Warum haben Flugzeuge eine unbrauchbare Menge Treibstoff?

Ich habe aus dieser Frage gelernt, dass eine Cessna 152 5,6 Liter Kraftstoff enthält, die sie nicht verbrauchen kann.

Warum sollte es so konstruiert sein, dass es Kraftstoff enthält, den es nicht verbrennen kann, zumal die Wasserverunreinigung des Kraftstoffs ein Problem darstellt?

5,6 Liter scheinen nicht viel Kraftstoff zu sein, um den man sich Sorgen machen muss ...
Es ist nicht so, dass ich mir darüber Sorgen gemacht hätte, ich war verwirrt, bis ich die folgenden Erklärungen gelesen habe. Jetzt macht es Sinn.
Unbrauchbarer Treibstoff ist wie unbrauchbare Zahnpasta.
@kevin: Also wird es zusammen mit dem Rest des Motors entsorgt, wenn die Fahrt vorbei ist?
@Mehrdad: Nach einem Flug können die Tanks einfach betankt werden. Wenn die Flügel / Tanks gewartet werden müssen, kann es erforderlich sein, den nicht verwendbaren Kraftstoff abzulassen.
@kevin: Ich weiß, ich habe Witze gemacht. Ich habe versucht darauf hinzuweisen, dass es dem Zahnpasta-Szenario nicht sehr ähnlich ist.
@Mehdrad: Sie können Zahnpasta nachfüllen (-:
Es ist ähnlich in der Tatsache, dass beide gleichermaßen nutzlos sind – Sie können daran arbeiten, etwas davon zu bekommen. Aber nur, wenn es wirklich nötig ist. :-)
Es ist keine Eigenschaft, die nur Flugzeugen vorbehalten ist. Jeder Kraftstofftank, der nicht am absolut tiefsten Punkt abläuft, enthält unbrauchbaren Kraftstoff.

Antworten (5)

Pilot hier (mit Cessna 152 Stunden) sowie ein Ingenieur, der es an einem Punkt seines Lebens fast bis zur Flugzeugzellen- und Triebwerkstechniker-Lizenz geschafft hat.

Es gibt mehrere Gründe, die dazu führen, „unbrauchbaren Kraftstoff“ zu produzieren:

  1. Kraftstofftanks in Flugzeugen haben komplexe Formen – sie enthalten Leitbleche und andere Wände (mit Löchern darin), um zu verhindern, dass sich während der Flugbewegung Schwingungen aufbauen. Manchmal werden diese Leitbleche sogar spät im Konstruktionszyklus in die Tanks eingebaut, wenn beim Testen Schwingungsprobleme festgestellt werden. Diese Leitbleche führen zu einem „geometrischen Einfangen“ von Kraftstoff in Ecken und Winkeln.
  2. Das Ziehen von Kraftstoff aus einem Kraftstofftank ist in einem Flugzeug komplizierter - Autos sind ziemlich flach mit geringfügigen Neigungen, während Flugzeugzellen alle möglichen seltsamen und anhaltenden Richtungen haben können, in die der Kraftstoff aufgrund der Beschleunigung gehen möchte. Stellen Sie sich beim Abstieg eine verlängerte geneigte Spirale vor - dieser Kraftstoff erfährt über einen längeren Zeitraum eine weitaus höhere Querbeschleunigung als ein Auto. Es ist eine Herausforderung, das Kraftstoffsystem dazu zu bringen, Kraftstoff aus diesen verschiedenen Winkeln herauszuziehen (beachten Sie, dass ich ein nicht-Kunstflugmanöver ausgewählt habe, für das die Cessna 152 Ihrer Frage hier qualifiziert ist).
  3. All dies ist ein Kompromiss zwischen Kosten und Komplexität - es gibt Lösungen für 1 und 2 oben - Kampfjets verwenden Kraftstoffblasen mit Druckblasen, die so angeordnet sind, dass sie den Kraftstoff herausdrücken, sodass sie selbst bei hohen G-Kräften und ungewöhnlich fast den gesamten Kraftstoff erhalten können Winkel. Kunstflugzeuge haben ähnlich teurere und kompliziertere Systeme als die alte und billige Cessna 152.

Es gibt auch andere Überlegungen, aber meistens kommt es darauf an, ob das betreffende Flugzeug die Kosten und den Aufwand rechtfertigen kann, um den letzten Tropfen Treibstoff zu bekommen.

Bei Raketen wird es noch komplizierter - die Mondraketen (eigentlich die Saturn 5, obwohl es sich speziell um eine Oberstufe handelte) hatten spezielle zusätzliche Motoren, sogenannte Leerraummotoren, deren einzige Aufgabe darin bestand, der Stufe einen kleinen Schub im Weltraum zu geben, um den Treibstoff in Richtung zu drücken Rückseite der Rakete, damit die Hauptmotoren Treibstoff ansaugen und starten konnten.

Nachtrag bearbeiten: @supercat unten - Die Definition von nicht verwendbarem Kraftstoff wird durch die Bundesluftfahrtverordnung Teil 23, Abschnitt 959 ( FAR 23.959 ) festgelegt und ist im Grunde der schlimmste Fall unter "vorgesehener Betrieb" für das jeweilige Flugzeug. Da die Cessna 152 zum Beispiel nicht für Kunstflug zugelassen ist, wird der ungenutzte Kraftstoff als der Kraftstoffstand definiert, bei dem EINIGE beabsichtigte Manöver einen Kraftstoffsystemfehler verursachen könnten. In der Praxis, insbesondere im Flachflug, wäre ein Teil dieses unbrauchbaren Treibstoffs verfügbar, obwohl Sie ihn nicht in Ihrer Flugplanung verwenden sollten.

Anzeige 2). Tatsächlich kann das Auto beim Schneiden von Kurven oder beim abrupten Bremsen eine ziemlich starke Neigung haben. Reifen haben auf trockener Straße einen Reibungskoeffizienten von 0,8–1,0, sodass sich der effektive Schwerkraftvektor um etwa 40–45° neigen kann. Auf der anderen Seite haben Flugzeuge nichts, was in der Lage wäre, eine mit dem Auftrieb vergleichbare Seitenkraft zu erzeugen, sodass ihr effektiver Schwerkraftvektor nicht annähernd so hoch sein kann und solche Kräfte von Piloten vermieden werden, da sie auch viel Luftwiderstand verursachen. Im koordinierten Flug ist der Gleit-Gleit-Ball zentriert und der Gleit-Gleit-Ball ist nur eine Kugelebene!
Andererseits sind die Treibstofftanks von Flugzeugen natürlich viel breiter, so dass jede Querbeschleunigung in ihnen eine größere Wirkung hat.
Was ist mit Schmutz oder Wasser, das unter das Kraftstoffauslassventil sinkt und daher nicht in den Motor gelangt? Ist das nicht auch ein Grund?
RE Nr. 2: "Kunstflug", ein Trudeln ist eine ausgezeichnete Möglichkeit, Treibstoff in den Tanks zu bewegen. Tatsächlich wird eine gute Drehung um den Schwerpunkt den Kraftstoff zur Außenseite der Flügeltanks bewegen; es verschiebt alles links oder rechts vom CG weiter nach links oder rechts. Eine Cessna 152, die an der Flügelwurzel Schwerkraft-Kraftstoffleitungen hat, wird meines Erachtens nach etwa 6-8 Umdrehungen tatsächlich aufhören zu laufen, da Sie im Wesentlichen aufgehört haben, dem Motor Kraftstoff zuzuführen. Es ist schon eine Weile her, seit ich in diesem Flugzeug ein Drehtraining durchgeführt habe. Und niemals in dem Maße, dass unbrauchbarer Kraftstoff so herumgewirbelt wird. :-)
@Jan Hudec - gute Punkte, ich hatte ursprünglich eine Antwort etwa 3x so lange und versuchte, es einfach zu halten. Im koordinierten Flug wird der Beschleunigungszug tatsächlich "nach unten" zum Bezugsrahmen des Flugzeugs ausgerichtet sein. Allerdings können sich die Flugwerksingenieure bei Berechnungen der Treibstoffverfügbarkeit nicht darauf verlassen, da gültige Manöver wie Seitenrutschen (zugelassen für Höhenverlust) diese koordinierte Bedingung nicht erfordern. Wenn Sie immer „auf den Ball treten“ und koordiniert bleiben, haben Sie möglicherweise Zugang zu etwas von diesem Kraftstoff, der als unbrauchbar eingestuft wird – obwohl ich mich bei der Planung nicht darauf verlassen würde!
@Shawn - Ja! Und einigen Piloten werden Manöver beigebracht, die speziell dazu verwendet werden, Kraftstoff in den Tanks zu bewegen. In 'Lost Moon' gibt es eine Menge darüber, wie die Astronauten die Manöverraketen des Landers benutzten, um eine Leerraumverbrennung für das Kommandomodul durchzuführen (wenn ich mich erinnere, habe ich vielleicht die Einzelheiten falsch). Ein Freund, der Frachtjets für das Militär flog, erzählte mir von einem schicken Tilt-Tip, mit dem sie Treibstoff umverteilten, obwohl ich mich nicht einmal erinnern kann, für welches Flugzeug das war.
Stellt die "unbrauchbare" Kraftstoffspezifikation Kraftstoff dar, der niemals verwendbar wäre, oder stellt sie stattdessen eine Garantie dar, dass höchstens 5,6 Liter unter Roll-, Nick- und Beschleunigungsbedingungen nicht verfügbar sind, die man möglicherweise zum Landen des Flugzeugs verwenden möchte?
Ich dachte immer, dass "unbrauchbarer" Kraftstoff der Kraftstoff ist, auf den unter normalen Betriebsbedingungen und unter normalen Bedingungen nicht zugegriffen werden kann. Obwohl ich sagen werde, dass Sie, wenn Sie jemals versuchen, den unbrauchbaren Kraftstoff tatsächlich zu verwenden, wahrscheinlich bessere Dinge haben, über die Sie sich Sorgen machen müssen. :-)
Siehe Nachtrag oben. unbrauchbarer Kraftstoff ist der schlimmste Fall - wenn Sie also während des schlechtesten Manövers (für das Flugzeug zugelassen) so viel Kraftstoff für das Kraftstoffsystem hatten, müssen Sie mindestens den als unbrauchbar eingestuften Kraftstoff haben, um ein Problem zu vermeiden.
Wäre ein trichterförmiger Kraftstofftank in Flugzeugen machbar, um den gesamten Kraftstoff durch den Motor fließen zu lassen? (klingt jetzt lächerlich, wo ich daran denke)
@shortstheory - Wo würden wir so einen trichterförmigen Kraftstofftank hinstellen? Der Kraftstofftank befindet sich normalerweise auf der Innenseite der Flügel, um ein großes Speichervolumen zu haben, ohne die Größe zu erhöhen, da das Hinzufügen der Flugzeuggröße = mehr Luftwiderstand. Es gibt also starke aerodynamische Gründe für die übliche Tankform. Zusätzliche Kraftstofftanks werden jedoch oft in die Passagierkabine gestellt, haben unterschiedliche Formen und haben oft viel weniger Probleme mit unbrauchbarem Kraftstoff.
@EzekielKruglick danke, ich habe vergessen, dass die Panzer hauptsächlich in den Startlöchern sind!

zumal die Wasserverunreinigung des Kraftstoffs ein Problem darstellt?

Das ist einer der Gründe. Kraftstoff schwimmt auf dem Wasser, sodass sich Wasser zusammen mit anderem Dreck am Boden des Tanks ansammelt. Indem Sie nicht den letzten Rest Kraftstoff vom Boden des Tanks entnehmen, vermeiden Sie, dieses Zeug in den Motor zu füllen

Dies mag bei manchen Systemen der Fall sein, andere versuchen jedoch, den letzten Rest Kraftstoff aus dem Tank zu entnehmen. Die Kraftstoffaufnahmeanschlüsse in vielen Cherokees befinden sich direkt neben den Sumpfabflüssen (in der Nähe des niedrigsten Innenbordpunkts im Kraftstofftank), sodass Sie wahrscheinlich Wasser bekommen, bevor Sie Avgas bekommen. In diesem System ist es die Aufgabe des Vergasers, Wasser und "Gunk" loszuwerden (oder genauer gesagt festzuhalten) - tatsächlich macht die Vergaserschale bei einigen Modellen etwa die Hälfte der nicht nutzbaren Kraftstoffkapazität aus.
@voretaq7 Ich stelle mir vor, dass Sie deshalb während der Flugvorbereitung jeden Tank in einem Cherokee ein wenig ablassen.
@slicedtoad Teilweise, aber Sie überprüfen Ihren Kraftstoff auf Wasser, selbst in Tanks, die aufgrund ihres Designs tendenziell mehr "unbrauchbaren Kraftstoff" enthalten, und diese haben tendenziell mehr Sumpfpunkte genau dort, wo sich der unbrauchbare Kraftstoff sammelt (z. B. die 800 Sumpfpunkte bei einigen Cessnas mit Treibstoffblasen). Die Kraftstoff-Pickups sind normalerweise immer noch ziemlich tief im Tank, was nur bedeutet, dass Wasser, das sich beim Manövrieren bewegt, aus einer Stelle herausschwappen kann, wo es harmlos ist, und nahe genug an den Pickup herankommt, um in den Motor gezogen zu werden.
Ich würde vermuten, dass jedes Flugzeug, das keine Kraftstoffpumpe verwendet (und viele, die dies tun), die Kraftstoffzufuhr am tiefsten Punkt des Tanks halten würde, damit die Schwerkraft die Arbeit der Pumpen verringern kann. @voretaq7 hat es richtig.

Fast jedes System, das Flüssigkeit bewegt, behält ein bestimmtes Volumen. In Ihrem Fall gibt es verschiedene Biegungen in den Rohren und einige dieser Biegungen gehen nach oben. Ja, es wird durch Schwerkraft gespeist, aber beachten Sie das Absperrventil auf dem Boden. Beachten Sie nun den Füllstand des Vergasers. Jeglicher Kraftstoff unterhalb des Niveaus der Vergaserschüssel ist unbrauchbar, da wir keine Möglichkeit haben, ihn ohne weitere Flüssigkeit dahinter durch den Rest der Rohrleitungen zu drücken.

Wenn wir uns den Dingen mit einer Pumpe zuwenden, kann die nicht nutzbare Menge stark ansteigen. Das Flüssigkeitsvolumen zwischen der Pumpe und dem endgültigen Bestimmungsort würde aus dem gleichen Grund als unbrauchbar angesehen - ist die Pumpe einmal trocken, können wir sie nicht mehr weiterbewegen.

Ein Restaurantmanager, den ich früher kannte, installierte ein Dosiersystem für Getränke. Der ganze Schnaps steht im (verschlossenen) Vorratsraum, die Barkeeper drücken auf einen Knopf und genau eine Unze kommt aus dem Zapfhahn. Die einzige Beschwerde, die er hatte, war, dass das System pro Artikel 500 Dollar kostete , und er musste Tausende von Dollar an „unbrauchbarem“ Alkohol in den Büchern halten.

Dies ist die beste Antwort auf die gestellte Frage. Nicht zuletzt ist der Brennstoff, der durch Oberflächenspannung an den Wänden haftet, nicht nutzbar, also wird es immer welche geben. Auch wenn die Designer hart daran arbeiten, es zu minimieren, wird es nicht Null sein.

Der Begriff „unbrauchbar“ ist eine ganz besondere Definition. Es stammt aus einem spezifischen Test, der in FAA FAR Part 23 beschrieben ist. Es ist nicht dasselbe wie die gesunde Bedeutung des Wortes "unbrauchbar".

Für einmotorige Leichtflugzeuge wie Cessna 152 verlangt FAA FAR Part 23, dass der verfügbare Kraftstofffluss 125 % des maximalen Motorverbrauchs beträgt. 150 % für reine Schwerkraftzufuhrsysteme. Beim Zertifizierungstest wird der Kraftstoffdurchfluss gemessen, während der Füllstand in den Tanks sinkt. Sobald die Durchflussrate unter 125 oder 150 % sinkt, wird der gesamte verbleibende Kraftstoff für unbrauchbar erklärt. Dies muss mit dem Flugzeug erfolgen, das in Steigfluglage mit der Nase nach oben unterstützt wird.

Der formale Begriff "unbrauchbar" bedeutet also, dass diese letzte Kraftstoffmenge in einer nasehohen Haltung bei voller Motorleistung möglicherweise nicht verfügbar ist.

Im Level Cruise können Sie die Kraftstofftanks normalerweise bis zum letzten Tropfen entleeren.

Ich schlage hier blind ein, aber ich glaube, dass in einigen Fällen Kraftstoff zum Wärmeaustausch zirkuliert.

So etwas wie der SR-71?
In keinem mir bekannten GA-Flugzeug. Möglich in Linien- und Militärflugzeugen.
In größeren Flugzeugen häufig genug, um einen Kraftstoff / Öl-Wärmetauscher zu haben, der das Öl kühlt und den Kraftstoff ausreichend erwärmt, um alle Eiskristalle zu schmelzen, die sich im Kraftstoff gebildet haben, als er in großer Höhe auf etwas in der Nähe von OAT abkühlte. Das Problem, das abgewendet wird, ist nicht Wasser im Kraftstoff an sich, sondern das Verstopfen eines Kraftstofffilters mit den Kristallen. Alles in allem ist dies einfach mehr Klempnerarbeit in der Kraftstoffleitung, und die in anderen Beiträgen erwähnte Dynamik würde sich mit oder ohne Wärmetauscher nicht allzu sehr ändern.
Warum haben Flugzeuge eine unbrauchbare Menge Treibstoff?
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