Warum hängt die optimale Reiseflughöhe vom Gewicht des Flugzeugs ab?

In dieser Antwort stellt Bianfable fest:

[O]optimale Reiseflughöhe für eine 777-200LR bei einem Gewicht von 340 t ist nur FL285, aber nach dem Verbrennen von 100 t Treibstoff hat sie sich auf FL360 erhöht

Warum das? Ist es einfach der Schwung des schwereren Flugzeugs, der die Wirkung des Luftwiderstands verringern kann? Ist es linear oder abgestuft? Und steigt das Flugzeug irgendwann auf die höhere Ebene (eine lange Reise vorausgesetzt)?

FreeMan schlägt in Kommentaren vor, dass es der Anstellwinkel (AoA) sein könnte, der einen Unterschied macht - ein höherer AoA für schwerere Flugzeuge bedeutet mehr Luftwiderstand, also besser in höheren Höhen.

Wie ymb1 in Kommentaren feststellt, wundere ich mich aus ihrer früheren Frage über diesen Satz:

In größerer Höhe ist die Reibung und der Druckwiderstand geringer, aber der induzierte Widerstand ist höher, sodass eine Erhöhung der Masse einen viel höheren Widerstandssprung verursacht.

Das lässt mich fragen, ob es mehr mit den verschiedenen Komponenten des Luftwiderstands zusammenhängt als mit der AoA (oder nur mit der AoA, vielleicht ist es eine Kombination aus beidem?)

Ich habe mir diese Frage und die damit verbundenen Fragen angesehen . Ich glaube nicht , dass einer von ihnen darauf antwortet, aber es ist gut möglich, dass ich hier etwas falsch verstehe. Zeigen Sie mich also bitte auf die richtige, wenn ich das Duplikat verpasst habe. Danke!
IIRC (und ich bin mir nicht ganz sicher), je schwerer das Flugzeug ist, desto höher wird die AoA sein, um einen Horizontalflug in einer bestimmten Höhe aufrechtzuerhalten. Wenn das Flugzeug bei FL360 340 t wiegt, wird die AoA so hoch sein, dass es sehr ineffizient ist (zu viel Luftwiderstand), was die Reichweite verringert. Bei FL285 und 340t ist die AoA jedoch ausreichend niedrig, um im Reiseflug mit maximaler Effizienz zu sein.
Falls jemand fragt, meine Quelle für diese Behauptung ist die Boeing 777 FCOM vol. 1 (PI.31.1 Flugleistung – Alle Motoren). Hier ist ein Screenshot der entsprechenden Tabelle.
Zunächst einmal +1für die Recherche. Ich habe eine sehr verwandte Frage gestellt, und ich denke, die Antwort hier wird helfen , aber die verwendeten Begriffe sind möglicherweise zu technisch. Wenn dies der Fall ist, können Sie Ihre Frage als Vorschlag bearbeiten, um die zusätzlichen Punkte aufzunehmen, über die diskutiert wird. Aber ich glaube nicht, dass es ein Duplikat von dir ist.
@ ymb1 Es ist wahrscheinlich zu technisch; aber es scheint so, und eine verknüpfte Frage von dort deutet darauf hin, dass die Vermutung von FreeMan richtig ist ... ich bin mir nicht sicher, wie ich die Frage bearbeiten soll, um sie anzupassen, ohne eine Antwort vorzuschlagen (das bin ich mir nicht sicher, aber es scheint auf jeden Fall vernünftig zu sein). in der Frage?
Aber bei dieser Frage lautet die Hauptantwort "Reibungswiderstand wird nicht durch AoA-Änderung beeinflusst" - hier kommt das "zu technisch" ins Spiel, da mir unklar ist, ob dies der AoA-Hypothese widerspricht oder ob "Reibung Widerstand" ist nur eine Komponente des Gesamtwiderstands.
Ich dachte so etwas wie: "Ich habe das gefunden, aber was bedeutet "niedrigerer Auftriebskoeffizient" und wie hängt es damit zusammen?" Sehr optional, kann aber helfen, die Antworten auf den Punkt zu bringen.

Antworten (2)

Die Auftriebsgleichung:

Auftrieb = Flügelfläche x Auftriebskoeffizient x Luftdichte x V 2

bietet drei Variablen zum Heben einer bestimmten Gewichtsmenge: Angriffswinkel, Luftdichte und Geschwindigkeit.

Flugzeuge haben bei einer bestimmten AoA den geringsten Luftwiderstand pro Auftriebseinheit, also am besten dort halten. Es ist eine sehr gute Idee, ein wenig zu beschleunigen, aber es gibt 2 Faktoren bei der 777, den Widerstand durch den Mach-Effekt (wichtig bei hohen Unterschallgeschwindigkeiten) und die Fähigkeit, in der dünnen Luft zusätzlichen Schub zu erzeugen. Damit bleibt die Höhe (Luftdichte) als bester Kontrollfaktor für die Auftriebsproduktion.

Auch wenn die angezeigte Fluggeschwindigkeit bei gleicher wahrer Fluggeschwindigkeit bei FL285 höher ist als bei FL360, gibt es genügend Sauerstoff für die Triebwerke, um das Flugzeug mit seiner optimalen AoA und der passenden Fluggeschwindigkeit voranzutreiben.

Die wahre Fluggeschwindigkeit bestimmt den Mach-Effekt

Wenn Treibstoff verbrannt wird, erlaubt weniger Gewicht dem Flugzeug, in eine höhere Höhe zu steigen , da eine niedrigere angezeigte Fluggeschwindigkeit erforderlich ist, daher weniger Schub, wodurch das Verkehrsflugzeug in seiner sicheren Mach-"Hülle" bleiben kann.

Verringert der Schwung des Flugzeugs die Wirkung des Luftwiderstands?

Nein, mehr Gewicht erhöht indirekt den Luftwiderstand. Das Flugzeug muss schneller, mit einer höheren AoA oder in dickerer Luft fliegen, um den gleichen Auftrieb zu erzeugen. Alle benötigen mehr Schub, weil mehr Luftwiderstand vorhanden ist.

Verkehrsflugzeuge vergrößern auch die Flügelfläche und den Auftriebskoeffizienten mit Vorflügeln und Klappen für Start und Landung mit geringerer Geschwindigkeit.
@ ymb1 das ist korrekt und bearbeitet, danke.

Denn die Dichte der Luft nimmt mit zunehmender Höhe ab. Um also den gleichen Nettoauftrieb zu erreichen, um mit einem gegebenen Gewicht ein Gleichgewicht zu erreichen, muss der Flügel einen höheren Anstellwinkel haben.

Der höhere Anstellwinkel erhöht auch den Luftwiderstand, der zusätzlichen Schub erfordert, um ihn zu überwinden.

Der verfügbare Schub nimmt auch mit zunehmender Höhe aufgrund der abnehmenden Luftdichte ab. Somit wird für ein gegebenes Gewicht, einen gegebenen Flügel und gegebene Triebwerke eine optimale Höhe erreicht, die einige Sicherheitsspielräume bereitstellt und den Treibstoffverbrauch optimiert.

Meinst du mit „Nettolift“ Lift – Gewicht?
Warum hängt die optimale Reiseflughöhe vom Gewicht des Flugzeugs ab?
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