Warum ist die maximale Ausdauer für ein Kolbenflugzeug auf Meereshöhe?

Das Canadian Flight Training Manual stellte dies fest, als es um maximale Ausdauer ging:

Bei Kolbenmotoren wird die maximale Lebensdauer auf Meereshöhe erreicht.

Das Buch erklärt nicht weiter, warum. Die Luftdichte ist meine erste Vermutung, wenn der Motor ein besseres Luftgemisch zum Verbrennen mit seinem Kraftstoff erhält und wir so die meiste Leistung für die gleiche Kraftstoffmenge erhalten.

Aber wenn das stimmt, dann widerspricht es irgendwie, warum die maximale Reichweite in größerer Höhe liegt.

Bei der Ausdauer geht es darum, länger zu fliegen, nicht schneller. Auf Meereshöhe können Sie auch langsamer fliegen, um über Wasser zu bleiben, was die benötigte Motorleistung bereits verringert.
Bei niedrigeren Leistungseinstellungen begrenzt die Vergaserklappe den Lufteinlass. In größerer Höhe muss man also nur die Klappe weiter öffnen (mit Gas) und magern, um zu verhindern, dass zu viel Kraftstoff verbraucht wird. Es gibt viel Luft bei maximalen Ausdauerleistungseinstellungen, selbst wenn Sie ein paar tausend Fuß hochgehen.
Aber Sie müssen mehr Kraftstoff für den gleichen Schub verbrennen, wenn Sie nach oben gehen, und es ist ein Kompromiss zwischen erhöhtem Kraftstoffverbrauch und den Vorteilen einer zunehmenden IAS TAS-Spreizung. Jets glänzen in höheren Lagen wirklich, weil ihr Schub mit zunehmender TAS nicht so stark abfällt wie dies bei Propellern der Fall ist.

Antworten (3)

Versuchen Sie es vom anderen Ende aus. Ein Propeller muss einen bestimmten Schub erzeugen, um eine bestimmte angezeigte Fluggeschwindigkeit zum Fliegen aufrechtzuerhalten.

In dünnerer Luft muss er sich dazu schneller drehen.

Schnelleres Drehen bedeutet höhere Drehzahlen. Höhere Drehzahlen bedeuten mehr Motorreibung .

Pro Zeiteinheit muss mehr Kraftstoff verbrannt werden, um die Motorreibung bei höheren Drehzahlen zu überwinden.

Die Drehzahlen zur Erzeugung einer bestimmten Schubkraft sind auf Meereshöhe am niedrigsten (vielleicht niedriger im Death Valley (an einem kälteren Tag)).

Da der Pferdestärkenbedarf für die maximale Dauergeschwindigkeit viel niedriger ist als die maximale Nennleistung, ist der Pferdestärkenverlust durch dünnere Luft kein Problem, bis man höher ist. Deshalb ist in höheren Lagen ein „Lehnen“ erforderlich.

Aber "Luftdichte" ist die richtige Antwort.

Was wäre, wenn ich Ihnen sagen würde, dass es für maximale Ausdauer besser ist, niedrig zu fliegen, selbst wenn es keine Motorreibung gibt?
@Sanchises Ich wäre interessiert, obwohl das Fliegen im Bodeneffekt gefährlich sein kann. Aerodynamisch würde IAS unabhängig von der Höhe einen ähnlichen Luftwiderstand erzeugen. Bei maximaler Ausdauer kann das Gas je nach Bedarf abgemagert oder angereichert werden. Es könnte genug Kraft erzeugen, um die Stütze zu drehen. Auf etwa 5000 Fuß ist genügend Luft vorhanden, um den Treibstoff zu verbrennen, da der Motor nicht die volle Leistung entwickeln muss. Der Propeller muss sich nur an seinem IAS schneller drehen, um den Schub zu entwickeln. Aber ich bin bereit, zusätzliche Informationen zu hören, wenn es mehr gibt.

Der Kraftstofffluss ist weitgehend proportional zur Motorleistung, die wiederum weitgehend proportional zur erforderlichen Leistung ist (es gibt einige Wirkungsgrade, aber das hängt von der genauen Kombination von Motor und Propeller ab - wir interessieren uns hier für die allgemeine Regel).

Die benötigte theoretische Leistung ist TAS x Luftwiderstand (nicht IAS !). Der Luftwiderstand wird jedoch von IAS bestimmt. Die maximale Lebensdauer wird also erreicht, indem ein Optimum des Produkts IAS x Widerstand ( V BE ) gefunden wird und dann sichergestellt wird, dass TAS für diesen IAS, der sich auf Meereshöhe befindet, so klein wie möglich ist.

TASxDrag (oder Thrust) ist der Energiezustand des Flugzeugs (pro Zeiteinheit). Der erforderliche Motorausgangsschub bei einem gegebenen IAS ist konstant. Der Wirkungsgrad (Treibstoffverbrauch pro Schub-/Zeiteinheit) wird durch interne Triebwerksreibungsverluste (und Propeller-AOA) beeinflusst. Aber Ihre Aussage, dass TAS so klein wie möglich sein sollte, ist +.
@Robert Ich habe mich bewusst dafür entschieden, die Motor- und Propellereffizienz nicht einzubeziehen, da diese durch die Entwicklung für ein bestimmtes Flugregime erheblich reduziert (oder verschlimmert) werden können. Die Dinge, die ich erwähnt habe, sind grundlegend für das Fliegen mit einem Kolbenmotor in der Erdatmosphäre.

Der folgende Beitrag geht auf die Details ein. Optimale Reichweite und Ausdauer eines Kolbenpropellerflugzeugs mit gekrümmtem Flügel

Abbildung 4 überspringt die Mathematik und stellt ein Diagramm bereit.

Mehr als ein Flug über Wasser hat den Bodeneffekt ausgenutzt, wenn Treibstoff oder Energie fehlten, was ein Analogon zum Problem der maximalen Ausdauer ist.

Der Artikel ist hinter einer Paywall und ich kann die Bilder auch nicht sehen. Können Sie ein ähnliches Bild aus der offenen Domäne bereitstellen?
Oh, Entschuldigung, ich dachte, es wäre kostenlos öffentlich verfügbar. Geben Sie mir einen Tag oder so und ich werde etwas öffentlich Beurteilbares bekommen, oder ich werde einen Auszug aus dem Dokument machen. Noch einmal, ich wollte nicht, dass die Dinge verdunkelt werden.
Hier ist eine, die sich mit den Ausdauerberechnungen befasst, aber es fehlt eine schöne Grafik. Das Ziel ist es, mit minimaler Kraft in der Luft zu bleiben, was in Höhen mit geringer Dichte geschieht. Ich werde weiter nach einer besseren Referenz suchen. nptel.ac.in/content/storage2/courses/101104007/Module2/Lec8.pdf
Hier ist eine schönere Erklärung, aber es fehlt immer noch die klare Grafik. Aber es befasst sich ziemlich klar mit der Aerodynamik. dept.aoe.vt.edu/~lutze/AOE3104/range&endurance.pdf
OK, tut mir leid wegen all der Referenzen, aber keine davon ist perfekt. Sehen Sie sich jedoch in Aerodynamik für Marineflieger Seite 171 an und beachten Sie die untere Abbildung. Ich denke, die Interpretation davon ist für die meisten Piloten ziemlich intuitiv. Sie können das Buch hier kostenlos einsehen: faa.gov/regulations_policies/handbooks_manuals/aviation/media/…
@mongo hat definitiv empfohlen, dort zu lesen. Danke!
More than one flight over water has taken advantage of ground effect when lacking fuel or power, which is an analog of the max endurance problem.Dies ist nicht wahr, wenn Ihnen Kraftstoff oder Leistung fehlt, möchten Sie die Reichweite maximieren (um an einen Ort zum Landen zu gelangen), nicht die Ausdauer (Zeit in der Luft). Es sei denn natürlich, Sie möchten Ihre Zeit in der Luft so maximieren, dass Sie das Problem an Bord lösen können, aber das ist unwahrscheinlich.
@ROIMaison, ich sagte analog. Bei Rückenwind nähern sich Max-Endurance-Lösungen oder werden zu Max-Range-Lösungen. Aber der Punkt, den ich machen wollte, war, dass die Verwendung des Bodeneffekts die benötigte Leistung verringerte.
Warum ist die maximale Ausdauer für ein Kolbenflugzeug auf Meereshöhe?
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