Trägt der Stromverbrauch zum Kraftstoffverbrauch bei?

Ich weiß, dass während des Fluges der Strom von den Motoren erzeugt wird.

Was passiert, wenn alle möglichen Systeme, die Strom benötigen, im onZustand sind? Dies sollte zusätzlichen Strom erfordern.

Erhöht dieser Stromverbrauch in irgendeiner Weise den Kraftstoffverbrauch?

*Bearbeiten, um die zusätzliche Frage aus dem Kommentarbereich aufzunehmen:

Angesichts der Tatsache, dass die Triebwerke Kraftstoff benötigen, um Strom zu erzeugen, wie groß ist der Einfluss auf den Kraftstoffverbrauch, wenn man von „Mainstream“-Flugzeugen wie dem A320 spricht?

Wenn Sie im Sommer jemals ein Auto in einer tropischen Region gefahren sind, werden Sie feststellen, dass der Kraftstoffverbrauch pro Meile bei eingeschalteter Klimaanlage SEHR ansteigt .
Sie erhalten möglicherweise bessere Antworten, wenn Sie große AC- oder GA-Transportflugzeuge angeben. Ich vermute, dass die Antwort zwischen einer 737 und einer C172 sehr unterschiedlich sein könnte.
@kevin Es ist nicht das, was du denkst. Der Kraftstoffverbrauch eines Autos steigt bei eingeschalteter Klimaanlage, weil der Kompressor direkt mit dem Motor verbunden ist. Informationen von unserer Schwesterseite.

Antworten (3)

Kurze Antwort

Im Flug führt jede Änderung des Stromverbrauchs zu einer proportionalen Änderung der in den Triebwerken (oder in der APU) verbrannten Kraftstoffmenge, es sei denn, Sie verwenden externe Energiequellen wie die Sonne.

In einem Flugzeug wandeln Generatoren nur potenzielle chemische Energie des Kraftstoffs in etwas anderes um, normalerweise Elektrizität, hydraulische Energie oder pneumatische Energie.

Es gibt keine andere Energiequelle:

  • Die Batterien selbst müssen geladen werden, das Laden verbrennt Kraftstoff.
  • Die RAT ( Ram Air Turbine ) nutzt Energie aus dem relativen Wind, der durch den Triebwerksschub erzeugt wird. Wenn die RAT verwendet wird, weil die Triebwerke und die APU ausgefallen sind, ist der relative Wind auf den durch die Schwerkraft verursachten Höhenverlust zurückzuführen. Diese kinetische Energie ist die Restitution der potenziellen Energie , die während des Steigflugs mit den Triebwerken, also mit Kraftstoff, angesammelt wurde.

Einzelheiten

Maximale Leistung der elektrischen Ausrüstung

Der elektrische Energiebedarf des gesamten Flugzeugs kann vollständig durch einen einzelnen Triebwerksgenerator oder durch die APU gedeckt werden. Bei der A320-Familie ist die APU ein APS3200 , der etwa 90 kVA liefert.

APU-Kraftstoffverbrauch

Aus dieser PPRuNE- Diskussion geht hervor, dass eine A320-APU am Boden 130 kg pro Stunde und bei FL300 51 kg pro Stunde verbrauchen kann. Allerdings liefert die APU gleichzeitig Strom und Zapfluftenergie.

APU-Kraftstoffverbrauch für die elektrische Energieerzeugung

Die Brennstoffmenge, die für die alleinige Stromerzeugung verwendet wird, kann jedoch angenähert werden:

  • Von der Flugzeugausrüstung benötigte maximale Leistung → 90 kVA AC.
  • Annahme eines mittleren cos φ = 0,8 → Scheinleistung = 110 kW DC.
  • Angenommen 25 % Wirkungsgrad für das System (Gasturbine + Generator) → Benötigte Brennstoffleistung 440 kW.
  • Benötigte Brennstoffenergie → 440 kWh pro Stunde.
  • Umrechnung in Joule (1 MJ = 0,28 kWh) → 440 kWh ≈ 1.570 MJ.
  • Spezifische Kerosinenergie = 43 MJ/kg → In einer Stunde verbrannte Kraftstoffmenge = 1.570 / 43 = 36 kg (45 L)

Pro Stunde werden also etwa 36 kg Treibstoff benötigt, um in einem A320 elektrische Energie bereitzustellen.

Beachten Sie, dass im Flug alle Triebwerksgeneratoren aktiv sind und den Gesamtbedarf teilen (Versorgung verschiedener Busse aus Sicherheitsgründen) und die APU wahrscheinlich inaktiv sein wird. Der Kraftstoffverbrauch sollte mehr oder weniger gleich sein, unabhängig von der Anzahl und Art der aktiven Generatoren. Ein inaktiver oder unbelasteter Motorgenerator kann für praktische Zwecke als nicht den Kraftstoffverbrauch beeinflussend angesehen werden.

Motoren, die die maximale Kraftstoffmenge verbrennen

Motoren haben eine maximale Leistung. Wenn die Triebwerke bereits mit voller Schubkraft laufen, wird durch Erhöhen der elektrischen Last eine zusätzliche Energiemenge zum Generator umgeleitet. Wird diese Menge der für den Flugzeugantrieb nutzbaren Energie entzogen, verlangsamt sich das Flugzeug.

(Aktualisiert, unter Berücksichtigung der vielen hilfreichen Kommentare – Danke!)

Bonus

Auch das Atmen erhöht den Kraftstoffverbrauch:

  • Jedes Mal, wenn ein Passagier atmet, gibt er Wärme und CO2 ab, die aus dem Flugzeug evakuiert werden müssen.
  • Eine gewisse Luftmenge muss von der Klimaanlage durch neue Luft ersetzt werden.
  • Dieses System verwendet pneumatische oder elektrische Energie, und wiederum muss Kraftstoff verbrannt werden, um diese Energie zu erzeugen.
Irgendwelche Ideen, wie groß die Auswirkungen sind? Im Idealfall spricht man von "Mainstream" -Flugzeugen wie der A320, 737 oder dergleichen.
Der Motor hat die begrenzte Effizienz. Es muss wahrscheinlich mindestens doppelt so viel Kraftstoff verbrennen, um diese Energiemenge zu erzeugen.
Der Wirkungsgrad einer Strahlturbine beträgt tatsächlich etwa 40-45%. Alles, was Sie über APUs wissen möchten, finden Sie hier: b737.org.uk/apu.htm
737 APU verbraucht unter Volllast 240 lb/h (130 l/h), um 90 VA zu erzeugen. Sie liegen also um den Faktor 13 falsch: D Aviation.stackexchange.com/questions/8429/…
@PaulSmith Das ist ziemlich erstaunlich effizient. Moderne bodengestützte Kraftwerke, die gewinnorientiert Strom erzeugen, werden in der Regel nicht so hoch!
@Agent_L: Ihre Quelle sagt 90 kVA, nicht 90 VA - ein signifikanter Unterschied. (Und es ist seltsam für mich, warum es nicht nur 90 kW sagt).
@HenningMakholm: VA und W sind unterschiedliche Einheiten, da in einem nicht rein ohmschen Stromkreis in Wechselstrom eine Phasendifferenz zwischen Strom und Spannung vorhanden ist. Dabei geht es um Blindleistung und den komplexen Zahlensatz.
Sie erwähnen nicht den Unterschied zwischen einem voll ausgelasteten Generator und dem typischeren Fall, in dem alle redundanten Generatoren die Last teilen (genauer gesagt fragt er, ob Sie etwas zusätzlich einschalten, spielt es eine Rolle oder verbraucht der Generator eine feste Menge Kraftstoff sowieso). Als Teil Ihrer Bonusantwort kann diese "verschwendete" Leistung in einigen Fällen bei Bedarf zurückgewonnen werden (schalten Sie die Entlüftungen für mehr Schub aus) und ist signifikant genug, um Teil der vom Hersteller entwickelten Verfahren zu sein (Start und zwei von drei Triebwerke des Flugzeugs, das ich fliege, außer Betrieb).
@Lnafziger: Das stimmt, die APU wird wahrscheinlich nicht im Reiseverkehr verwendet, und die Motorgeneratoren werden verschiedene Busse speisen. Insgesamt ändert sich die erforderliche Höchstleistung jedoch nicht wesentlich, der Kraftstoffverbrauch kann etwas höher sein (ich habe die Antwort zur Verdeutlichung aktualisiert, danke!). Der Bonus war zum Spaß und zum Nachdenken gedacht. Wenn die Packs ausgeschaltet sind, wird dem Motor jedoch keine Energie entnommen, Wärme sammelt sich in der Kabine, wird aber nicht per se wiederverwendet. Oder ist es in einigen Designs?
@mins: Die Blindlast muss der Generator jedoch nicht "erzeugen". Es sollte zu keinem mittleren Drehmoment an seiner Antriebswelle führen.
@HenningMakholm Ja, der eigentliche Grund, warum sich Elektriker so viele Gedanken über den Leistungsfaktor machen, ist, dass der Generator diese Leistung erzeugen muss. Strom, der nirgendwo verwendet werden kann, sondern in den Leitungen des gesamten Systems verschwendet wird.
@Agent_L: Sollte Strom, der in den Drähten verschwendet wird, keine ohmsche Last sein? Ansonsten gibt es keinen Nettoenergieverlust über einen Zyklus.
@HenningMakholm "Waste" -Leistung (genauer gesagt Strom) muss an den Empfänger gesendet werden, aber der Empfänger leistet keine nützliche Arbeit damit, da im Moment keine Spannung vorhanden ist. Aber der Strom fließt, also ja, er geht als ohmsche Last in den Drähten verloren. Das ist das Problem - Drähte fungieren als ohmsche Last anstelle des beabsichtigten Empfängers. Das Gesamtsystem kann natürlich keine Energie verlieren. Aber es geht in die ohmsche Erwärmung der Drähte statt in nützliche Arbeit. Oder genauer gesagt - in eine stärkere ohmsche Erwärmung der Drähte, als dies bei einem optimalen Leistungsfaktor von 1 der Fall wäre.
@mins Nun, wenn es dem Motor keine Energie entzieht, kann es an anderer Stelle verwendet werden (mehr Schub). Das ist der springende Punkt bei einem "Bleeds Off Takeoff".
@Phantomazi Das erste Ergebnis, das ich gefunden habe, gab einen Flugkraftstoffverbrauch von 2500 kg / h für eine 737-800 an, sodass die APU maximal etwa 1,5% davon verbrauchen würde. Oder die Amdahl-Korrelation: Keine Reduzierung des Stromverbrauchs kann das Flugzeug um mehr als etwa 1 % effizienter machen.
Es ist sogar in einem Auto wahr. Ihr Auto verbraucht mit eingeschalteten Scheinwerfern weniger Benzin als mit ausgeschaltetem Licht.

Ja, weil (wie zum Beispiel ein Auto) das Flugzeug ein geschlossenes System ist und die gesamte Energie intern bereitgestellt werden muss. Im Flug muss diese Energie also von den Motoren kommen, und daher muss der Motor entweder langsamer werden oder mehr Kraftstoff verbrauchen.

Dies ist eine fantastische Antwort, da dies den Grund so einfach erklärt. +1
Willkommen auf der Seite, user14035! Dies ist eine nette kleine Antwort, die den Kern der Sache trifft. Wenn Sie dabei bleiben möchten, schlage ich vor, Ihr Konto zu registrieren, damit Sie einen einprägsameren Namen auswählen können. Ich kann mich nicht erinnern, ob Sie ein bestehendes Konto registrieren können oder ob Sie ein neues erstellen müssen; Wenn Sie ein neues erstellen müssen, wenden Sie sich an die Site-Administratoren, um die beiden Konten zusammenzuführen.
Und genau deshalb hat Ihr Auto einen höheren Kraftstoffverbrauch, wenn Sie die Klimaanlage laufen lassen.
@DavidRicherby, du liegst nicht falsch, aber ich würde nicht "genau" sagen, weil die Klimaanlage eines Autos viel eher ein direkter mechanischer Abfluss am Motor als ein elektrischer Abfluss ist.
@ JPhi1618 Wikipedia sagt, dass der Kühlkompressor von Autoklimaanlagen entweder elektrisch oder über einen Riemen vom Motor angetrieben werden kann. Ich stimme zu, dass es im letzteren Fall ein direkter mechanischer Abfluss ist; Ich hatte angenommen, es sei immer elektrisch.
@DavidRicherby, interessant. Ich habe noch nie einen elektrischen Kompressor an einem Auto gesehen. Jetzt möchte ich wirklich wissen, ob das außerhalb eines Elektro- oder Hybridautos existiert.
Gibt es nicht überschüssige Energie der Motoren, die zur Stromerzeugung genutzt werden könnte, ohne dass mehr Kraftstoff benötigt wird? Es scheint kein allzu großes Problem zu sein.
@Mohair, nein nicht wirklich. Der elektrische Generator unter Last wirkt wie eine Bremse auf die Welle. Wenn diese Bremse gelöst wird, beschleunigt der Motor und erzeugt mehr Schub. Es gibt keine Energie, die „herumsitzt“ und darauf wartet, dass etwas sie nutzt.
@Mohair Angenommen, die Motoren erzeugten mehr Energie als nötig. Dann wäre das eine Verschwendung von Kraftstoff, also würden sie den Kraftstofffluss zu den Motoren reduzieren, bis die Motoren nicht mehr Energie produzieren, als sie müssten.
@immibis Zeig mir einen Motor, der nicht mehr Energie produziert als er braucht. Es gibt immer einen Überschuss. Setzen Sie einige Magnete auf die Welle, umgeben Sie sie mit Spulen und Sie haben einen Generator. Der Energieverlust, der dies verursachen würde, ist wahrscheinlich irrelevant.
@Mohair Verstehst du, dass der in den Spulen fließende Strom eine Magnetkraft erzeugt, die die sich drehenden Magnete verlangsamt? (Wenn Sie nichts an den Generator angeschlossen haben, erhalten Sie keinen Strom und keine Gegenkraft, aber Sie produzieren auch keinen Strom.)
@Mohair Die von einem Motor freigesetzte "überschüssige" Energie geht in Vibrationen und Wärmeverlust über. Wenn es einen derzeit praktikablen Weg gäbe, dies zu erfassen (dh einen, der weniger kostet als die Kraftstoffeinsparungen), würden wir ihn bereits nutzen. Die Triebwerke eines Flugzeugs erzeugen keinen signifikanten Schubüberschuss ... wenn dies der Fall wäre, würde das Flugzeug steigen und / oder beschleunigen.
Es kann nie einen Energieüberschuss geben, alle erzeugte Energie muss entweder als nützliche Arbeit (Bewegung des Fahrzeugs) oder als verschwendete Arbeit (Vibration und Wärmeverlust) verbraucht werden. Wenn Sie mehr hineingeben, als Sie herausnehmen, beschleunigt die Differenz das Fahrzeug, bis der Luftwiderstand usw. so weit ansteigt, dass das System immer noch im Gleichgewicht ist.
@Mohair: Sie verwenden ziemlich genau dieses Verfahren für Wirbelstrombremsen ...
@Mohair, denk an diesen Vergleich: Du kannst mit einem Rucksack laufen, der 30 kg Steine ​​enthält. Läuft man aktuell mit 10 kg, verbrennt man einen nKalorien. Ihre Zuladung wird auf 30 kg erhöht. Aufgrund dieser zusätzlichen Belastung: 1/ verbrennen Sie mehr Kalorien und Sauerstoff pro Minute; 2/ Sie werden schneller erschöpft sein; 3/ Sie werden nicht in der Lage sein, auf der gleichen Distanz zu laufen. Während Ihre Leistung 30 kg beträgt, ist die von Ihnen erbrachte Arbeit Ihre tatsächliche Last multipliziert mit der zurückgelegten Entfernung. Die verbrauchte Energie ist nicht proportional zur verfügbaren Leistung, sondern zur tatsächlich geleisteten Arbeit.

Anders geht es einfach nicht, aber der Effekt sollte auch bei maximaler Stromaufnahme etwas unter 10 % liegen. Es wird viel mehr Energie benötigt und verbraucht, nur um zu fliegen.

Eine Generatorachse muss sich drehen, um Strom zu erzeugen, und der Drehwiderstand ist proportional zur Generatorlast (wenn der Generator nicht belastet ist, bleibt nur Reibung). Das ist Physik.

Ein an den Generator gekoppelter Motor trifft auf mehr Widerstand und sollte mehr Kraftstoff verbrauchen, wenn starke Energieverbraucher an den Generator angeschlossen sind.

Wenn der A320-Generator jedoch 90 kW benötigt (wie aus einer anderen Frage), macht er keinen wesentlichen Teil der Motorleistung aus. Ein 747-kW-Motor erzeugt 16275 kW, und selbst Turboprop-Motoren haben eine Nennleistung in der Größenordnung von einigen tausend kW (3.362 kW für C-130 hier ), sodass der Generator wahrscheinlich keinen wesentlichen Einfluss auf die erzeugte Leistung hat, selbst wenn er voll läuft Belastung.

Trägt der Stromverbrauch zum Kraftstoffverbrauch bei?
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