Qual deve ser o tempo mínimo gasto em cruzeiros (por exemplo, um B737)?

Acima está um modelo simples para dividir o problema em sua forma mais simples. Claro que o modelo pode ser refinado. Supondo que para um vôo curto que a velocidade do solo não mude muito desde a decolagem até a aproximação final, torna-se aparente que alcançar o topo e descer imediatamente fornece o menor tempo queimando combustível (linha azul) e mais tempo com os motores ociosos. durante a descida.

Operacionalmente, você precisa de alguns minutos de cruzeiro para fins de ATC, abordagem de aproximação, etc. Assim, os 5 minutos mencionados por @CptReynolds em um comentário fazem sentido.

Refinando o modelo

* Meia escalada e meia descida.

Aqui o voo é dividido em segmentos de tempo iguais (mantendo a mesma suposição de 'velocidade de solo'). Eu levei em conta a menor taxa de descida, e a diminuição da taxa de subida / empuxo / fluxo de combustível quanto maior o jato sobe. Os números indicam as relações de fluxo de combustível (FF) por segmento de tempo.

Com números reais de FF, refinamentos adicionais podem ser feitos.

Manual real do Boeing 737 FPPM (voos < 500 NM)

(Clique para ver)

Aqui fica muito claro que quanto maior o voo curto (mesmo que um pouco), maior a altitude de cruzeiro. Não há um ponto em que haja um corte. E do lado direito: quanto mais leve o avião, mais alto ele deve cruzar.

Nota sobre a relação do cruzeiro FF ser fixada em 1,25: olhando para um 737 AFM, o FF não muda muito de FL250 para FL410 com o mesmo peso (2374-2458 lb / h / eng; o número Mach aumenta Apesar). Assim, para saltos curtos com níveis de cruzeiro mais baixos, eu mantive o cruzeiro FF para esse modelo simples.

Em voos de curto alcance: idealmente zero. Praticamente, alguns minutos são sensatos para fazer a transição entre a subida e a descida. Em vôos de longo alcance, inicialmente não há diferença real entre subida e cruzeiro, porque a aeronave sobe à sua velocidade ou perto dela para melhor alcance até ATC ou limites de envelope proibi-lo de ir mais alto. Observe que o Equação de alcance de Breguet requer que a aeronave suba até o final de seu vôo.

Sim, uma escalada precisa de mais combustível, mas também aumentará a energia potencial. Essa energia pode ser aproveitada voando em um ajuste de empuxo inferior durante a descida. Agora é importante a velocidade com que a aeronave sobe: se a velocidade do solo não for menor em uma subida do que em um cruzeiro, ela não perderá nada subindo.

Voar mais alto se traduz em um maior velocidade de solo para uma determinada velocidade indicada e uma melhora eficiência termodinâmica . Como a velocidade de cruzeiro mais eficiente é em um determinado coeficiente de elevação e na maioria dos casos um pouco abaixo da velocidade máxima do nível em aceleração máxima, voar rápido em baixa altitude é muito ineficiente. Ambos, a melhor velocidade de cruzeiro e a velocidade máxima, convergem com a altitude até ambos caem juntos no esquina do caixão .

Se a aeronave voa em melhor velocidade de alcance e empuxo total, o excesso de potência pode ser usado para subir. Este curta experiência Gedanken torna imediatamente atraente a subida - a aeronave cobre o mesmo terreno, melhorando a sua capacidade de voar mais rápido. Além disso, a aplicação do poder total provavelmente será melhorar a eficiência do motor um pouco.

Isso tornará a escalada maior mais atraente até você atingir um dos dois limites:

1. A temperatura pára de diminuir com a altitude, portanto, qualquer aumento na altitude não melhora eficiência termodinâmica , ou
2. O coeficiente do elevador de voo sobe acima do valor no cruzeiro ideal, para que a aeronave faça um cruzeiro menos eficiente ao voar mais alto.

Ambos os casos exigem muito empuxo e, em casos mais práticos os motores ficarão sem potência com a altitude antes que um dos dois limites seja atingido. Além disso, na maioria dos casos práticos, a aeronave voará um pouco mais devagar do que sua velocidade de alcance ideal, a fim de melhorar sua taxa de subida, por isso passará mais tempo em altitudes mais atraentes.

A altitude máxima em vôos curtos é determinada pela taxa de subida e taxa de descida: A aeronave vai subir até atingir a altitude e a distância até o destino em que o vôo em marcha lenta irá levá-lo até o destino . Em vôos mais longos, o desempenho do motor é o que limita a velocidade de subida, mas, idealmente, a aeronave deve continuar a subir à medida que elimina a massa, queimando combustível.