Warum schwankt die Geschwindigkeit von Verkehrsflugzeugen, manchmal so hoch wie 1.060 km/h oder so niedrig wie 800 km/h?

Hier sind drei unterschiedliche Geschwindigkeiten relevant:

• Geschwindigkeit über Grund – Dies ist wahrscheinlich die Geschwindigkeit, die dem Beifahrer angezeigt wird. Für sie ist dies am relevantesten, da es die Zeit bestimmt, die für die Reise benötigt wird

• Fluggeschwindigkeit – Dies ist die Geschwindigkeit, die für die Flugbesatzung relevant ist und für den Flug verwendet wird.

• Lokale Fluggeschwindigkeit - Dies bestimmt die maximale Geschwindigkeit von (Unterschall-) Verkehrsflugzeugen. Der Grund dafür ist, dass die lokale Fluggeschwindigkeit über den Flügeln höher ist als bei der ungestörten Strömung – ein Ergebnis der Beschleunigung der Luft über dem Flügel. Infolgedessen kann die lokale Fluggeschwindigkeit über dem Flügel Mach 1 ziemlich weit überschreiten, bevor die Fluggeschwindigkeit des Verkehrsflugzeugs auch nur in die Nähe davon kommt.

Das Ergebnis einer solchen lokalen Überschallströmung wäre ein schneller Anstieg des Widerstands bei der Machzahl der Widerstandsdivergenz (die größer als die kritische Machzahl ist ).

Das Bild stammt aus Notizen zu Advanced Aerodynamics von Professor HM Atassi von der University of Notre Dame

Um die Luftwiderstandsstrafe zu vermeiden, fliegen die Verkehrsflugzeuge mit Geschwindigkeiten unterhalb der Machzahl der Luftwiderstandsdivergenz. Der Grund dafür ist, dass die reduzierte Geschwindigkeit nicht die Freistrom-Machzahl ist, sondern die lokale Machzahl, die unter der Drag-Divergenz-Machzahl gehalten werden sollte.

Informationen, die den Passagieren über das Unterhaltungssystem angezeigt werden, geben oft eher die Bodengeschwindigkeit als die Fluggeschwindigkeit des Flugzeugs an.

Wind beeinflusst die Bodengeschwindigkeit, da hast du recht.

Ein paar Dinge aus dem Weg zuerst.

• Piloten verwenden zum Fliegen nicht die Bodengeschwindigkeit, sondern die angezeigte Fluggeschwindigkeit .
• Die Machzahl wird nicht von der Bodengeschwindigkeit abgeleitet, da sie von der Lufttemperatur abhängt, sondern von der wahren Fluggeschwindigkeit . Beachten Sie, dass wir bereits zwei Arten von Fluggeschwindigkeit haben. Es gibt noch mehr.
• Der Flugzeugtyp (z. B. 737 vs. 777) bestimmt die „Höchstgeschwindigkeit“. Nicht alle Flugzeuge sind gleich. Diese beiden Typen reichen ungefähr von Mach 0,77 bis Mach 0,85.

In weniger Worten als Wikipedia, die ich verlinkt habe:

1. Die angezeigte Fluggeschwindigkeit gibt dem Piloten die aerodynamisch relevante Geschwindigkeit an, mit der er fliegen soll.

2. Die wahre Fluggeschwindigkeit ist die tatsächliche Geschwindigkeit relativ zur umgebenden Atmosphäre.

3. Addieren oder subtrahieren Sie von der wahren Fluggeschwindigkeit Heck- oder Gegenwind, und Sie erhalten daraus die Geschwindigkeit über Grund. Der typische Wind, den das reguläre Unterschallflugzeug erfährt, ist schnell (+100 km/h). Die Heck- oder Gegenwindkomponente würde je nach Richtung des Flugzeugs und der Windrichtung variieren.

4. Schließlich ist die Machzahl eine Funktion der Temperatur und der wahren Fluggeschwindigkeit (beachten Sie, nicht die Geschwindigkeit über Grund). Je höher man ist, desto kälter ist es. Auch sehr wichtig, die Machzahl ist ein Verhältnis, niemals eine Geschwindigkeit . Da die Schallgeschwindigkeit variiert, wenn sich die Dichte und Temperatur der Atmosphäre in den verschiedenen Höhen ändert.

Hier ist eine schöne Geschichte , ein Unterschallflug mit 1200 km/h .

Zusammenfassung:

Piloten verwenden keine Bodengeschwindigkeit (zum Fliegen), die Machzahl ist keine Geschwindigkeit.

Es dreht sich alles um den Wind. Wenn Sie die Flugpläne überprüfen, werden Sie feststellen, dass beispielsweise USA-Europa-Flüge viel kürzer sind (etwa eine Stunde) als Europa-USA. Das liegt am Jetstream. Noch bedeutsamer fand ich es auf der Südhalbkugel, wenn ich Australien-Neuseeland (und zurück) oder Santiago-Buenos Aires flog.

Wie in den anderen Antworten erwähnt, fliegt kein Verkehrsflugzeug in die Nähe von Mach 1. Die angezeigte Bodengeschwindigkeit kann nahe an der Schallgeschwindigkeit liegen (sie könnte sogar höher sein, wenn der Wind stark genug wäre), aber die tatsächliche Fluggeschwindigkeit von Das Flugzeug (seine Geschwindigkeit im Verhältnis zur Luftmasse) ist weitaus geringer (etwa 0,8 Mach für die größeren Jets und weniger für viele kleinere Verkehrsflugzeuge).

Angesichts der Tatsache, dass die Schallgeschwindigkeit bei 12 km über dem Meeresspiegel etwa 1.060 km/h beträgt, finde ich es ebenso wenig überzeugend, dass sie aufgrund der Schallgeschwindigkeit mit weniger als 0,8 Mach fahren müssen. Ich würde es verstehen, wenn sie sich auf (sagen wir) Mach 0,95 beschränken würden (offensichtlich möchten Sie aufgrund von Schwankungen usw. keine Mach 0,99 machen), aber ich sehe routinemäßig Höchstgeschwindigkeiten, die bei kontinentübergreifenden Flügen um Mach 0,8 liegen, und Ich verstehe nicht warum.

Was zählt, ist die Geschwindigkeit der Luft, die das Flugzeug passiert. Wie die anderen Antworten erklärt haben, sind die Zahlen, die Sie in der Kabine sehen, normalerweise die Geschwindigkeit über dem Boden und nicht die Geschwindigkeit durch die Luft. Ein großer Bestandteil des Unterschieds besteht also darin, ob das Flugzeug Gegen- oder Rückenwind hat, was leicht hinzugefügt werden kann oder 100 km/h auf Reiseflughöhe abziehen.

Die andere Sache, auf die Sie achten müssen, ist nicht nur die Geschwindigkeit des Flugzeugs durch die Luft, sondern auch die Geschwindigkeit des Luftstroms über dem Flugzeug. Wie unterscheiden sich diese Dinge? Der Punkt ist, dass, wenn ein Flugzeug durch eine Luftmasse schiebt, die Luft dem großen Metallding aus dem Weg gehen muss. Dies bedeutet, dass sich die Luft, die über das Flugzeug strömt, um einiges schneller bewegt als die Geschwindigkeit des Flugzeugs relativ zur Luft. So kann sogar ein Flugzeug, das sich ziemlich weit unter Mach 1 bewegt, von Überschallluft überströmt werden. Der Grund, warum Sie nicht mit Mach 0,99 fliegen, liegt nicht daran, dass ein Gegenwindstoß Sie über die Schallgeschwindigkeit bringen könnte, sondern daran, dass Sie bei dieser Geschwindigkeit bereits zu 100 % der Zeit einen Überschallluftstrom erleben würden.

Es gibt andere Faktoren, die bereits erwähnt wurden.

Bei modernen Jets kann der Flugcomputer auf Effizienz während der Route programmiert werden.

Einer der Gründe, warum Mach 0,6-0,8 verwendet wird, ist, dass es ausreichend schnell ist, ohne viel mehr Kraftstoff zu verbrauchen. Wenn ich mich richtig erinnere, verbraucht die 777 etwa 30% mehr Kraftstoff, um bei etwa 11,5 km auf 0,87 (bearbeitet) Mach zu beschleunigen, als bei 0,7 Mach. Das ist eine Menge Treibstoff, um weniger als 20 % Zeit zu sparen. Dieser zusätzliche Kraftstoff würde in einer Branche, die versucht, die Ticketpreise auf ein Minimum zu beschränken, um wettbewerbsfähig zu bleiben, zu teureren Tickets führen.