O longo comprimento de uma fuselagem de avião garante fluxo turbulento na estação das janelas da cabine, de modo que sua única contribuição para o arrasto por atrito são os espaços entre metal e policarbonato. A transição de um laminar para uma camada limite turbulenta acontece antes do início das janelas. No Classic Fluid Dynamic Drag, de Sighard Hoerner, encontramos no Capítulo V essas figuras sobre o arrasto das imperfeições superficiais:
O tamanho das lacunas e a pressão dinâmica em sua localização impulsionam sua contribuição de arrasto. Vamos supor que as janelas tenham 0,4 m de altura, as ranhuras de 2,5 mm (0,1 ") de largura e rasas o suficiente para ter um coeficiente de arrasto de 0,008. Suponhamos ainda que falamos de um Boeing 747-200 com 100 janelas por lado e restringir o cálculo de arrasto ao fluxo cruzado sobre a parte vertical das aberturas. A área de abertura total de todas as aberturas é de $ 2 \ cdot100 \ cdot2 \ cdot0.4 \ cdot0.0025 $ = 0.4 m² ou 0.078% da área de referência do 747. A Wikipedia fornece o coeficiente de arrasto parasitário do Boeing 747 como 0,022, de modo que as janelas contribuem com um tres e cinco hundreth
Mas há outra fonte de arrasto: as janelas são mais pesado que o metal que eles substituem , e carregá-los aumentará o arrasto induzido. Se nós assumirmos novamente 200 janelas para um Boeing 747-200 com 7 kg cada (estes são de pré- tempos de policarbonato!), eles pesam um total de 1,4 toneladas. Este é 0,8% de sua massa vazia e equivalente a 12-14 passageiros . Para descobrir o impacto dessa massa em um voo de longo alcance acima de 6000 NM, podemos usar a equação de Breguet ; uma vez com e uma vez sem as 1,4 toneladas de massa adicional. A massa vazia do Boeing 747-200 mais 50 toneladas de carga útil é de 228.100 kg, sua L / D é 16, a queima específica de combustível de seus motores JT-9D-7 é de $ b_f $ = 0.0000184 kg / Ns e a velocidade de cruzeiro é Mach 0,84, o que equivale a $ v $ = 250 m / s em FL 350:
$$ m_1 = m_2 \ cdot e ^ {\ frac {R \ cdot g \ cdot b_f} {v \ cdot L / D}} $$
Quando usamos $ R $ = 11,112 km e executamos isso com massas de pouso $ m_2 $ = 228.100 kg e novamente com $ m_2 $ = 226.700 kg, a diferença em $ m_1 $ é maior por um fator de 1,65 (o as massas de descolagem $ m_1 $ são 376,584 kg com e 374,237 kg sem janelas), de modo que transportar as janelas em torno do custo do Boeing 747-200 911 kg de combustível ou 0,61% do total de massa de combustível por voo. Isso é um cento e sessenta terceiro do arrasto total - ainda não muito, mas quarenta vezes mais que a contribuição absoluta das janelas para o arrasto por atrito (se assumirmos que o 747 voa no ponto polar para um alcance ótimo ).
Isso explica por que conversões de aviões para cargueiros quase sempre substituem as janelas por placas de metal, mas não se importam muito com as lacunas que eles deixam. No caso do 747 na foto abaixo, eles são grandes o suficiente para serem visíveis de longe.
Uma conversão de passageiro para cargueiro Boeing 747 da Japan Airlines com conectores de janela de alumínio. (Crédito da foto: Flickr)
