Estamos na eficiência de velocidade máxima para aviões a jato em Mach 0.85?

Resposta curta: O aumento dos preços do combustível teria diminuído a velocidade mais econômica, mas os avanços na aerodinâmica compensaram isso e o número máximo de Mach do cruzeiro ainda está em Mach 0,85. Mas há uma razão muito mais simples para esse número Mach 0.85 parecer tão imutável.

Por favor, note que estamos falando sobre o número máximo de cruzeiros do Mach; todas as aeronaves voarão mais econômicas com números de Mach ligeiramente mais baixos entre 0,78 e 0,82.

Agora precisamos definir eficiência. Para os aviões de passageiros, esta é a capacidade de transporte por tempo e pode ser expressa pelo produto da carga útil, alcance e velocidade. Quando nenhum dos três constituintes puder ser alterado sem tornar o produto mais caro, você alcançou o ponto de melhor eficiência.

Tecnologia do Motor

A maior mudança nos últimos 50 anos foi na tecnologia de motores. As taxas de bypass aumentaram para valores próximos de 10, a temperatura de entrada da turbina é agora 300 ° C maior do que no início do jet age e o controle eletrônico melhorou especialmente o desempenho fora de projeto dos motores. Isso tornou menos atraente o aumento da velocidade de vôo, de modo que o cruzeiro ideal seria menor se nenhum outro efeito o influenciasse.

Outro efeito é o menor consumo de combustível. Os primeiros projetos tiveram que usar um acorde de asa alta para embalar volume de combustível suficiente para vôos transoceânicos. O consumo muito menor de motores modernos lhes deu faixas que são mais do que o necessário para alcançar todos os pontos da Terra diretamente. Isso permitiu reduzir a área da asa, a espessura e a massa e economizar o arrasto de fricção, ajudando a economia de combustível novamente. A espessura mais baixa ajuda a tornar possíveis números maiores de Mach.

Aerodinâmica

A aerodinâmica é o segundo fator. Com os aerofólios supercríticos do A310 foram introduzidos, eles mudaram o número de Mach em operação porque agora uma região limitada de fluxo supersônico na asa poderia ser tolerada sem um aumento significativo no arrasto. No entanto, o benefício disso foi usado para reduzir a varredura das asas, aumentar a espessura do aerofólio e fixar as fuselagens maiores nessas asas. No final, os aviões mais novos tinham os mesmos números de Mach de cruzeiro que os seus antecessores. Algo fez Mach 0.85 muito atraente para abandonar.

A verdadeira razão

Cada novo avião precisa competir com os modelos mais antigos. Na economia de combustível, isso não é problema, mas velocidade também é importante . Um número maior de Mach do cruzeiro permite tempos mais curtos para conexões. Agora você tem que saber que a reserva eletrônica systems listaria as conexões classificadas por tempo de voo, o mais curto primeiro. Quando um agente de viagens queria reservar um voo, ele raramente olhava além da primeira tela e selecionava um dos primeiros voos listados. Se um novo tipo fizesse o bilhete cair nas listas, era um não vendedor. Isso é verdade até mesmo nos horários de reservas on-line: as companhias aéreas não lucram muito com os caçadores de pechinchas em economia, seu alvo são os executivos que voam em negócios ou primeira classe. E esses ainda pedem principalmente através de agências de viagens, então as regras não mudaram. Este é o motivo pelo qual essa velocidade Mach 0.85 parece estar tão bem definida; voar mais rápido aumentaria o consumo de combustível de forma desproporcional, e até mesmo os jatos mais novos voarão em torno de Mach 0,82 a Mach 0,84.

Tornar esta velocidade possível ainda é uma luta para os engenheiros de projeto, especialmente quando você considera que aeronaves maiores precisariam de asas mais grossas para eficiência estrutural, mas precisam ser equipadas com asas mais finas do que ideais para permitir uma velocidade de cruzeiro de Mach 0,85.

Não é nada inerente a Mach 0.85; é o Mach 1, esse é o problema. A razão pela qual os aviões de passageiros geralmente estão entre Mach 0,8 e Mach 0,9 é devido ao número de Mach crítico da célula em questão. Quando a velocidade relativa de toda a aeronave está no número crítico de Mach, haverá uma parte da estrutura onde o fluxo de ar realmente atinge Mach 1. Isto é devido ao ar que se acelera ao redor da estrutura da aeronave à medida que a célula se move pelo ar. O número crítico de Mach será diferente para diferentes células, mas geralmente é o fator limitante para a velocidade de cruzeiro dos aviões. Esta questão explica mais sobre o número crítico de Mach.

Mais ou menos.

O problema é o "número de Mach crítico" da planura de asa. A maioria das asas tem uma superfície superior curva, que força o ar a mover-se sobre esse lado da asa para se mover mais depressa, baixando a pressão, produzindo elevação. Em uma velocidade de avanço de todo o aerofólio próximo, mas menor que Mach 1, o fluxo de ar sobre o topo do aerofólio excede Mach 1 quando passa sobre a borda de ataque da asa, e então diminui novamente para velocidades subsônicas ao redor da crista da asa. Este fluxo de ar "transsonico" aumenta o arrasto da aeronave em velocidades entre o número de Mach crítico e a velocidade em que todo o fluxo de ar em cada superfície da aeronave é supersônico (quando o fluxo de ar transsonico não é mais um problema, mas outros arraste de ponta e esteira forças dominam o arrasto total).

Os jatos de combate que aceleram em Mach 1 comumente criam "cones de vapor" começando na borda transônica de seu fluxo de ar, causados quando a alta variação na pressão do ar na borda da onda de choque transsonica força o vapor de água a se condensar:

O número de Mach crítico é determinado pelo design da planform. As asas com seções transversais mais grossas produzem mais sustentação para menos área (e mais arrasto induzido a partir desse levantamento) e geralmente também têm um ângulo de ataque maior (ou seja, todas as outras coisas sendo iguais, uma menor velocidade de estol), mas a compensação é menor número de Mach crítico. O inverso é verdadeiro para uma seção transversal mais fina; o número crítico de Mach é aumentado, enquanto o levantamento, o arrasto e o AoA crítico são reduzidos.