Wie viel Gewicht spart ein fensterloser Rumpf für Frachtflugzeuge?

Wie viel Gewicht spart ein fensterloser Rumpf für Frachtflugzeuge? Hat jemand eine grobe Einschätzung?

Nur zur Information: Viele Frachter waren ursprünglich umgebaute Passagierflugzeuge. In solchen Fällen werden die Fensteröffnungen typischerweise übermalt. Ob etwas anderes getan wird, als sie zu übermalen, weiß ich nicht.

Antworten (2)

Nehmen wir eine Boeing 737 als generisches Beispiel und spucken einige Zahlen aus.
Ich werde das Post-Community-Wiki erstellen, damit jemand vorbeikommen und genauere Zahlen eingeben kann.

Aluminium hat eine Dichte von 2,7 g/cm 3
(für unsere Zwecke nehmen wir an, dass die Hautlegierung "nah genug an reinem Aluminium ist", weil ich zu faul bin, die richtige Legierungsdichte nachzuschlagen).

Plexiglas (nur eine zufällige Auswahl) hat eine Dichte von 1,18 g/cm 3 .

Die Aluminiumhaut einer 737 ist etwa 0,038 Zoll (oder 0,1 cm) dick.
Wir wissen, dass ein Fenster auf einer 737 dicker ist als die Haut. Ich konnte die Nummer nicht finden, aber lass uns mit 0,25 "(0,6 cm) gehen.

Wenn wir ein hypothetisches 1-Fuß-Quadratfenster (etwa 930 cm 2 ) haben, würde die Aluminiumhaut, die diesen Bereich einnimmt, etwa 251 Gramm wiegen. Das Äquivalent aus Plexiglas würde etwa 658 Gramm wiegen (407 Gramm schwerer, etwas mehr als 2,5-mal so schwer).

Stellen Sie sich vor, eine 737 hat ungefähr 70 Seitenfenster (schnelle Zählung anhand eines Fotos eines Southwest-Flugzeugs, ohne die Fenster der Ausgangstüren), also sind das 28.490 Gramm oder ungefähr 64 Pfund, nur für das Plexiglas.

Zusätzlich zum Plexiglas gibt es auch eine Stützstruktur, die um das Fenster herum hinzugefügt werden muss, um es an Ort und Stelle zu halten, Dichtungsmittel, um es gegen die Haut abzudichten usw. - diese erhöhen das zusätzliche Gewicht. Ich habe keine Ahnung, was diese Komponenten wiegen, aber nehmen wir an, es wiegt doppelt so viel wie das Plexiglas, das sind etwa 1,5 Pfund pro Fenster zusätzlicher Struktur oder 105 Pfund, was die Gesamtgewichtseinsparung auf knapp 170 Pfund bringt.

170 Pfund sind nicht viel Gewicht (in Bezug auf die Passagiere ist es nicht einmal eine Person), aber es ist so viel mehr Fracht, die Sie transportieren können. Auch in Kombination mit der Tatsache, dass Sie die Fenster nicht mehr warten müssen (Drucklecks in den Dichtungen beheben, zerbrochenes Plexiglas ersetzen usw.), können sich die Einsparungen über die Lebensdauer einer Flugzeugzelle summieren.

Etwas mehr Spuckball hier ... bitte fühlen Sie sich frei, meine Zahlen zu korrigieren:

Apropos Kosteneinsparungen: Eine 737 kann etwa 27000 lbs Nutzlast transportieren und verbrennt etwa 5500 lbs Treibstoff/Stunde während der Reise und etwa 3000 lbs für einen 15-minütigen Steigflug. Bei einem durchschnittlichen Flug von 4 Stunden werden etwa 25000 Pfund Treibstoff verbrannt, oder fast 1 Pfund pro Pfund Gewicht. Dies bedeutet, dass die Kraftstoffkosten von 170 Pfund Gewicht etwa 170 Pfund Kraftstoff betragen, was heute (bei etwa 4 $ / Gallone und 6,5 lbs/Gallone) etwa 100 $ kostet. Beachten Sie, dass die Kraftstoffkosten je nach Standort stark variieren , das ist also sehr ungefähr.

Multiplizieren Sie dies nun mit der typischen Lebensdauer des Flugzeugs - drei Flüge pro Tag, 7 Tage pro Woche, 30 Jahre lang? Das wären über 3 Millionen Dollar an Einsparungen. Und das alles, weil Ihre Pakete nicht aus dem Fenster schauen können.

Obwohl ich keine Ahnung von den tatsächlichen Zahlen habe, scheint die Dicke des Alus in Ordnung zu sein, aber für das Plexiglas sind 6 mm ziemlich viel! Ich würde sagen, es sind nicht mehr als 3 mm, außer Sie sprechen von der Gesamtdicke aller Fenster. Aber nur einer davon muss dem Druck und der mechanischen Beanspruchung standhalten, der Rest dient zB der Isolierung. Also ich denke, der Unterschied ist noch kleiner.
@sweber Es gibt mehrere Plexiglasscheiben, ich gehe mit 6 mm als Summe aller Scheiben. Diese Zahl mag ein wenig hoch sein, aber ich glaube nicht - Sie können Seitenfenster von einem Viertel Zoll bei einigen drucklosen leichten Singles finden (normalerweise als Aftermarket-Upgrade für Schallschutzzwecke).
Die meisten Gewichtseinsparungen ergeben sich aus der Eliminierung des gesamten zusätzlichen Materials, das hinzugefügt werden muss, um die Fenster zu verstärken. Ich denke, das wiegt mehr als hier geschätzt wird.
@fooot Ich bin mir sicher - ich habe diese Zahl absichtlich niedrig gehalten, weil ich keine gute Referenz dafür habe, wie viel Struktur hinzugefügt wird (ich nahm eine Verdopplerplatte, einen internen Rahmen und etwas Hardware an - aber es gibt wahrscheinlich mehr). Aber auch bei diesen Zahlen macht sich die Gewichtsersparnis bemerkbar: 170 Pfund sind zum Beispiel viel Post.
Sie müssen auch die Unterschiede zwischen speziell gebauten Frachtflugzeugen (Neubau zu Frachtflugzeug) und einem Flugzeug berücksichtigen, das früher im Passagierdienst war, aber nach einem Umbau auf Frachtflugzeug umgestellt wurde, und jedes Programm ist einzigartig darin, wie es den Boden stützt und ehemalige Fenster verstopfen.
Als Randbemerkung glaube ich, dass die Hauptgründe dafür, keine Fenster in Frachtflugzeuge einzubauen, darin bestehen, dass sie schneller und billiger zu bauen sind. Es ist auch viel sicherer, keine Fenster zu haben, wenn Sie mit einer Ladung Ziegel beladen sind und diese sich durch Turbulenzen verlieren
@jean, dein Bauprojekt muss in ernsthaften Schwierigkeiten stecken, wenn du Ziegel per Luftfracht versendest. Das wird ein großes Loch ins Budget reißen!!
@FreeMan, es war Anedote, die auf einer realen Tatsache basierte. Eine C-130 stürzte ab, und die Untersuchung ergab, dass eine Ladung Ziegel sich im Frachtraum gelöst hatte.
@Jean, Yowzers!! Natürlich bedeutet C-130 Militär, und Militär bedeutet, dass jeder gesunde Menschenverstand aus dem Fenster geworfen wird. ;)
Nach der Logik in Ihrem letzten Absatz sollten Sie in der Lage sein, eine leere 737 zu fliegen, die überhaupt keinen Treibstoff verbraucht. Diese Berechnung von Treibstoff pro Pfund Fracht ist falsch.
@Adam Ich habe ausdrücklich gesagt, dass dies Spitball-Berechnungen sind (US-Engineering-Slang für "grobe Vereinfachung der Fakten zur Veranschaulichung eines allgemeinen Konzepts"). Wenn Sie genaue Zahlen für den Treibstoffverbrauch pro Pfund Flugzeuggewicht (und für das Fenstergewicht unter Verwendung von Peters Notizen in der anderen Antwort) ermitteln möchten, würde ich eine Bearbeitung begrüßen, um die Zahlen besser an die Realität anzupassen, aber die Punkt ist "Treibstoffverbrauch beim Transport des Gewichts plus zusätzliche Baukosten machen Fenster in Frachtflugzeugen zu einem Verlustgeschäft" :-)
Zum Spitball braucht man eine Basis. Die Gleichung im letzten Absatz hat keine. Sie setzen einfach Dinge (Kraftstoffgewicht und Frachtgewicht) gleich, die nicht unbedingt miteinander zusammenhängen oder auf diese Weise zusammenhängen. Die vorherigen Berechnungen haben eine gewisse Grundlage.
Der letzte Abschnitt geht davon aus, dass der gesamte Treibstoff zum Transport von Fracht verwendet wird und kein Treibstoff zum Bewegen des Rests des Flugzeugs verwendet wird. Wenn tatsächlich ein großer Prozentsatz des Treibstoffs benötigt wird, um das leere Flugzeug zu bewegen. Sie verwechseln Grenz- und Gesamtmengen.

Die zusätzliche Masse durch Fenster lässt sich am besten mit statistischen Methoden abschätzen. Indem man die strukturelle Masse von Rümpfen mit und ohne Fenster von ansonsten identischen Flugzeugen vergleicht und eine numerische Gleichung formuliert, die alle Fälle mit dem geringsten Fehler anpasst, erhält man Formeln wie

n W ich n d Ö w s ⋅ 4.641 ⋅ S W ich n d Ö w 0,976 ⋅ ( 1.0 + Δ p ) 4.945
wo n W ich n d Ö w s ist die Anzahl der Fenster, S W ich n d Ö w ist ihre Fläche in m² und Δ p ist die Druckdifferenz des unter Druck stehenden Rumpfes in bar. Die resultierende Masse wird in Kilo (kg) angegeben. Diese Formel stammt aus dem LTH (Luftfahrttechnisches Handbuch) und basiert auf 16 Flugzeugen. Die Standardabweichung beträgt 20,3 %.

Tatsächliche Werte pro Fenster liegen zwischen 3,5 kg bei der DC-10-10 und über 7 kg bei der Boeing 747-200. Entschuldigung, ich habe keine Daten für die XL-Fenster der Boeing 787. Wenn wir für ein Flugzeug der Boeing 737-Klasse insgesamt 80 Fenster annehmen, beträgt die Gesamtmasse der Fenster etwa 300 kg.

Jan Roskam zitiert eine andere Formel (genannt GD-Methode, ursprünglich von General Dynamics). Hier ist Fenstermasse

109 ⋅ ( n p a x ⋅ 1 + Δ p 100 ) 0,505
Jetzt ist die Druckdifferenz in psi, das Ergebnis in Pfund und für ein Flugzeug mit n p a x = 150 Passagiere beträgt der Wert 437 lbs oder 198 kg.

Die Fenstermasse berücksichtigt nicht nur das transparente Material, sondern auch die lokale Verstärkung der Rumpfhaut. Entweder werden Doppler um das Fensterloch genietet, oder die gesamte Haut wird chemisch geätzt, um ihre Dicke zu reduzieren, und der Bereich um das Fenster herum wird maskiert, um die ursprüngliche Dicke beizubehalten. Als Faustregel gilt, dass Sie am Umfang hinzufügen sollten, was Sie durch das Schneiden des Lochs wegnehmen. Daher sollte ein gut konstruierter Rumpf eine Nettomassenzunahme haben, die ungefähr der Masse der Fenster selbst entspricht.

Die Roskam-Formel ist älter, und Fenstergröße und -masse haben in den letzten Jahrzehnten zugenommen. Je neuer das Flugzeug ist, desto schwerer sind daher seine Fenster.

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