имеет возможности следить за изменением центровки по мере выработки топлива. Включение в состав топливной системы самолета рибора, контролирующего изменение центровки в полете, значительно облегчило бы деятельность экипажа и повысила бы безопасность полета.

Для оценки влияния выработки топлива на центровку самолета обратимся к рисунку. Баки пронумерованы и каждый бак имеет свой центр тяжести (центр тяжести топлива,находящегося в баках).

Центр тяжести баков обозначены точкой.центр тяжести всего самолета вместе с топливом находится в плоскости f. А центр тяжести самолета без топлива находился бы в точке б. Растояние между этими плоскотями обозначим бкувой d. По мере выработки топлива плоскость f будет приближаться к плоскости б. То есть растояние d будет уменьшаться. и когда все топливо на самолете кончится (такого бать не должно), эти эти плоскости соединятся. Растояние d превратиться в ноль.

Так как масса топлива в каждом баке известно, то масса самолета без топлива определяется выражением:

Уравнение моментов относительно плоскости б, и последующее упрощение этого уравнения дает нам следующее выражение.

Так как зависимость массы самолета от топлива известно, то подставив вместо G выражение вышесказанной зависимости, получаем:

Отсюда следует что:

Итак, мы выявили зависимость между расстоянием между центрами тяжести самолета с топливом и самолета без топлива

Эта формула не учитывает возможность выработки с левых и правых баков по-разному. Такое маловероятно, но не невероятно, то есть все же вероятно. Поэтому все баки, левые и правые, должны рассматриваться как разные источники момента, влияющего на центровку самолета и на безопасность полета.

Если рассмативать каждый бак по отдельности, выявленная ранне формула примет следубщий вид:

А вес самолета без топлива будет определяться выражением:

Возникает вопрос, почему бы без таких формул и выражений узнать вес самолета без топлива, посмотрев ТТХ самолета. Дело в том что, здесь имеется ввиду, не сухой вес самолета, а вес только без топлива, но с грузом и «пассажирами». Поэтому

Но это постоянство только для одного полета, от начала до конца. И конечно же

За исключением случаев десантирования большого количества живой силы и тяжелой техники. В таком случае даже масса самолета с грузом не может являться постоянной величиной на протяжений всего полета.

Ранне бала выявена завсимость между количесвом топлив в баках и центровкой. Но формула:

не учитывает возможность того что в полете топливо из правх и левх баков может расходваться по разному. Формула зависимость расстояния между плоскостями, центра масс самолета без топлива и самолета с топливом, от израсходованного топлива выглядит следующим оразом.

Число в индексе означает номер бака согласно рисунку. А буквой «і» в индексе обозначено массовое количество израсходованного топлива. «m» без «і» — начальное массовое количество топлива б баке.

Делись добром 😉

Анализ тягово-скоростных и топливно-экономических свойств грузового автомобиля

8.2 Определение эксплуатационного расхода топлива

Для определения эксплуатационного расхода топлива Qэ при движении автомобиля на высшей передаче по дороге с асфальтобетонным покрытием: 1) задаемся максимальным значением скорости движения в соответствии с Правилами дорожного движения…

Организация планирования технического обслуживания машинно-тракторного парка с разработкой технологической карты снятия шкворня поворотной цапфы автомобиля ЗиЛ-433180

1.3 Расчёт среднегодового расхода топлива по маркам тракторов

Определение среднего годового расхода топлива GTi в кг(л) производим в соответствии с формулой: ,(2) где qi — ориентировочный средний удельный расход топлива тракторами в кг/усл. эт.га, приведённый в приложении 2 [1]…

Организация планирования технического обслуживания машинно-тракторного парка с разработкой технологической карты снятия шкворня поворотной цапфы автомобиля ЗиЛ-433180

1.8 Построение интегральных кривых расхода топлива

Рассмотрим построение планов графиков проведения ТО и ремонта тракторов. Для построения 12-и графиков расхода топлива имеющегося парка тракторов систему координат располагаем на 23 листа формата А1…

Производственно-финансовая деятельность автотранспортного предприятия

4.1 Расчет среднегодовых норм расхода топлива для ПС

Линейная норма расхода топлива на 100 км пробега и норма на 100 ткм транспортной работы определяется согласно [2] За 1 день работы автомобиль расходует: (36) При работе в зимнее время расход топлива увеличивается на 10 % и составит за сутки:…

Разработка вариантов международной автомобильной перевозки груза по маршруту Череповец-Стамбул

4. Расчет нормативного расхода топлива

Qн — нормативный расход топлива, л; S — пробег автомобиля или автопоезда, км; Hsan — норма расхода топлива на пробег автопоезда л/100км; Hs — базовая норма расхода топлива на пробег автомобиля. ..

Расчет расхода топлива, стоимостной оценки ГСМ, токсичности отработавших газов автомобиля ЛАЗ-А141

1. РАСЧЕТ РАСХОДА ТОПЛИВА

…

Расчет расхода топлива, стоимостной оценки ГСМ, токсичности отработавших газов автомобиля ЛАЗ-А141

1.1 Расчет расхода топлива по действующим нормам

В действующих нормах, установленных для Украины приказом Министерства транспорта и связи Украины от 10.02.98г. № 43…

Расчет расхода топлива, стоимостной оценки ГСМ, токсичности отработавших газов автомобиля ЛАЗ-А141

1.2 Расчет расхода топлива по методике проф. Говорущенко Н.Я.

Определяется линейная норма расхода топлива для груженого и порожнего автомобиля в зависимости от скорости движения автомобиля. Расход топлива определяется по формуле (1.2) где Va — скорость движения автомобиля, км/ч; А, В…

Расчет тепловозной тяги

8. РАСЧЕТ РАСХОДА ТОПЛИВА ТЕПЛОВОЗОМ

Расход топлива тепловозом на данном участке пути определяем на основании предварительно построенных диаграмм скорости и времени и имеющихся для каждой серии тепловозов экспериментальных данных об удельном расходе топлива при том или ином. ..

Совершение очистки дизельного топлива грузового автомобиля

2.3 Расчет расхода топлива автомобилями

Индивидуальные нормы расхода топлива применяют внутри хозяйства автотранспортного предприятия. Они являются основанием для списания топлива, израсходованного в целом, как хозяйством, так и водителями, работающими на конкретных автомобилях…

Совершение очистки дизельного топлива грузового автомобиля

2.4 Расчет норм расхода топлива для автомобиля ЗИЛ-133 ГЯ

На бортовом грузовом автомобиле ЗИЛ-133 при общем пробеге L=180 км выполнена транспортная работа Р=450 ткм. Фактический расход топлива Qф составил 64,8 л. Необходимо определить эффективность использования топлива на данной работе…

Сравнение основных показателей тепловозной и электрической тяги (ТЭМ2У и ВЛ40)

4.1 Определение расхода топлива тепловозом на тягу поездов

Расход топлива тепловозом можно определить двумя способами: по данным ПТР и, выполненной тепловозом, механической работы: а) определение расхода топлива тепловозом Е по данным ПТР можно выполнить по следующей зависимости. ..

Тепловой расчёт двигателя Д-120 и расчет эксплуатационных показателей трактора Т-30А

3.10 Определение удельного крюкового расхода топлива

Удельный расход топлива, соответствующий тяговой мощности трактора…

Тяговые расчеты для магистральных железных дорог

7.1 Определение расхода дизельного топлива тепловоза

Расход дизельного топлива тепловозом при движении по заданному участку определяют по формуле, кг: (33) где — расход топлива за I мин. при движении тепловоза в режиме тяги при i-ом положении рукоятки контроллера машиниста, кг/мин; приводятся в [2…

Тяговые расчеты тепловоза 2ТЭ10М

8 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ТОПЛИВА ТЕПЛОВОЗАМИ

Расход дизельного топлива на заданном участке определим по формуле ( 8.1 ) где — расход топлива тепловозом на максимальной позиции контроллера машиниста, ; — время движения поезда в режиме тяги, ; — расход топлива на холостом ходу…

7 ответов, которые вы должны знать — Lambda Geeks

Расход авиационного топлива

В общем, топливо — это материал, который сжигается для производства энергии или тепла. Топливо — это термин, используемый в авиации для обозначения керосина, который используется для питания авиационных двигателей. Количество топлива, сожженного во время полета, называется расходом авиационного топлива, хотя резервные процессы не включаются в расход топлива для этого проекта. Разница масс между взлетным и посадочным весом самолета равна массе топлива самолета.

Сначала давайте вкратце узнаем об авиационном топливе.

Топливо для самолетов | Авиационное топливо

Существует несколько различных типов авиационного топлива , которое используется. Jet A и Jet A-1 представляют собой бесцветное и легко воспламеняющееся топливо на основе керосина, которое используется в самолетах с газотурбинными двигателями. Еще одним видом топлива является авиационный бензин (AVGAS), который используется только в крошечных самолетах с поршневыми двигателями. Большие самолеты используют топливо на основе керосина, потому что у керосина более высокая температура воспламенения, чем у бензина. Бензин неэффективен и не дает такого же количества электроэнергии, как керосин. Средняя национальная цена на топливо Jet-A составляет 4,42 доллара за галлон по состоянию на май 2021 года, хотя цены часто колеблются в зависимости от различных факторов.

В этой статье основное внимание уделяется расчету расхода авиационного топлива, чтобы раскрыть самый сокровенный секрет современной коммерческой авиации. Расход топлива самолетом на одного пассажира и 100 километров полета быстро падает по мере увеличения дальности полета, пока не достигнет почти постоянного уровня около среднего диапазона. Расход топлива резко возрастает на больших расстояниях, когда требуется уменьшение груза.

Влияние дальности полета и полезной нагрузки на расход авиационного топлива на морскую милю

Удельный расход топлива самолета

Расход топлива показан на диаграмме характеристик двигателя как расход топлива/час, а расход топлива указан как удельный расход топлива в технологическом процессе (SFC). Его определение выглядит следующим образом:

[латекс]SFC = \frac{Топливо\, расход\, скорость\, дюймы\, Ньютоны\, в\, час}{BHP\, дюймы\, кВт}[/латекс].

Выходная мощность поршневого или турбовинтового двигателя может быть получена как мощность на валу двигателя. Когда используется система FPS, она называется BHP и измеряется в HP, в качестве единицы измерения SI используется кВт. С другой стороны, тяга, создаваемая турбовентиляторным или турбореактивным двигателем, измеряется в фунтах в системе FPS и в ньютонах в единицах СИ.

Удельный расход топлива реактивного двигателя определяется следующим образом:

[латекс]SFC = \frac{Топливо\, расход\, расход\, дюйм\, Ньютон\, на\, час}{Тяга\, дюйм\ , Newton}[/latex]

Вспомним, что такое тяга, и разберемся, какую роль она играет в топливной эффективности самолета.

Сила, которая толкает самолет в воздухе, известна как тяга. Это сила, которая позволяет самолету лететь, преодолевая сопротивление. Поскольку тяга равна сопротивлению в крейсерском полете, самолет не ускоряется. Тяга создается за счет разгона газовых масс в воздушно-реактивных двигателях. Согласно закону Ньютона 3 ^rd , сила генерируется в направлении, обратном направлению ускорения. Топливо сжигается в камере сгорания, и к газу добавляется тепло. Газ расширяется и ускоряется, выходя из задней части двигателя, толкая самолет вперед.

Как рассчитать расход авиационного топлива?

Удельный расход топлива Воздушный винт

Воздушный винт преобразует мощность двигателя в тягу. Может иметь от 2 до 4 лопастей, в зависимости от мощности двигателя и условий эксплуатации. При необходимости для некоторых применений также используется специальный гребной винт с лопастями 5/6.

Удельный расход топлива реактивного двигателя известен как BSFC и обозначается следующим образом, чтобы отличать конкретный расход топлива поршневого или турбовинтового двигателя от расхода реактивного двигателя.

[латекс]BSFC = \frac{Топливо\, расход\, расход\, дюйм\, Ньютон\, в\, час}{BHP\, дюйм\, кВт}[/latex] ; с единицей Н/кВт-ч.

BSFC часто выражается в метрических единицах как мг/Вт-с.

Удельный расход топлива при торможении (BSFC) | Мощность Удельный расход топлива (PSFC)

Топливная эффективность любого первичного двигателя, который сжигает топливо и обеспечивает вращение или мощность на валу, измеряется с помощью BSFC, используемого для анализа эффективности двигателя внутреннего сгорания с валами o/p. Это рассчитывается путем деления скорости потребления топлива на количество произведенной энергии. По этой причине он также известен как удельный расход топлива. Удельный расход топлива при торможении можно использовать для прямого анализа или сравнительных исследований топливной экономичности различных двигателей в промышленности.

Расход топлива для реактивных самолетов

Воздушно-реактивные силовые установки, известные как реактивные двигатели, используются для приведения в движение самолетов. Компрессор сжимает воздух, и тепло подается в камеру сгорания до того, как воздух выходит через турбину, которая приводит в действие компрессор. Избыточная энергия преобразуется в тягу. Цикл Брайтона — это термодинамический принцип.

Турбина также приводит в действие лопасти вентилятора в турбовентиляторных двигателях, ускоряя окружающие воздушные массы, обходящие двигатель. Коэффициент двухконтурности — это отношение масс воздуха, которые проходят мимо двигателя, по сравнению с массами воздуха, которые проходят через него, поскольку двигатели с высоким коэффициентом двухконтурности оказались более экономичными, они будут становиться все более популярными в будущем.

Тяга Удельный расход топлива означает удельный расход топлива турбовентиляторного или турбореактивного двигателя.

[латекс]BSFC = \frac{Топливо\, расход\, расход\, дюйм\, ньютон\, в\, час}{Тяга\, дюйм\, ньютон}[/латекс].

Имея единицу измерения в часах ^-1 .

Удельный расход топлива по тяге (TSFC)

Экономия топлива конструкции двигателя с точки зрения выходной тяги известна как удельный расход топлива по тяге (TSFC).

Поскольку масса топлива не зависит от температуры, она используется вместо объема (галлоны или литры) для измерения топлива. При максимальной эффективности КТР воздушно-реактивных двигателей примерно пропорциональна скорости истечения.

Характеристики TSFC типичных авиационных двигателей (Mattingly 1996, p.29)

Влияние высоты на TSFC

разница температур между максимальной внутренней температурой (ограниченной материалом двигателя) и температурой наружного воздуха приносит пользу реактивным двигателям. В результате КПД реактивного двигателя будет расти с высотой, пока не достигнет слоя тропопаузы, и, как следствие, следует прогнозировать уменьшение TSFC с увеличением высоты. Однако оценка литературы этого не отражала.

Кроме того, поскольку реактивные транспортные самолеты часто летают в стратосфере, где температура остается постоянной с высотой, в стратосфере, где летают эти самолеты, ожидаются незначительные колебания TSFC с высотой.

Влияние скорости на TSFC

Скорость полета также является важным фактором для реактивных двигателей. Скорость истечения струи уравновешивается скоростью полета воздуха. Более того, механическая мощность — это сила, умноженная на скорость, потому что работа — это сила (т. е. толчок), умноженная на расстояние.

Хотя номинальный SFC является одним из полезных показателей эффективности использования топлива, он должен быть разделен на скорость, если сравнивать двигатели с различными скоростями, и максимальная дальность скорости достигается при постоянной тяговой эффективности, когда соотношение между скоростью и сопротивлением низкое, в то время как максимальная выносливость достигается при наилучшем аэродинамическом отношении.

Расход авиационного топлива в час | Норма расхода авиационного топлива

Расход топлива составляет от 3 до 4 литров на пассажира на 100 километров, что делает его самой дорогой статьей расходов авиакомпании (около 30 процентов от общих расходов). В результате одной из наиболее важных проблем в управлении авиакомпаниями является то, сколько топлива расходует самолет на одного пассажира. Для начала многие показатели, используемые для количественной оценки эффективности использования топлива на транспорте, часто сравнивают с отраслевыми «производственными» показателями. Сравнивая производство авиакомпании с количеством сожженного топлива, можно определить эффективность использования топлива.

Индикатор отрасли

Обычный бизнес авиакомпаний заключается в перевозке людей из пункта А в пункт Б. Количество перевезенных мест (или пассажиров), умноженное на расстояние, является традиционным показателем производительности. Давайте рассмотрим некоторые примеры этих индикаторов более подробно.

Формула потребления авиационного топлива

1. Доход Пассажиро-км (RPK). / Выполненный пассажиро-километр. (PKP): Коммерческий пассажир получает компенсацию от авиакомпании, а 1- RPK представляет собой перевозку одного человека на расстояние 1 км.
2. Доступное место-километр (ASK): Одно ASK соответствует одному месту в полете на километр.
3. Коэффициент загрузки пассажира (PLF): PLF соответствует доле RPK и ASK.
4. Пассажирские тонно-километры: Давайте поймем это, используя приведенную ниже ссылку.
5. Грузовые тонно-километры: Давайте поймем это, используя ссылку ниже.

С 1968 по 2014 год средний расход топлива новых самолетов снизился на 45 процентов, что представляет собой совокупное годовое снижение на 1,3 процента с различной скоростью снижения. В 2018 году выбросы CO2 от пассажирских перевозок составили 747 млн ​​тонн, что соответствует 8,5 триллионам коммерческих пассажиро-километров (ПКК), или в среднем 88 граммов CO2 на ПКК. CO2/км 88 г соответствует 28 г бензина на километр или расходу топлива 3,5 л/100 км (67 миль на галлон США).

Каждую секунду Boeing 747 потребляет около 1 галлона топлива (около 4 литров). Он может потреблять 36 000 галлонов топлива в течение 10-часового пути (150 000 литров). Согласно веб-сайту Boeing, 747 потребляет около 5 галлонов топлива на милю (12 литров на километр).

Учтите, что Боинг 747 может перевозить до 568 пассажиров. Давайте назовем это число 500 человек, чтобы учесть тот факт, что в большинстве самолетов не все места заняты. Боинг 747 использует 5 галлонов топлива для перевозки 500 человек на 1 милю. Учитывая, что Боинг-747 летит со скоростью 550 миль в час (900 км/ч), самолет расходует 0,01 галлона на человека за каждую милю. В результате Боинг 747 обычно потребляет около 4 л/с, или 240 л/мин и 14 400 л/ч, и, например, это может потреблять 187 200 л/13 ч при перелете из Токио в Нью-Йорк.

Таблица расхода авиационного топлива | Сравнение расхода авиационного топлива

Тип авиакомпании	Литры на 100 пассажиро-километров
Бюджетный самолет	3. 18
Regional Aircraft	3.469
Charter Aircraft	4.47
Flag carrier Aircraft	3.405

Aircraft Fuel Consumption Table

Low-cost airlines have the best performance в пересчете на литров на 100 километров на одного пассажира. Как правило, поскольку недорогие автомобили являются одними из лучших по степени заправки, они расходуют наименьшее количество топлива на одного пассажира.

Например, предположим, что мы предположим, что авиакомпания выполняет 2-часовой рейс средней дальности на 200-местном узкофюзеляжном самолете. В этом случае эффективность составляет примерно 3,5 литра на 100 километров при коэффициенте загрузки 80%, но 3,15 литра на 100 километров при коэффициенте загрузки 90%. Литры на 100 км на одного пассажира не являются наиболее подходящим показателем для измерения эффективности использования топлива, поскольку, как указывалось ранее, на рис. влияет коэффициент нагрузки.

Количество миль, которое самолет может пролететь на одном галлоне топлива, называется экономией топлива. Это часто упоминается в дебатах о глобальном потеплении и долгосрочных целях удержания среднего потепления ниже 2°C. Для достижения этой цели необходимо резко сократить выбросы во всех секторах, а количество доступных мест в самолетах увеличилось более чем на 25% за последние 20 лет, и ожидается, что спрос будет расти примерно на 5% каждый год. .

Таблица расхода авиационного топлива Таблица расхода авиационного топлива; Источник изображения: IEA

Какие изменения вносят современные самолеты для снижения расхода топлива?

Прогнозируется, что к 2032 году мировой флот увеличится на 20 930 самолетов, в результате чего общее количество самолетов достигнет почти 40 000. По оценкам, спрос на авиационное топливо или потребление авиационного топлива, как ожидается, будет увеличиваться на 1,9–2,6 % в год до 2025 года. Отсутствие дополнительной системы смягчения последствий, запланированное развитие авиационной отрасли может увеличить ее долю в глобальных выбросах до 22 %. к 2050 году. Современный авиационный мир находится в поиске инновационных технологий, конструкций и материалов, которые могут повысить эффективность использования топлива в долгосрочной перспективе. За счет модернизации двигателя, улучшения аэродинамических характеристик и использования более легких материалов самолеты выбрасывают меньше углекислого газа.

Винглеты :

Винглеты — это небольшие устройства, которые соединяются с законцовками крыльев и используются для улучшения аэродинамической эффективности крыла путем создания дополнительного толчка за счет обтекания законцовки крыла. Они могут повысить летно-технические характеристики самолета на 10-15%. Крылышко, расположенное под небольшим углом к ​​набегающему ветру и окруженное закрученным потоком, создает «подъемную силу» крылышка, которая координируется внутри крыла и далее. Наконец, они могут сократить выбросы на 6% за счет снижения лобового сопротивления.

Почему самолеты со смешанным крылом потребляют меньше топлива?

Комбинированное крыло Boeing (BWB) с широким фюзеляжем в сочетании с крыльями с большим удлинением является аэродинамически более эффективным, поскольку весь самолет способствует созданию подъемной силы и имеет меньшую площадь поверхности. Он вызывает меньшее сопротивление и снижает вес из-за меньшей нагрузки на крыло.

Источник изображения: НАСА/компания Boeing, передовая концепция корпуса со смешанным крылом Boeing 2011 г. (обрезано), помечено как общественное достояние, более подробная информация доступна на Wikimedia Commons

Для надрегиональной позиции 110-130 Dzyne Technologies уменьшает толщину корпуса смешанного крыла, обычно слишком толстого для замены тонкого корпуса и более подходящего для больших самолетов, путем размещения самолета в корнях крыла, что позволяет расход авиационного топлива сократить на 20%.

Гибкая навигационная система

Заменив текущую навигационную систему самолета более точной модернизацией в реальном времени, самолет может противостоять неблагоприятным погодным условиям, таким как шторм, сильный ветер и другие опасные ситуации, улучшая характеристики благоприятных погодных условий и в соответствии с Согласно различным исследованиям, использование гибкой навигационной системы может сэкономить около 1,4 тонны CO2 за полет.

Непрерывный набор высоты | Операция непрерывного снижения

Тактика работы включает в себя непрерывный набор высоты и снижение (CCO и CDO), что позволяет самолетам следовать гибкому и оптимальному маршруту полета, что обеспечивает значительные экологические и финансовые преимущества. К ним относятся снижение расхода авиационного топлива, выбросов парниковых газов, шума и расходов на топливо, которые негативно влияют на самочувствие человека.

Что такое Double D8?

Double D8

В 2008 году Aurora Flight Science, Массачусетский технологический институт и Pratt & Whitney заявили о работе над концепцией конструкции коммерческого самолета под названием DoubleD8 (без двигателя под крыльями) в рамках проекта НАСА-Н+3. В этой концепции конструкторы решили расположить двигатель ближе к хвосту на верхней части корпуса самолета.

Источник изображения: NASA/MIT/Aurora Flight Sciences, MIT и концепт широкофюзеляжного пассажирского самолета Aurora D8 2010 года, помечен как общественное достояние, более подробная информация на Wikimedia Commons

Эта модификация сводит к минимуму аэродинамическое сопротивление и повышает эффективность использования топлива за счет снижения выбросов до 66% в течение 20 лет. Он также будет использовать на 37% меньше топлива, чем пассажирские самолеты, снизит уровень шума на 50% и сократит выбросы оксидов азота на 87% во время цикла посадки и взлета.

Узнайте о системах хранения авиационного топлива в предыдущих статьях здесь.

Чем самолет отличается от автомобиля по расходу топлива?

В наши дни мы видим много статей о загрязнении окружающей среды самолетами, но насколько это вредно по сравнению с автомобилем? В этом примере я сравниваю Боинг 787-9. оснащен двигателями GENX с Volkswagen Golf, который представляет собой автомобиль среднего размера. В качестве примера я взял маршрут из Амстердама в Нью-Йорк. Расстояние по большому кругу от Амстердама до Нью-Йорка составляет около 3200 морских миль (морская миля), и я предположил, что ветра нет.

Трасса Амстердам — ​​Нью-Йорк 3200 Нм на машине.

Предположим, мы едем на Volkswagen Golf из Амстердама в Нью-Йорк. Расстояние по большому кругу (кратчайшее расстояние от точки до точки на Земле) от Амстердама до Нью-Йорка составляет 3200 морских миль (морских миль), что составляет 5,926 км. Я посмотрел на сайте Фольксвагена и средний расход топлива этого автомобиля составляет 4,8 литра топлива на каждые 100 км (двигатель 1.0 TSI). Это означает, что он потребляет 5926/100*4,8=284,5 литров топлива. Это все при условии, что есть шоссе из Амстердама в Нью-Йорк, которое точно следует этому большому кругу.

Маршрут Амстердам — ​​Нью-Йорк на самолете смешанного класса.

Это немного сложнее, потому что расход топлива сильно зависит от массы самолета. Типичный B787-9в конфигурации смешанного класса имеет 290 мест. Допустим, все места заняты. Опрос EASA (Европейское агентство по авиационной безопасности) в 2009 году показал, что средний вес мужчины с ручной кладью составляет около 94 кг, а женщины — 75 кг. Соотношение мужчин и женщин в обычном полете составляет 70/30%. В сумме это дает массу пассажиров и ручной клади 290*0,7=203*94=19,082 кг для пассажиров мужского пола и 290*0,3=87*75=6,525 кг для пассажиров женского пола. Всего 25,607 кг.

В ходе того же опроса пассажиры брали в среднем 17 кг зарегистрированного багажа. Итого 17*290=4,930 кг. Таким образом, общая масса пассажиров и багажа равна 4,930+25,607=30,537 кг. Типичная сухая эксплуатационная масса (DOW) B787-9 составляет 132 000 кг (сухая эксплуатационная масса включает экипаж, багаж экипажа и кладовую). Масса нулевого топлива (ZFM) становится равной 132 000 + 30 537 = 162 537 кг. Далее мы должны добавить топливо.

Сначала нужно взять запас топлива. Количество резервного топлива включает в себя маршрутное (непредвиденное) топливо, альтернативное топливо и конечный резерв. Окончательный резерв топлива составляет 30 минут выдержки на запасном аэродроме на высоте 1500 футов, что составляет 2050 кг. Я взял международный аэропорт Филадельфии в качестве запасного аэропорта, расстояние между Нью-Йорком и Филадельфией составляет 82 морских мили. Альтернативное топливо становится 1.800 кг. Запас топлива по маршруту для этого рейса составляет 3% от посадочного топлива, что составляет 1000 кг, поэтому резерв топлива составляет 2,050+1800+1000=4,850 кг. Теперь мы можем рассчитать посадочную массу (LM), которая составляет 162,537+4,850=167,387 кг. С этой посадочной массой мы можем рассчитать топливо для полета, которое составляет 33 300 кг, а полет занимает 6 часов 49 лет.минут (круизная система дальнего действия с ступенчатым набором высоты 4000 футов). Наконец, мы должны запустить двигатели у выхода на посадку и вырулить на взлетно-посадочную полосу, на что уходит около 200 кг топлива, поэтому конечный расход топлива составит 33 500 кг.

Заключение.

На самолете требуется 33 500 кг топлива для перевозки 290 пассажиров с багажом из Амстердама в Нью-Йорк. Это 115,5 кг топлива на одного пассажира. Килограммы, конечно, не литры, поэтому нам нужно разделить количество килограммов на плотность реактивного топлива, которая составляет 0,8 килограмма на литр. То есть на одного пассажира мы сжигаем 115,5/0,8=144,4 литра авиакеросина. Нашему Фольксвагену потребовалось 284,5 литра топлива, значит, B787-9потребляет почти такое же количество топлива на пассажира, как при поездке с двумя людьми в машине из Амстердама в Нью-Йорк. Можно также сказать, что нам нужно 148 Фольксвагенов, чтобы перевезти 290 пассажиров в Нью-Йорк, и тогда мы сжигаем столько же топлива, сколько самолет.

Вся эконом-версия на 344 места

Я сделал такой же расчет для полностью эконом-версии B787-9 на 344 места. Тогда требуется 34 400 кг топлива для маршрута и такси. Это означает 124,3 литра авиакеросина на пассажира. В этом случае расход топлива на одного пассажира в самолете даже лучше, чем при езде с двумя людьми в машине. Или нам нужно 152 Фольксвагена, чтобы перевезти 344 пассажира в Нью-Йорк, и тогда мы сжигаем столько же топлива, сколько и самолет.

Заключительные замечания

Это основано на предположении, что информация на веб-сайте автопроизводителя верна и все места в самолете заняты. Автомобили, как правило, используют больше, потому что это сильно зависит от вашего стиля вождения. Согласно тестам в Autoweek (голландский автомобильный журнал), средний расход двигателя этого типа (1.0 TSI) на 74 826 км составил 5,3 литра на каждые 100 км. В этом случае наша машина израсходовала бы 314 литров топлива на поездку в Нью-Йорк, а самолет стал еще лучше. Таким образом, в среднем мы можем сказать, что в поездке из Амстердама в Нью-Йорк мы расходуем столько же топлива на одного пассажира, сколько при езде с 2-2,5 человеками в машине.

Между прочим, я полностью поддерживаю использование электрических самолетов и автомобилей для защиты окружающей среды.

Пять технологий на взлетно-посадочной полосе Post-Boeing Dreamliner

Сверхэффективные турбовентиляторные двигатели с редуктором, подобные показанному здесь во время сборки двигателя Pratt & Whitney PurePower, являются одной из многих стратегий, которые в настоящее время тестируются, чтобы помочь коммерческим самолетам стать более экономичными.

Фотография предоставлена ​​Pratt and Whitney

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Полмили на галлон может показаться ужасной экономией топлива, но для транспортных средств, перевозящих сотни пассажиров на большой высоте, это означает огромный прогресс в эффективности.

Для авиакомпаний США внутренние рейсы в настоящее время составляют в среднем 0,54 авиамили на галлон реактивного топлива (0,23 километра на литр), что более чем на 40 процентов больше, чем в 2000 году. Также был достигнут прогресс в отношении более тяжелых самолетов на международных рейсах: процентное улучшение до 0,27 миль на галлон (0,12 км/л)

И все же необходимо сделать гораздо больше. (Узнайте больше о повышении эффективности самолетов или пройдите соответствующий тест: «Чего вы не знаете о полетах и ​​топливе».)

Воздушный транспорт во всем мире растет настолько быстро, что глобальные выбросы углекислого газа от авиации, которые в настоящее время составляют всего 2-3 процента всего загрязнения CO2, могут увеличиться на 500 процентов к 2050 году, согласно одному из прогнозов. А для большинства авиакомпаний расходы на топливо превзошли затраты на рабочую силу, что составляет их самую большую статью расходов, около 40 процентов операций или 47,3 миллиарда долларов в прошлом году для американских перевозчиков. Возобновляемое топливо для реактивных двигателей доступно, но в настоящее время оно даже дороже, чем керосин на нефтяной основе, который он заменяет. (См. статьи по теме: «Поскольку цены на реактивное топливо растут, «зеленый вариант» приближается к взлетно-посадочной полосе» и «В США стартует первый коммерческий рейс на биотопливе».)

Вот почему авиационный мир присматривается к технологиям, формам и материалам, которые изменят полет гораздо более радикально, чем достижения, воплощенные в Boeing 787 Dreamliner, который до того, как он был остановлен в январе, был одним из самых экономичных коммерческих авиалайнеров в мире. . Dreamliner использует на 20 процентов меньше топлива на милю, чем Boeing 767 аналогичного размера, в основном благодаря улучшенной аэродинамике и использованию легких композитных материалов.

Компания Boeing также использовала мощную литий-ионную батарею, чтобы заменить некоторые механические компоненты электроникой, чтобы снизить вес самолета. Но два неприятных инцидента с батареями — один из них перегрелся на взлетно-посадочной полосе в Бостоне, а другой загорелся, что привело к аварийной посадке в Японии — привели к остановке всех 50 находящихся в эксплуатации лайнеров Dreamliner. Компания Boeing предприняла шаги по перемонтажу батарей, чтобы предотвратить их перегрев, а также поместит их в прочные стальные ящики, вентилируемые снаружи самолета.

В пятницу Федеральное авиационное управление США одобрило модификации, и ожидается, что Dreamliners скоро вернутся в воздух. На этой неделе Национальный совет по безопасности на транспорте США проводит слушания по делу об аккумуляторе.

В то время как Dreamliner приближается к тому, чтобы снова покорить небо, вот пять новых технологий, одна из которых дебютирует в течение нескольких месяцев, и которые могут значительно повысить эффективность использования топлива.

Турбовентиляторный двигатель с редуктором

Производитель двигателей из Коннектикута Pratt & Whitney, подразделение United Technologies, испробовал радикальный подход к повышению эффективности турбовентиляторных двигателей — добавил шестерню. Получившийся в результате двигатель с зубчатой ​​передачей вентилятора, который разрабатывался более десяти лет, может сократить расход топлива до 16 процентов. «Это огромное достижение», — говорит Мэгди Аттиа, профессор аэрокосмической техники в Авиационном университете Эмбри-Риддла во Флориде. «Это настоящий переломный момент».

Это была не новая идея. Honeywell много лет назад использовала редукторные двигатели для очень маленьких частных самолетов, но так и не усовершенствовала эту технологию. Вероятно, это потому, что это трудно сделать, говорит Аттиа. Через 18-дюймовую (45,7 см) коробку передач весом 250 фунтов (113,4 кг) проходит 30 000 лошадиных сил, а это означает, что нужно быстро управлять и выводить много тепла. И большинство авиационных инженеров не разбираются в коробках передач. Но Пратт сосредоточился на создании двигателя с редуктором, который работал, и отдача была огромной. Пять производителей, в том числе Airbus, Bombardier и Embraer, уже разместили заказы на 3500 двигателей PurePower. По словам Аттиа, производитель двигателей обычно должен продать 350 единиц, прежде чем он начнет окупать свои инвестиции в разработку нового двигателя. Таким образом, двигатель с редуктором уже пользуется успехом, задолго до его июньского дебюта на новых самолетах Bombardier серии C.

Pratt & Whitney заявляет, что линейка двигателей PurePower позволит сократить эксплуатационные расходы перевозчика на 20 процентов (или около 1,7 миллиона долларов на самолет в год), вдвое снизить уровень шума и сократить выбросы CO2 на 3600 метрических тонн в год.

Использование конструкции «смешанного крыла», показанной здесь на этом демонстрационном самолете Boeing X-48C Hybrid Wing Body, при использовании легких материалов может улучшить аэродинамику коммерческих авиалайнеров. (Подробнее об этом дизайне ниже.)

Фотография предоставлена ​​Pratt and Whitney

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Почему механизм повышает эффективность? Современные турбовентиляторные двигатели создают тягу, выбрасывая из своей активной зоны быстро движущиеся горячие газы. Но они также используют свои вентиляторы для проталкивания более медленного воздуха вокруг двигателя, поэтому он смешивается с более быстрыми горячими газами в задней части, увеличивая тягу. Обычно двигатели имеют степень двухконтурности 8:1; восемь фунтов воздуха, попадающего в двигатель, обходят сердечник на каждый фунт, который входит. Чем выше степень двухконтурности, тем больше тяга и эффективность двигателя. Редукторный двигатель Пратта имеет передаточное число 12:1. Вентилятор реактивного двигателя работает более эффективно на меньших скоростях, чем турбина активной зоны, а коробка передач позволяет им вращаться независимо друг от друга, каждый со своей оптимальной скоростью. Соответственно, двигатели PurePower имеют более крупные вентиляторы и меньшие по размеру и более легкие турбины.

Однако редукторный двигатель имеет свой уникальный набор проблем. Вентилятор большего размера не может быть установлен под крыльями существующих самолетов. Все самолеты, которые будут его использовать, будут новыми, разработанными специально для размещения более толстого вентилятора. Более того, в редукторах есть движущиеся части, соприкасающиеся с металлом, чего нет у реактивных двигателей. Аттиа ожидает, что это потребует от перевозчиков планировать более частые проверки и искать трещины и усталость, о которых им не нужно беспокоиться сейчас.

Первые двигатели PurePower предназначены для узкофюзеляжных самолетов. Но Аттиа говорит, что их «истинный потенциал» был бы полностью реализован, если бы они использовались на более крупных самолетах размером 777. «При таком размере экономия была бы просто астрономической». Пратт в ответе по электронной почте на вопросы National Geographic News определенно указал, что более крупные двигатели находятся в разработке. В итоге. Пратт сказал: «Мы еще не объявили окончательный график выпуска широкофюзеляжного турбовентиляторного двигателя Pratt & Whitney Geared».

Композитная керамика

В то время как Пратт решил серьезно изменить конструкцию для повышения эффективности реактивного двигателя, другие исследователи сосредоточились на материалах, особенно на тех, которые обеспечивают более горячее сгорание. На самом деле, одним из основных способов повышения эффективности реактивных двигателей до сих пор является поиск способов сжигания топливно-воздушной смеси в камерах сгорания турбовентиляторных реактивных двигателей при более высоких температурах, а также разработка сплавов на основе никеля, которые могут противостоять нагреву. Но с этим подходом возникла проблема. «Мы достигли их термодинамического предела», — говорит об этих сплавах материаловед Роберт О. Ричи из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли Министерства энергетики США. Это около 1150°C (2102°F). «Если мы пойдем намного горячее, они (лопасти турбины двигателя) буквально расплавятся».

Итак, исследователи обратились к материалу, который можно найти в большинстве шкафов: керамике.

Некоторые детали двигателя, в том числе лопасти турбины, имеют керамические покрытия, но это не идеальное решение, поскольку покрытия могут отслаиваться, а также снижать эффективность лопастей, говорит Ритчи. Но детали, сделанные исключительно из керамики, могли выдерживать температуры от 1300°C до 1500°C (от 2372°F до 2732°F).

Однако, как известно каждому, кто когда-либо ронял чашку чая, керамика хрупка. С другой стороны, металлы обладают пластичностью; они гнутся до того, как сломаются. Но материаловеды разработали композитную керамику, армированную керамикой. Они добавили в смесь керамические волокна, придающие материалу пластичность.

До сих пор многое неизвестно о композитной керамике, в том числе о том, как лучше всего ее изготовить и улучшить ее свойства. Чтобы облегчить понимание, Ритчи недавно разработал сканирующее устройство, использующее трехмерную томографию, которая буквально просматривает материалы в режиме реального времени, когда они разрываются на части при температуре, достигающей более 1700°C (3092°F). Его устройство визуализации имеет разрешение полмикрона. (Для сравнения, диаметр человеческого волоса примерно 75 микрон). «Мы тестируем его до предела, чтобы увидеть, как он выходит из строя», — объясняет он. Эту информацию можно использовать для расчета прогнозируемого срока службы материала и того, насколько далеко его можно безопасно использовать. Это также позволяет ученым изменить состав композитной смеси, чтобы улучшить ее микроструктуру и сделать ее более прочной и надежной.

Ричи предсказывает, что в течение пяти-десяти лет будут использоваться коммерческие реактивные двигатели со значительным количеством деталей, полностью состоящих из керамических композитов, что позволит двигателям работать при более высокой температуре на несколько сотен градусов по Цельсию. «Сегодня мы рады, что сможем повысить температуру на 5°C (9°F)». Кроме того, топливная экономичность будет дополнительно улучшена, поскольку керамические детали должны снизить вес двигателя на 10–30 процентов. «Это действительно прорывная технология, — говорит Ричи.

«Двойной пузырь»

Может ли изменение формы фюзеляжа, культового трубообразного центрального корпуса самолета, повлиять на экономию топлива?

Компонент двигателя, разработанный для упомянутого выше космического самолета Reaction Engine Skylon, также может быть использован для повышения эффективности двигателей современных самолетов. (Подробнее см. ниже.)

Фотография предоставлена ​​Pratt and Whitney

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Так считают исследователи из Массачусетского технологического института (MIT). В рамках проекта, финансируемого НАСА, команда Массачусетского технологического института разработала концепцию под названием «двойной пузырь», которая по существу объединяет два фюзеляжа в один довольно пухлый. Он также имеет два двигателя, расположенных сзади. По словам Рича Уолса, ученого проекта НАСА, он предназначен для обеспечения части подъемной силы фюзеляжа, а не только крыльев, что позволяет ему иметь гораздо более тонкие и легкие крылья, изготовленные из материалов нового поколения.

Кроме того, задние двигатели поглощают поток воздуха в пограничном слое, что улучшает аэродинамическое сопротивление самолета. Итог: технология позволяет двигателям использовать меньше топлива при той же тяге, что и у обычного самолета.

Уолс считает, что двойной пузырь будет на 60-70 процентов эффективнее, чем современные пассажирские самолеты, хотя эти оценки частично основаны на предположениях, что выбранные материалы и конструкции к тому времени станут прочнее и легче. Половина этого прироста эффективности будет связана с новой формой, говорит Уолс, и почти половина этого прогнозируемого улучшения зависит от предположения, что крейсерская скорость самолета составляет 0,72 Маха, что немного меньше, чем сегодняшнее среднее значение, равное 0,8 Маха.

Более подробная оценка потенциала двойного пузыря будет проведена в конце этого года, когда прототип будет испытан в аэродинамической трубе в Исследовательском центре НАСА в Лэнгли в Вирджинии. Концепция Массачусетского технологического института возникла в результате проекта, который НАСА инициировало в 2008 году, поставив перед инженерными группами задачу изменить дизайн реактивных лайнеров, чтобы они использовали значительно меньше топлива. Компания Boeing также предложила концепцию в рамках программы НАСА, которая будет испытана в конце этого года в Лэнгли.

Концепт Boeing получил прозвище SUGAR, что означает дозвуковые (медленнее скорости звука) ультразеленые исследования самолетов. В SUGAR крылья расположены на фюзеляже и удерживаются на месте с помощью распорок, прикрепленных к шасси, как маленькие одномоторные Cessna. Инженеры Boeing считают, что с помощью современной вычислительной гидродинамики они могут свести к минимуму дополнительное сопротивление, вызванное стойками, что позволит сделать крылья длиннее, легче и выше, а это позволит снизить вес и сэкономить топливо. Более длинные крылья также снижают лобовое сопротивление, что дает еще одну экономию топлива. В целом, по оценкам Boeing, конструкция крыла с подкосами может снизить расход топлива примерно на 60 процентов.

Boeing также рассматривает возможность использования различных силовых установок. SUGAR Volt будет использовать гибридную систему питания с электрической батареей и газовой турбиной. Для взлета будут использоваться обычные реактивные двигатели, но крейсерский полет будет осуществляться на батареях. Другая версия — SUGAR Freeze, работающая на сжиженном природном газе.

Летающее крыло

Представьте себе коммерческий полет на самолете в форме бомбардировщика-невидимки B-2.

Авиационным инженерам давно известно, что силуэт «летающего крыла», также известного как «смешанное крыло», представляет собой высокоэффективную форму для бортовых транспортных средств с точки зрения подъемной силы и аэродинамического сопротивления. Но сигарообразный фюзеляж, с которым мы все знакомы, легче спроектировать, чтобы он выдерживал внешние силы, сохраняя при этом давление в кабине. Самолет со смешанным крылом, построенный с использованием обычных материалов и рам, действительно будет очень тяжелым. Но НАСА работает с Боингом над самолетом со смешанным крылом, используя легкие композиты.

В течение последних шести лет в рамках проекта летных испытаний, завершившегося только в этом месяце, НАСА и Боинг проводили воздушные исследования концепции с использованием беспилотника X-48 с дистанционным пилотированием и смешанным крылом. Работа с беспилотным летательным аппаратом позволила исследователям решить такие вопросы, как преобразование планера, чтобы он лучше справлялся с защитой от шума двигателя с земли, — улучшение, которое будет иметь ключевое значение для получения признания таких самолетов в сообществах вблизи аэропортов.

НАСА сообщает, что в сотрудничестве с Boeing они разработали метод производства самолета со смешанным крылом размера 777, который будет по крайней мере на 50 процентов более эффективным. Прочные, но легкие стержни из углеродного композита будут использоваться для структурного каркаса крыла. Его кожа будет сделана из ткани из углеродного волокна, сшита вместе, а затем покрыта эпоксидной смолой, чтобы сделать ее жесткой. Дизайн преодолевает большое препятствие, потому что чем легче ткань, тем менее устойчива она к повреждениям. Вот тут-то и вступает в дело сшивание. «Если в композитной конструкции образовалась трещина, что остановит ее рост? Сшивание — это решение с малым весом», — объясняет Уолс.

В то время как концепции других проектов под руководством НАСА, двойного пузыря и самолетов SUGAR, вряд ли поднимутся в небо в ближайшее время, реактивные самолеты со смешанным крылом могут стать коммерчески жизнеспособными в течение нескольких лет, говорит Уолс. «Годы исследований позволили нам опередить игру в этом вопросе», — говорит он.

Высокоскоростной теплообменник

После вывода из эксплуатации Concorde в 2003 г. ни один гражданский самолет не летал со скоростью, превышающей скорость звука (1 Мах). Но британская Reaction Engine стремится построить Skylon, космический самолет, который будет развивать скорость до 5 Маха и доставлять любой пункт назначения на Земле не более чем в четыре часа.

Reaction заявляет, что их двигатель Sabre, который будет работать как реактивный двигатель в атмосфере и как ракета в космосе, сможет летать намного быстрее, чем современные военные сверхзвуковые самолеты, скорость которых ограничена 2,45 Маха. (См. Соответствующую статью: «Первый зеленый сверхзвуковой реактивный самолет, запущенный в День Земли». ) Это потому, что воздух сначала должен быть сжат, прежде чем он войдет в ядро, и попытка сжать достаточное количество воздуха для достижения более высоких скоростей производит тепло плавления металла.

So Reaction разработала теплообменник, предварительный охладитель, который имеет спиральную матрицу трубок, каждая из которых имеет толщину стенки всего 27 микрон, чтобы сделать его легким. Теплообменник Reaction может охладить воздух с 1000°C до -150°C (от 1832°F до -238°F) за сотую долю секунды или быстрее, чем мгновение ока. Однако столь быстрое охлаждение чего-либо до ледяной температуры может привести к образованию инея и блокировке двигателя. Но Reaction также разработала технологию, предотвращающую образование инея. Из соображений конкуренции не сообщается, как это было сделано, но технология была сертифицирована в конце прошлого года Европейским космическим агентством.

При чем здесь повышение эффективности самолетов? В Reaction говорят, что теплообменник можно установить внутри существующих дозвуковых двигателей, чтобы повысить их эффективность на 5-10 процентов. Турбина реактивного двигателя приводит в действие его компрессор. Но если воздух, поступающий в компрессор, охлажден, для его сжатия требуется меньшая мощность. Это означает, что без повышения температуры в камере сгорания турбина будет создавать избыточную мощность, которую можно использовать для создания большей тяги. Аттиа из Embry-Riddle говорит, что необходимо учитывать вес и стоимость, «но принцип действительно очень умный».

Представитель Reaction Engines говорит, что работающая коммерческая версия теплообменника может появиться на рынке, «как только кто-нибудь захочет». На данный момент это всего лишь одна из новых технологий повышения эффективности, ожидающая долгой взлётно-посадочной полосы; История показала, что процесс проверки и внедрения новых идей в авиации происходит гораздо медленнее, чем скорость звука.

Этот рассказ является частью специальной серии , посвященной проблемам энергетики. Чтобы узнать больше, посетите The Great Energy Challenge .