Por que os aviões a jato nunca são projetados com uma velocidade de cruzeiro mais lenta?

De fato, há um benefício em voar mais devagar, mas a aeronave precisa ser projetada dessa maneira para lucrar com velocidades mais lentas. Você pode ver que a varredura de asa foi ligeiramente reduzida nas aeronaves mais modernas, mas isso também se deve a melhores perfis aerodinâmicos com maior início de subida de arrasto do Mach.

Mas algumas coisas também custam mais quando você desacelera: você precisa pagar à tripulação por mais horas e a aeronave não pode ser utilizada com tanta frequência. Transportar o mesmo número de passageiros requer mais aeronaves quando voam a uma velocidade mais baixa. A relação custo x velocidade não é linear, mas deve ter um mínimo abaixo dos pontos operacionais de hoje. Aeronaves com velocidade de cruzeiro de design mais lenta podem ser mais leves e menores para a mesma carga, mas, por enquanto, as companhias aéreas não têm a opção de jatos lentos ou rápidos; todos os fabricantes tentam projetar seus aviões de longo alcance por pelo menos Mach 0.83.

Isso tem muito a ver com marketing: as aeronaves com velocidade mais alta mostrarão um tempo de viagem mais curto na mesma distância e, portanto, aparecerão primeiro nos sistemas de reservas das agências de viagens. Obviamente, agora você argumentará que a maioria das pessoas reserva na Internet e tentará obter o menor custo, independentemente do tempo de viagem. Verdadeiro. Mas esse não é o tipo de cliente que as companhias aéreas buscam. Seu lucro provém de pessoas da Primeira e da Classe Executiva, e estas ainda são reservadas predominantemente por agentes de viagens. Portanto, a Airbus e a Boeing tentam comercializar seus aviões como os primeiros nas telas Amadeus e Sabre.

Se você decidisse otimizar uma configuração para obter a melhor eficiência de combustível, chegaria a algo próximo ao Projeto MIT D8 or Estudo sobre o açúcar da Boeing. Observe que ambos são projetados para voar um pouco mais devagar do que os aviões atuais no Mach 0.72. Esses designs são para um mundo em que o combustível custa 200 USD por barril ou mais, enquanto os designs atuais são baseados nos preços esperados no momento do início do design.

Quando os preços dos combustíveis eram baixos, o velocidade ideal para o melhor desempenho de transporte estava de fato acima do Mach 1. o Vickers VC-10 do 1964 ostentava um cruzeiro máximo Número Mach de 0.886 e ainda detém o recorde de travessia comercial mais rápida do Atlântico. Quando concórdia foi desenvolvido, o consenso geral era de que futuras viagens aéreas seriam supersônicas. Somente o salto nos preços do petróleo após o Crise do petróleo 1973 coloque esses planos para descansar. Hoje, grandes jatos executivos podem cruzeiro até Mach 0.935 porque seus proprietários estão menos preocupados em economizar dinheiro voando mais devagar. Tecnicamente, ainda há espaço para cruzeiros acima do Mach 0.85; é a economia que retém os aviões.

Se as companhias aéreas tivessem a liberdade de escolher o número ideal de Mach, hoje escolheriam uma velocidade entre Mach 0.78 e 0.82 com os preços dos combustíveis em torno de 50 USD por barril. Observe que este é o intervalo de números Mach de design para jatos regionais qual voar lúpulo curto em que o aumento no tempo de viagem a partir da velocidade reduzida é insignificante. Além disso, especialmente em tempos de companhias aéreas com preços altos de combustível operar suas artes em velocidades mais baixas para economizar combustível. Mas se você seguir este link, você aprenderá que as empresas de aviões não têm essa liberdade.

Em relação ao arrasto:

O arrasto não aumenta com o quadrado da velocidade. Quando plotado sobre velocidade, o arrasto de um avião descerá primeiro, atingirá um mínimo e só então aumentará. Aviões voam perto de esse mínimo, e voam alto para mudar esse mínimo para o número Mach mais alto possível de voo. Eles fazem isso voando em um ar menos denso, o que requer voar em uma altitude em torno de 30.000 - 40.000 ft. Um benefício adicional ao voar tão alto é a temperatura mais baixa do ar, o que torna o motores mais eficientes.

Resposta curta: ninguém quer um avião lento.

Resposta longa: Embora possamos falar sobre eficiência do motor o dia inteiro, devemos lembrar que os aviões são projetados mais para missões do que para a ciência em muitos aspectos. Se considerarmos o fato de que aviões de modo geral são construídos para mover coisas (pessoas / carga) para longe e rápido, não há muito caso de uso presente para um avião lento, mas eficiente. Embora isso represente economia em termos de custo para o passageiro, a maioria das pessoas está disposta a pagar pela velocidade que um avião menos eficiente oferece. Talvez o melhor exemplo disso seja o Concorde ineficiente e caro que muitas pessoas estavam dispostas a pagar grandes somas de dinheiro para voar apenas para economizar uma questão de horas.

On long range flights, any fuel saving significantly increases the flight's profitability.

Esta é uma afirmação geral e não tenho certeza de que "significativamente" seja uma palavra apropriada. Embora a economia de combustível possa aumentar a lucratividade do ponto de vista de combustível, você o faz à custa de outras despesas. Por exemplo, a maioria das peças do avião é atendida com base nas horas de voo, portanto, para uma determinada estrutura / número de vôos, você aumentará seus gastos em inspeções, já que o avião provavelmente está gastando mais tempo no ar para mover uma determinada carga. Você também tem a questão de pagar à tripulação, o que pode reduzir custos. Considerando vôos longos (onde a tripulação faz o ciclo nas rotações de hora 8), você pode precisar de uma tripulação extra se o tempo aumentar significativamente.

Eu não tenho nenhuma estatística rígida sobre isso (mas vou procurar algumas). Suponho que há um risco de segurança envolvido em simplesmente passar mais tempo no ar. Se observarmos os acidentes por hora de vôo, o motivo é que, quanto mais tempo gasto no ar, maior a chance de um acidente, mas isso é um palpite.

Além das outras respostas mais técnicas, há outra razão pela qual as aeronaves não são projetadas para gastar mais no ar, em vez de ficar ociosas em qualquer extremidade da rota - pilotos e tripulação aérea têm um número máximo de horas permitidas estar "de plantão".

De acordo com as regras da FAA que regem as limitações de serviço, um piloto não pode passar mais do que entre as horas 9 e 14 em serviço, dependendo de certos fatores, como se há outros pilotos programados no mesmo voo. Além disso, um piloto deve ter pelo menos 10 horas de descanso ininterrupto entre os períodos de serviço.

Portanto, quanto mais lenta a aeronave voa, mais tempo ela está no ar - o que significa que são necessários mais pilotos para cobrir o mesmo voo.

Por exemplo, se uma aeronave leva horas 9 para fazer uma rota, de acordo com as regras da FAA, a mesma tripulação pode fazer uma pausa de descanso de uma hora 10 na outra extremidade e depois devolver a aeronave.

Porém, se a aeronave demorar horas 10 para fazer o percurso, a FAA exige que outra tripulação garanta segurança, mas as duas equipes devem fazer o intervalo de descanso obrigatório de hora 10 no final do voo e, em seguida, as duas equipes podem fazer o mesmo percurso de volta.

Você não salvou nada, mas está pagando por tripulantes extras.

As companhias aéreas e os fabricantes de aeronaves estão em constante conflito para tirar o máximo proveito de suas aeronaves a qualquer momento, enquanto órgãos de segurança como FAA, CAA, EASA e outros estão constantemente garantindo que as rotas que as companhias aéreas operam sejam seguro.

http://work.chron.com/duty-limitations-faa-pilot-17646.html

Primeiro, você deve perceber que o número de mach não é uma velocidade, mas uma relação relacionada à velocidade e temperatura do ar. Quanto maior a altitude, menos denso o ar. O ponto crucial de entender toda a situação velocidade versus eficiência está na diferença entre os diferentes tipos de velocidade no ar e como eles afetam a aerodinâmica e a velocidade do som. Portanto, não é o mais rápido você vai mas o superior você vai que aumenta a eficiência.

Diferentes tipos de velocidade no ar

A velocidade do solo está relacionada à velocidade real do ar (TAS), que é a rapidez com que você está se movendo pelo volume de ar, independentemente da densidade. Considerando que elevador e arrasto são determinados por indicado velocidade do ar (IAS), que é basicamente a rapidez com que você está passando massa de ar. Portanto, mantendo o mesmo IAS, à medida que você sobe, o TAS é maior, resultando em uma velocidade de solo mais rápida. Você deve manter o IAS acima do estábulo, para obter o máximo de TAS (melhor velocidade do solo), para voar na menor densidade de ar possível.

Velocidade do som

O avião é limitado, como você observa, pela velocidade local do som (LSOS), que é afetada pelo TAS e pela temperatura. Quanto mais alto você sobe, mais frio fica (até um certo ponto) e, portanto, menor o LSOS. Portanto, em um determinado IAS, quanto menor a temperatura do ar, maior o número de mach (mais próximo da velocidade do som).

Encontrar o ponto ideal

Como o elevador está relacionado ao IAS, o TAS é praticamente irrelevante para as asas, desde que você fique abaixo do ponto em que surgem problemas de LSOS. Você deve manter o IAS para que o levantamento seja igual à gravidade, para que não mude na mesma altitude. À medida que a altitude aumenta e a temperatura diminui, o TAS aumenta e o LSOS diminui. O número do mach é a razão entre esses dois. Portanto, há um ponto em que eles convergem e você não pode ir mais alto porque o seu TAS excederá o limite de mach da aeronave. Esse é o chamado "canto do caixão". Se você desacelerar, parar, se você acelerar, excederá o limite de mach. O ponto ideal para a eficiência será nesta área.

Resposta curta - a preços atuais de combustível, é a velocidade mais econômica do ponto de vista de custo / receita.

Os dois maiores custos de operação de um avião são o combustível, que seria reduzido por uma aeronave mais lenta e eficiente, e a utilização da estrutura da aeronave - O custo do avião dividido por quantas vendas de ingressos você obtém ao longo de sua vida útil, o que ser reduzido voando mais rápido. Além disso, a tripulação é paga por hora. Atualmente, o M0.85 ou um pouco menos é um ponto ideal nessas curvas, uma vez que a transonicidade faz com que o uso de combustível aumente mais agressivamente com a velocidade, mas projeta para aeronaves mais lentas e eficientes (motores de desvio ainda mais altos; motores de desvio ainda mais altos; asas de fluxo laminar com menor proporção de aspecto) não tiveram conceitos passados ​​porque sua lucratividade geral seria apesar dos custos mais baixos de combustível, especialmente quando você considera que os bilhetes precisariam ser vendidos por menos para fazê-los competir com voos mais rápidos nos aviões atuais.

Parte 1 da resposta: A eficiência máxima (requisito mínimo de empuxo / combustível) ocorre na velocidade da taxa máxima de elevação / arrasto. É determinado principalmente pelas asas, pois a eficiência do motor dos jatos em função da velocidade também é importante.

O arrasto sônico é outro fator, a maioria das aeronaves precisa de muita força para acelerar com o Mach 1. Aeronaves projetadas para experiência de vôo supersônico, diminuindo o arrasto acima do Mach 1 até que a pressão dinâmica, proporcional ao quadrado da velocidade, ultrapasse outros fatores.

Um caso notável foi o Lockheed F-104 com o modelo -19 do seu motor a jato J79. Com esse motor, sua eficiência de combustível em função da distância percorrida melhorou acima do Mach 1, pelo menos para o Mach 2 - Um relatório piloto disse que a queima de combustível para uma determinada distância percorrida era melhor em relação ao Mach 2. O piloto escreveu sobre o retorno do Texas à Flórida, fazendo o Mach 2 aos pés do 73,000, com o cruzeiro levando uma hora.

Para entender por que uma aeronave será mais eficiente quando voa mais rápido, você deve perceber que a aeronave fornece o ar que passa através de uma velocidade descendente. A mudança no momento desse ar é o que suporta a massa da aeronave. Cada quilograma de massa da aeronave produzirá uma força descendente de cerca de newtons 10. Isso deve ser equilibrado por uma mudança de momento de 10 kgms^-1 todo segundo.

Agora, embora a mudança de momento de uma dada massa seja proporcional à mudança de velocidade, a energia necessária para produzir essa mudança é proporcional à velocidade ao quadrado. (Em unidades SI, a energia é (mv²) / 2.) Portanto, a massa 1 kg pode ser suportada por 1 em segundo, acelerando 1 kg de ar para 10 ms^-1 ou acelerando 2 kg de ar para 5 ms^-1. Ambos suportam a mesma massa, mas o primeiro requer o 50 J de energia e o segundo 25 J. Assim, dobrando a massa de ar que suporta a aeronave, a energia necessária para isso foi reduzida pela metade.

Portanto, para obter a melhor eficiência possível, uma aeronave deve deslocar a maior massa possível de ar. No entanto, ele só pode afetar o ar pelo qual passa, portanto, para mover uma quantidade maior de ar, ele deve aumentar sua extensão de asa (é por isso que os planadores de alto desempenho têm asas muito longas) ou viajar mais rápido. Portanto, se todos os outros fatores permanecerem os mesmos, se uma aeronave dobrar sua velocidade, será necessário metade da energia para mantê-la. Além disso, ele viajaria duas vezes a distância, de modo que a energia e, portanto, o combustível necessários para percorrer uma distância unitária seriam reduzidos por um fator de 4.