Optimierung des Flugzeugs für die beste Reiseflughöhe und -geschwindigkeit

Nur sehr wenige Flugzeuge wurden so eingesetzt, wie sie entworfen wurden.

Vom Trainer BE2 (der zu Beginn des Ersten Weltkriegs für Aufklärungsmissionen missbraucht wurde) bis zum Abfangjäger F-104 (der später als Bodenangriffsflugzeug eingesetzt wurde) gibt es zahlreiche Beispiele. Und für jede Mission, die noch innerhalb der Möglichkeiten eines Designs liegt, können Sie sich zahlreiche andere vorstellen, die dies nicht tun. Daher ist die Dimensionierung für die schlechtestmögliche Mission ein sinnloses Unterfangen.

Wenn ein Flugzeug zu viel Treibstoff mitführt, ist es weniger wirtschaftlich. Wenn es zu viel Stärke eingebaut hat, wird seine Struktur zu schwer. Wenn die Motoren leistungsstärker als nötig sind, wird der Kraftstoffverbrauch geringer. Letztendlich kann jedes Design nur seine Nische füllen. Aber es gibt einige Prinzipien, die einige Designs brauchbarer machen:

• Da die Vorschriften je nach Anzahl der Passagiere eine Mindestanzahl an Flugbegleitern vorschreiben , kommen kleine Passagierflugzeuge mit 19 oder 50 Sitzplätzen, aber selten mit 23 oder 55 Sitzplätzen.
• Um alle inländischen US-Strecken fliegen zu können, haben die erfolgreicheren Designs eine ausreichende Reichweite, um von Flughäfen an der Westküste nach Hawaii zu fliegen. Wenn die maximale Reichweite bei voller Nutzlast kürzer ist, ist das Design für US-Fluggesellschaften weniger vielseitig.
• Da die Lufttemperatur in der Stratosphäre konstant ist, liegt die wirtschaftlichste Flughöhe in der Tropopause . Fliegen Sie tiefer und Sie werden die kühlere Luft darüber nicht voll ausnutzen, fliegen Sie höher und Flügelgröße und Triebwerksschub werden nicht optimal sein. Ausnahmen gelten für Business Jets , die gerne über allen anderen Verkehren fliegen.
• Redundanz erfordert mindestens zwei Motoren, und die Wartungskosten verlangen, die Anzahl der Motoren so gering wie möglich zu halten. Daher haben die erfolgreichsten bis auf die wirklich großen Verkehrsflugzeuge alle nur zwei Triebwerke .
• Um eine der schnellsten Verbindungen auf einer bestimmten Route anzubieten, wird die Referenzreisegeschwindigkeit von Langstreckenflugzeugen traditionell auf Mach 0,85 festgelegt . Fliegen Sie schneller und Mach-Effekte verringern die Kraftstoffeffizienz (erfordert dünnere Tragflächen und/oder mehr Flügelpfeilung), fliegen Sie langsamer und Ihr Design fällt von der ersten Seite der Verbindungen.

Wenn Sie sich fragen, wie stark eine Abweichung von der optimalen Fluggeschwindigkeit die Reichweite verringert, habe ich dies für ein Unterschalldesign aufgetragen (Transschallflugzeuge stoßen auf steile Luftwiderstandserhöhungen mit nur einer geringen Erhöhung der Mach, daher gilt dieses Diagramm nicht für Jets). Ich habe eine quadratische Polare verwendet, die eine gute Annäherung an die Realität gibt.

Reichweitenreduzierung über Fluggeschwindigkeit. Blaue Linie: L/D bei der angegebenen Geschwindigkeit. Rote Linie: Bereich relativ zum Optimum. Die optimale Geschwindigkeit beträgt in diesem Fall 84 m/s. Ich bin auch von einem konstanten Motorwirkungsgrad über der Drehzahl ausgegangen, daher hängt die Reichweite nur von L / D ab.

Entwerfen Sie ein neues Flugzeug? Wenn ich die Frage richtig verstehe, ist der Motor für einen Saugmotor am effizientesten, wenn der Gashebel in einer bestimmten Höhe vollständig geöffnet ist, wo er ungefähr 65% -75% Leistung erzeugt. Daher sollte die Flugzeugzelle in Bezug auf Flügeldesign, Einfallswinkel usw. angepasst werden, um das beste Auftriebs-/Widerstandsverhältnis in dieser Höhe zu erzielen. Sie müssen sich mit dem Motorhersteller in Verbindung setzen, um festzustellen, wie hoch diese Höhe ist. Ihre Wahl des Propellers muss ebenfalls berücksichtigt werden.

Dann berechnen Sie die Kraftstoffreserven entsprechend.

Die Treibstoffreserven werden gemäß den gesetzlichen Bestimmungen des Landes berechnet, in dem das Flugzeug registriert ist und in dem es auch betrieben wird. Dies variiert je nach Flugzeugtyp und Betrieb. Beispielsweise sind die gesetzlichen Mindestreserven für ein Passagierflugzeug auf einem kommerziellen Flug anders als für ein einmotoriges Flugzeug, das auf einem VFR-Flug in der privaten Kategorie betrieben wird. Die Gesetze der meisten Länder sind ähnlich, aber es kann kleine Abweichungen geben, und sie müssen alle die ICAO-Standards erfüllen, wenn das Land ein ICAO-Mitgliedstaat ist.