Warum würde eine B-29 bei 17 kft mehr Treibstoff verbrauchen als bei 9 kft?

Laut Wikipedia war einer der Faktoren, die dazu führten, dass der B-29 44-27297 ( Bockscar ) am Ende ihrer Streikmission am 9 (meine Betonung):

Bockscar startete um 03:49 Uhr von Tinian's North Field. Das Missionsprofil wies die B-29 an, einzeln zum Treffpunkt zu fliegen, der wegen schlechten Wetters von Iwo Jima nach Yakushima Island geändert wurde, und auf einer Reiseflughöhe von 5.200 m (17.000 Fuß) anstelle der üblichen 2.700 m (9.000 Fuß) steigend Kraftstoffverbrauch.

Das ergibt keinen Sinn; Im Allgemeinen nimmt der Treibstoffverbrauch eines Flugzeugs abmit zunehmender Höhe (aufgrund der dünneren Luft in großen Höhen, die dazu führt, dass eine gegebene angezeigte Fluggeschwindigkeit einer viel höheren tatsächlichen Fluggeschwindigkeit entspricht, was dazu führt, dass das Flugzeug in der gleichen Zeit für die gleiche Menge an verbranntem Treibstoff eine größere Entfernung zurücklegt [resultierend in einem geringeren Kraftstoffverbrauch pro Distanz und als zusätzlichen Bonus einem schnelleren Flug]) bis zu der Höhe, wo die angezeigte Fluggeschwindigkeit beginnt, entweder durch nachlassende Motorleistung begrenzt zu werden (da die Motoren nicht so viel erreichen können Luft in der dünneren Luft in großer Höhe, was ihre Leistungsabgabe verringert) oder die Machgrenzen des Flugzeugs (da eine gegebene angezeigte Fluggeschwindigkeit einer immer größeren wahren Fluggeschwindigkeit mit zunehmender Höhe entspricht, während unterhalb der Tropopause eine bestimmte Machzahl a entspricht tiefer und tieferwahre Fluggeschwindigkeit mit zunehmender Höhe aufgrund der fortschreitenden Abnahme der Lufttemperatur mit zunehmender Höhe in der Troposphäre), was das Flugzeug zwingt, mit einer langsameren angezeigten Fluggeschwindigkeit zu fliegen (was beides dazu führt, dass der Flug länger dauert und die Brenndauer der Triebwerke zunimmt Treibstoff und zwingt das Flugzeug, mit einem höheren, schleppenderen Anstellwinkel zu fliegen).

Bei den meisten Flugzeugen (auch solchen, die nicht für Flüge mit hoher Machzahl ausgelegt sind) beginnt die angezeigte Fluggeschwindigkeit (und damit der Treibstoffverbrauch pro Strecke) im Allgemeinen erst bei etwa 25 bis 30 Kilofuß Mach-begrenzt zu werden (darunter würde eine Annäherung an die Mach-Grenzen des Flugzeugs erfolgen). erfordern Fluggeschwindigkeiten, die, mit Ausnahme von spezialisierten Hochgeschwindigkeits-Kampf- und Angriffsflugzeugen, weit über V NE liegen und dazu führen würden, dass das Flugzeug durch unkontrolliertes Flattern zerfällt) oder sogar noch höher für Flugzeuge, die für transsonischen Flug optimiert sind, 2 also ein Flugzeug pro -Die Kraftstoffeffizienz sollte sich zumindest bis zu diesen Höhen weiter verbessern, solange die Motoren noch genügend Leistung erzeugen können. Der 3. Motor der B-29 , der Wright R-3350, ist ein turbogeladener Kolbenmotor, und daher (da die Leistungsabgabe von turbogeladenen Kolbenmotoren, wie die von Turbinenmotoren, 4 bis zu sehr großen Höhen ziemlich flach bleibt, im Gegensatz zu der von Kolbenmotoren mit Saugmotor, die sehr schnell abfällt mit zunehmender Höhe oder die von mechanisch aufgeladenen Kolbenmotoren, die in großen Höhen ebenfalls erheblich abfällt, wenn auch nicht annähernd so stark wie Kolbenmotoren mit Saugmotor), ist nicht zu erwarten, dass die angezeigte Fluggeschwindigkeit der B-29 durch verfügbar begrenzt wird Motorleistung unterhalb der Höhen, in denen es mach-begrenzt würde.

Warum war dann der Kraftstoffverbrauch von Bockscar bei 17 kft höher als bei 9 kft und nicht niedriger?


1: Andere Faktoren waren eine defekte Kraftstoffpumpe, die den gesamten Kraftstoff in einem der Kraftstofftanks des Flugzeugs unbrauchbar machte; die Entscheidung, mit dem Kraftstofftank voller nutzlosem Kraftstoff abzuheben, anstatt zuerst den unbrauchbaren Tank zu enttanken, um das Flugzeug leichter zu machen; das Kreisen des Piloten um den Rendezvouspunkt für eine Dreiviertelstunde und das Warten auf ein Flugzeug, das nie eintraf, obwohl ihm ausdrücklich befohlen worden war, nicht länger als fünfzehn Minuten zu warten; das primäre Ziel ist von Rauch und Wolken bedeckt, die ohne die halbstündige Verzögerung nicht vorhanden gewesen wären, was dazu führt, dass das Flugzeug fünfzig Minuten lang über dem primären Ziel kreisen muss und Treibstoff verbrennt, bevor es zum sekundären Ziel umgeleitet wird; und zwanzig Minuten damit verschwendet, über dem Notlandeplatz zu kreisen und zu versuchen (erfolglos,wurde aufgrund des kritischen Notfalls des Flugzeugs mit niedrigem Treibstoffverbrauch nicht benötigt .

2 : Wie zum Beispiel alle modernen Jetliner.

3 : Bockscar war eine B-29-36 („ Silverplate”) Flugzeuge, die gegenüber der serienmäßigen B-29-Konfiguration umfassend modifiziert wurden, um es zu ermöglichen, Atomwaffen zu tragen; Die überwiegende Mehrheit dieser Änderungen war jedoch intern und hatte keine Auswirkungen auf die Aerodynamik des Flugzeugs. Eine der Ausnahmen (die Verwendung von Propellern mit umkehrbarer Steigung beim Silverplate-Flugzeug) hätte keine Auswirkung auf die Höhenleistung des Flugzeugs, außer im Fall eines Propellers, der im Flug umkehrt (hoffentlich kein normaler oder sogar ein üblicher, Vorkommnis), eine zweite (das Entfernen fast aller Geschütztürme einer serienmäßigen B-29) würde den Luftwiderstand des Flugzeugs erheblich verringern, wodurch der Kraftstoffverbrauch in jedem Fall weniger kritisch wird, und während die Gewichtsreduzierung (Reduzierung der Menge an heben - und damitwürde dazu neigen, die Höhe des minimalen Kraftstoffverbrauchs pro Entfernung im Vergleich zu der der serienmäßigen B-29-Konfiguration nach oben zu verschieben, selbst das nicht modifizierte Flugzeug, das routinemäßig problemlos in sehr großen Höhen betrieben wird, was darauf hinweist, dass ein übermäßiger Kraftstoffverbrauch in großen Höhen wahrscheinlich war kein großes Problem, selbst für Nicht-Silberplatten-B-29.

4 : Und aus genau dem gleichen Grund – die Vorverdichtung der Ansaugluft gleicht die geringere Dichte der Höhenluft aus.

"Die Leistungsabgabe von Kolbenmotoren mit Turbolader ... bleibt bis in sehr große Höhen ziemlich flach", nur wenn der Ladedruck geändert werden kann, um einen konstanten Ladedruck aufrechtzuerhalten. Ich würde vermuten, dass sie einfach nicht genug Schub hatten, um in dieser Höhe effizient zu sein.
Wie waren an diesem Tag die Windgeschwindigkeit und -richtung in beiden Höhen?

Antworten (1)

Aus dem Kommandanten-Trainingshandbuch der B-29, Seite 69:

Der Reichweitenverlust in großen Höhen wird fast ausschließlich durch die bei hohen Leistungen erforderlichen fetten Gemische und die größeren Motorklappenöffnungen verursacht, die zur Kühlung der Motoren in großen Höhen erforderlich sind. Im Allgemeinen gibt es bis zu 15.000 Fuß keinen Reichweitenverlust und die Reichweitenverluste in größeren Höhen treten fast vollständig auf, wenn mit den höchsten Gewichten geflogen wird. Sie können sie weitgehend vermeiden, indem Sie in niedrigen Höhen fliegen, bis der Treibstoff verbraucht und ein moderates Gewicht erreicht ist, und dann in eine größere Höhe steigen. [Betonung hinzugefügt]

Die motorbetriebene Aufladung ist nicht kostenlos, sie kommt irgendwo her: Kraftstoff. Und die Kühlung in großen Höhen erfordert größere Winkel der Motorhaube: Luftwiderstand.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein
B-29 Motorhaubenklappen; Youtube

Hinweis: Die Motoren der B-29 sind luftgekühlt, und je höher, desto dünner die Luft. Jeder Motor hat einen motorbetriebenen Kompressor mit zwei Geschwindigkeiten sowie zwei abgasbetriebene Turbolader (ein ähnlicher Aufbau beim B-17 ist hier zu sehen ). Ein Ladeluftkühler wird verwendet, um die Abgas-aufgeladene Luft zu kühlen, die in dünner Luft ebenfalls begrenzt wird. Der Ladedruck im Reiseflug betrug 28" Hg, verglichen mit 47½" Hg beim Start.

Die gleichen Motoren trieben den Starliner an , der auch eine bessere Reichweite beim Fliegen in 10.000 Fuß hatte, verglichen mit 15.000 und 21.800. 1

Die Anmerkung zum Gewicht ist auf den begrenzten Schub im Vergleich zu einem Jet-angetriebenen Flugzeug zurückzuführen. Durch die Verwendung der Auftriebsgleichung können Düsenflugzeuge schneller fliegen (TAS), während eine B-29 dies ändern muss C L irgendwie (Anstellwinkel).


1 : Verwandte: Wie ändert sich die Effizienz eines Kolbenflugzeugs mit der Höhe?

Zu "Aufladung ist nicht kostenlos ..." hängt davon ab, ob es sich bei Ihrem Aufladungssystem um einen motorgetriebenen Kompressor oder um einen Turbolader handelt, der Abwärme / Energie aus dem Abgas aufnimmt.
@jamesqf: Guter Punkt, ich habe diesen Teil erweitert.
Es ist faszinierend, dass dünnere Luft (obwohl es dort oben kälter ist) schlechter kühlt als, äh, der kühlere Aspekt der Luft dort oben. Gut.
@Fattie: Die kalte Luft ist übermäßig gut, um einen Menschen bei 37 ° C zu kühlen, aber zu einem Motor mit vielleicht 200 ° C ist ALLE Luft im Vergleich sehr kalt. Daher ist die Dichte wichtiger. Siehe: what-if.xkcd.com/155