gewicht und treibstoffverbrauch

[d@ni!3l]

guten tag,

ich habe da ( mal wieder ) eine frage an euch und zwar glaube ich ,dass ich einen kleinen denkfehler habe : warum spart man bei einem leichteren flugzeug sprit?
also beim rollen( höherer widerstand ) ist mir das ja noch klar und dass ein schwereres flugzeug auch ne großere vr hat ist mir auch klar. aber das sind ja nur recht kurze momente, wie wirkt sich das in der luft aus ? soweit ich weiß ist es ja grob so ,dass der gewichtskraft des flugzeugs nur der auftrieb entgegen wirkt und der ist geschwindigkeitsabhängig bei gleichbleibender tragfläche. also ein leichteres flugzeug braucht weniger auftrieb, kann also langsamer fliegen - aber neuere flugzeuge fliegen ja nicht langsamer nur weil sie leichter sind. wo ist da mein denkfehler ? weil sprit sparen hieße ja weniger benötigte triebwerksleistung aber die kann ich mir nur erklären ,wenn der luftwiderstand des flugzeugs geringer würde, aber der bleibt ja gleich egal wie es innerhalb des flugzeugs aussieht. kann mich da jemand aufklären ?

mfg,

daniel

[EDML]

Die Erzeugung von Auftrieb verursacht Widerstand. Dieser induzierte Widerstand wächst mit dem Auftrieb. Daher hat ein schwereres Flugzeug auch mehr Widerstand und braucht mehr Treibstoff.

Der parasitäre Widerstand (Reibung und andere Faktoren) bleibt hingegen gleich.

Verstärkt wird dieser Effekt dadurch, dass die mögliche Flughöhe mit steigendenm Gewicht sinkt. In niedrigeren Höhen verbraucht man durch mehr Luftwiderstand (bzw. höhere Luftdichte) wiederum mehr Treibstoff.

Der Hauptfaktor ist aber der induzierte Widerstand.

Bei Langstreckenflügen (> 10h) geht das soweit, dass für jede Tonne Kraftstoff die man mehr mitnimmt der Verbrauch um 300-500kg steigt.

Gruß, Marcus

[EDDF]

Vielleicht hilft Dir auch diese triviale Betrachtung:

Erhöhst Du das Gewicht, brauchst Du bei konstanter Geschwindigkeit einen höheren Anstellwinkel um den Auftrieb entsprechend anzupassen. Das erhöht den Widerstand.

Alternativ kann man bei gleichbleibenden Anstellwinkel auch die Geschwindigkeit erhöhen, um mehr Auftrieb zu erzeugen. Erhöht ebenfalls den Widerstand.

Um bei Deinem Beispiel zu bleiben, wenn der Verkehrsflieger mit abnehmendem Gewicht die gleiche Geschwindigkeit fliegen will, muss er einfach seinen Anstellwinkel verkleinern. Da schien mir Dein Denkfehler ("gleichbleibende Tragfläche"?).

[d@ni!3l]

ah , an die sache mit dem anstellwinkel habe ich nicht gedacht, ich dachte das flugzeug könne mit gleichem anstellwinkel fliegen und somit würde der widerstand gleich bleiben. die sache mit der flughöhe habe ich nicht bedacht- klingt einleuchtend - danke

[EDDF]

Mit der "Flughöhensache" bin ich mir nicht so sicher:

Meines Wissens ändern sich Auftrieb und Widerstand linear zur Luftdichte. Heißt im gleichen Maße, der Effekt hebt sich auf.

Sprich der Widerstand in niedriger Flughöhe erhöht sich zwar bei gleicher Geschwindigkeit, allerdings erhöht sich auch durch die "dickere Luft" mein Auftrieb. Da ich das nicht brauche, kann ich jetzt entsprechend langsamer fliegen oder den Anstellwinkel reduzieren. Damit reduziert sich auch wieder im gleichen Maße der Widerstand.

Kompliziertes Thema, bitte berichtigen, wenn ich (wahrscheinlich ) falsch liege. Ist schon etwas länger her...

Dennoch bringt höheres Fliegen eine Spritersparnis. Triebwerke haben hier aufgrund der Kälte einen höheren Wirkungsgrad (Stichwort: Wärmemaschine).

Jettriebwerke arbeiten zudem effektiver, wenn sie sich die Luft nicht ansaugen müssen, sondern diese ihnen quasi zufliegt.
Also eher schnell fliegen.


Voilà meine Signatur:

[EDML]

Hi,
zur Flughöhe:

Was den Auftrieb angeht hast Du natürlich recht - der induzierte Widerstand ist von der Flughöhe relativ unabhängig.

Der parasitäre Widerstand dagegen (Widerstand des Rumpfes, Reibung etc.) sinkt bei dünnerer Luft. Man ist daher in größerer Höhe bei gleichem Fuel Flow schneller unterwegs.

Hinzu kommt der besserer Wirkungsgrad der Triebwerke in der Höhe. Der hängt übrigens in erster Linie mit dem Kompressorwirkungsgrad zusammen. Eine Gasturbine ist bei voller Leistung (ohne Drosselung) am effizientesten. Je höher man fliegt desto weniger muss man das Triebwerk drosseln (wegen der dünneren Luft).

Bei Langstreckenflügen steigt die optimale Höhe mit sinkendem Gewicht immer weiter an.

Gruß, Marcus

[EDDF]

Stimmt, der Rumpf. Ich war mehr in der Auftriebswelt des Flügels unterwegs... passt!

[d@ni!3l]

ui ,ist ja doch recht komplex, also war dieses von mir angedachte 4 vektoren-schema doch zu einfach ,aber jetzt habe ichs verstanden - vielen dank hierfür

[Catcher]

Schön zu sehen, dass auch mal Leute, die Ahnung haben hier unterwegs sind.

B2t: kann mich den beiden nur anschließen. Gut erklärt.

[Jan Itor]

@ EDML: Du musst bedenken, dass man bis zu einer gewissen Höhe mit konstanter IAS fliegt (d.h. die Luftdichte ist mit eingerechnet).

Später fliegt man mit konst. Mach, das heißt aber auch, je höher desto langsamer über Grund, da bei gleicher Machzahl die TAS und IAS abnimmt und dadurch wiederum der parasitäre Widerstand abnimmt (Glaube ich , is schon was her).
Allerdings sind die Triebwerke für eine optimale Drehzahl ausgelegt, die man im optimalen FL erreicht (meisten nahe Climbthrust).
_________________
Schon mein Fluglehrer sagte:"Heb nie ab vom Acker, ohne deinen Tacker."

[EDML]

Die konstante IAS gilt für die Climb Profiles (z.B. 250 IAS bis FL250 darüber M0.70).

Wenn man in großen Höhen nach Mach Zahlen fliegt, wird es sogar noch komplizierter.

Zum einen gibt es im transsonischen Bereich zusätzlichen Widerstand dadurch, dass kleine Bereiche des Flugzeugs schon im Überschallbereich sind.

Wenn man noch unterhalb der MMO ist kann man evtl. in größerer Höhe schon etwas schneller fliegen. Hier spielt wieder das Gewicht eine Rolle - je schwerer ich bin desto kleiner ist der nutzbare Geschwindigkeitsbereich in großen Höhen.

Fliegt man in größerer Höhe etwas langsamer sinkt dafür wieder der Fuel Flow. Der spezifische Verbrauch wird also kleiner und die Reichweite größer. Was man lieber macht (schnell oder sparsam) hängt davon ab wie weit man kommen muss und was man für einen Cost Factor / CI im FMS verwendet.

Bei den Triebwerken geht es, wie ich schon geschrieben hatte, um die Auslegung des Kompressors. Der arbeitet am effektivsten bei voller Leistung (oder 100% N1/N2). Sobald man die Leistung drosselt hat der Kompressor einen schlechteren Wirkungsgrad.
Das führt auch zu interessanten Verfahren in der Praxis: Wenn die US Coast Guard bei der Herkules die max. Endurance braucht (z.B. um über einem Schiff in Seenot auf die Helikopter zu warten) machen sie 2 der Triebwerke aus.

Gruß, Marcus

[EDML]

Noch ein paar Gedanken dazu:

Je schneller man wird desto größer ist der Anteil des parasitären Widestands.

Ich hatte die Werte gerade zur Hand:

Bei der Citation X rechnet man mit 2000 pph Fuel Flow in FL 430. Je 1000 ft mehr kann man 100 pph abziehen - das sind 5% für nur 1000ft Unterschied.

Die Citation X mit Winglets holt rd. 200nm mehr Reichweite (fast 7% !) allein daraus, dass sie schon mit MTOM direkt auf FL450 steigen kann und entsprechend weniger braucht.

Gruß, Marcus