Wie viel Verbesserung würde eine Gewichtsreduzierung von 1 % bei einem Flugzeug für die Industrie bedeuten?

Angenommen, ich habe an eine sehr einfache und kostengünstige Möglichkeit gedacht, das Startgewicht eines Verkehrsflugzeugs (Karosserie, Treibstoff und Passagiere) um 1% zu reduzieren. Wie viel würde das für die Branche bedeuten? Würde es einen großen Unterschied machen, oder wären die Einsparungen unbedeutend genug, um niemandes Zeit wirklich wert zu sein?

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Es gibt eine einfache Möglichkeit, sich ein Bild davon zu machen, wie groß die Einsparungen sind: Die Breguet-Gleichung kann dies beantworten. Sie berechnen zunächst ein Referenzflugzeug und beginnen dann mit einem um 1 % leichteren. Die Differenz des Treibstoffverbrauchs zeigt, wie viel Treibstoff pro Flug gespart wird.

Unser Referenzdesign ist der A320 mit einem L/D von 18 und wir haben ihn eine Reise von R = 2.500.000 m fliegen lassen. m 1 ist Abflugmasse und m 2 Landemasse. Berücksichtigen Sie 3 t Kraftstoffreserven und setzen Sie dies mit einem Kraftstoffverbrauch von in die Breguet-Gleichung ein b f = 0,000018 kg/Ns und eine Geschwindigkeit von Mach 0,78, was entspricht v = 262 m/s in 11.000 m Höhe:

m 1 = m 2 ⋅ e R ⋅ g ⋅ b f v ⋅ L / D
Die Landemasse m 2 ist die betriebsbereite Leermasse OEW + 18 t Nutzlast + 3 t Kraftstoffvorrat = 63,6 t. Die Abflugmasse m 1 10 % höher, sodass der Unterschied im Kraftstoffverbrauch 1 % des Reisekraftstoffs von 6.239 kg oder 62 kg beträgt. Das ist nicht viel für eine Einzelfahrt.

Aber bedenken Sie jetzt, dass dieser eine A320 50.000 Reisen fliegen wird, bevor er in Rente geht. Über seine Lebensdauer werden durch die 1%ige Massenreduzierung 3.119 Tonnen Kraftstoff eingespart. Damit werden 29,4 Eisenbahnkesselwagen DOT-111 gefüllt !

Und es gibt ungefähr 12.000 Flugzeuge mit 150 Sitzplätzen und mehr und leicht doppelt so viele, wenn alle Regionaljets mitgezählt werden, die 3,8 Milliarden Passagiere und 53 Millionen Tonnen Fracht pro Jahr auf 35,4 Millionen Flügen befördern. Wenn wir die heroische Annahme machen, dass unser A320-Flug typisch ist, bedeutet dies eine globale Treibstoffeinsparung von etwa 2,2 Millionen Tonnen Treibstoff pro Jahr, wenn nur 1 % der Masse in jedem Flugzeug eingespart werden könnte.

Ein anderer Ansatz ist die durchschnittliche Treibstoffeffizienz moderner Verkehrsflugzeuge, die zwischen 3 und 3,5 Liter Treibstoff pro 100 Passagierkilometer verbrauchen. Unter Verwendung der ICAO-Zahl von 6,6 Billionen Passagierkilometern im Jahr 2015 würde dies 174 Millionen Tonnen Flugtreibstoff entsprechen, die pro Jahr für den kommerziellen Personenverkehr verbraucht werden, wenn man von einer mittleren Kerosindichte von 0,81 kg/l ausgeht . Dieselbe Quelle gibt einen durchschnittlichen Auslastungsgrad von 80 % an, sodass ein Fünftel der Sitze leer ist; Die obige Effizienzzahl gilt jedoch für ein volles Flugzeug. Daher muss unsere Schätzung auf 217 Millionen Tonnen erhöht werden.

Eine Einsparung von nur 1 % davon würde den Kraftstoffverbrauch um 2,17 Millionen Tonnen pro Jahr senken, was der ersten Schätzung ziemlich nahe kommt. Dies reicht aus, um mehr als 41 Panamax -Öltanker (die maximale Größe für den alten Panamakanal) oder 18 Neopanamax -Öltanker zu füllen.

Oder, um dies aus einem anderen Blickwinkel zu betrachten, bei einem aktuellen Kerosinpreis von 1,76 USD pro Gallone entspricht die eingesparte Treibstoffmenge 1,25 Milliarden USD, wenn alle US-Preise für Jet A-1-Treibstoff zahlen würden. Verglichen mit dem durchschnittlichen Nettogewinn aller Fluggesellschaften pro Jahr zwischen 2007 und 2017, der sich auf 13 Mrd. USD beläuft , sind dies fast 10 % des Jahresgewinns.

Jetzt sieht das nicht mehr so ​​unbedeutend aus, oder?

Um dies näher zu erläutern: 3.119 Tonnen Kraftstoff würden für etwa 5 Millionen US-Dollar verkauft. Also ja, das wäre sehr bedeutsam.
Ich bin anderer Meinung in dem Sinne, dass solche Zahlen irreführender sind. Große Zahlen sprengen unseren menschlichen Verstand, wir können sie nicht intuitiv relativieren. Die wirklich wichtige Zahl ist immer noch: 1% . Ob es wichtig oder bedeutend ist, ist eine andere Sache, aber es ist viel einfacher (und gültiger!), es zu begreifen.
Hm, so viel kommt mir als Laie eigentlich noch nicht so vor. Ich habe das Gefühl, dass Flugzeuge aufgrund logistischer Ineffizienzen / vermeidbarer Verzögerungen / etc. viel mehr Treibstoff verschwenden müssen.
@Zeus: Darf ich eine andere Ansicht anbieten? Die Frage lautet „Wie viel würde das für die Branche bedeuten“, und ich habe die Perspektive für die gesamte Branche angeboten. Fragen Sie jemanden im Flugbetrieb, wie bedeutend 1 % Treibstoffeinsparungen sind, und seine Antwort würde wie Koyovis klingen. Wenn Sie von großen Zahlen überwältigt sind, versuchen Sie vielleicht, sie ins rechte Licht zu rücken (wie ich es beim Waggonvergleich getan habe) . Oder bevorzugen Sie eine Antwort nach dem Motto „Die Zahlen sind zu groß, um darüber nachzudenken, also erhalten Sie keine ehrliche Antwort“?
Die komplexe Exponentialgleichung ergibt „1 % weniger Flugzeugmasse bedeutet 1 % weniger Treibstoffverbrauch“. Was Sie ziemlich genau über Serviettenmathematik bestimmen können. ;)
Sind 50.000 Zyklen realistisch? Das sind fünfeinhalb Zyklen pro Tag, sieben Tage die Woche für 25 Jahre.
@DavidRicherby: Ich hatte Angst, dass die Zahl zu niedrig ist. Es gibt 737er mit über 70.000 Zyklen, der Rekordhalter (Haiwaiian Airlines = sehr kurze Reisen) liegt bei über 95.000. Der A320 ist neuer, wird aber auch dort ankommen.
@Yakk: Richtig, und die Serviettenmathematik gibt Ihnen auch die absolute Menge an Kraftstoff, nicht wahr?
Nein, ich amüsiere mich nur über die Tatsache, dass beide Antworten eine wirklich komplexe Gleichung verwendeten, um diese 1%ige Reduktionszahl zu erhalten. Beachten Sie, dass indexmundi.com/energy/?product=jet-fuel 5 Millionen Barrel/Tag des gesamten Kerosinverbrauchs angibt. 1% davon sind dann 50.000/Tag mal 365 sind 18 Millionen Barrel. Bei 42 Galleonen pro Barrel und Ihren 1,76 $/Galeon ergibt das 1,33 Milliarden USD. Dies war jedoch Verbrauch für alle Verwendungszwecke; Einige Teilmengen davon werden von kommerziellen Fluggesellschaften verwendet. Dennoch bestätigt diese zweite Ableitung deine!
@PeterKämpf Ich denke, dass der letzte vollständige Absatz Ihrer Antwort, in dem Sie die Kraftstoffkosten mit den jährlichen Gewinnen vergleichen, wirklich die aussagekräftigste Einschätzung darüber ist, wie wichtig dies für die Branche ist, und Sie könnten in Betracht ziehen, sich mehr darauf als auf das Wie zu konzentrieren viele Tanker und so weiter. Diese absoluten Zahlen/Größen sind interessant, und ja, sie sind wirklich groß, aber alles in der gesamten Branche ist wirklich groß, also vermitteln sie nicht so stark, wie wichtig es für die Branche ist.
@Jefromi: Es ist der letzte Absatz, weil ich ihn zuletzt hinzugefügt habe. Ich musste zuerst die Zahlen recherchieren, während die Breguet-Gleichung von einer früheren Antwort kopiert wurde ;-)
@Yakk: Betrachten Sie es so: Beide Antworten verwenden eine bewährte Gleichung, um zu dem Schluss zu kommen, dass 1 % Gewichtseinsparung wirklich 1 % Kraftstoffeinsparung entspricht. Mag trivial sein, aber so denken Ingenieure.
@PeterKämpf Richtig, ich bin nicht überrascht, dass es dort gelandet ist, aber mein Vorschlag war zu bearbeiten, um zu versuchen, dass weniger Leute denken, was Zeus erwähnt hat.
Ist die Tankerkapazität aus? ... Tanker liegen im 100.000-Tonnen-Bereich, also würde ich eher 41 Panamax-Tanker als 4.100 glauben ... hatten Sie den vollen Kraftstoffbedarf und nicht nur die Einsparung von 1%?
@BrianDrummond: Danke, dass du das entdeckt hast. Peinlicherweise habe ich für den Tankwagenvergleich statt der 1% den vollen Spritverbrauch genommen. Korrigiert.
Ich habe mir die Freiheit genommen, einen Link zum Neopanamax hinzuzufügen, da ich glaube, dass dies die Bezugnahme auf „17“ im vorletzten Absatz im Vergleich zu der vorangegangenen „41“ bedeutete.

Ein Prozent des Startgewichts ist riesig . Bei einer B747 mit 300 Tonnen MTOW bedeutet das eine Gewichtsersparnis von 3.000 kg, Gewicht, das für die paar Jahrzehnte, in denen das Flugzeug fliegt, nicht mitgeschleppt werden muss.

In der Flugzeugfabrik, in der ich früher gearbeitet habe, gab es überall Ideenboxen, in denen man Vorschläge zur Gewichtseinsparung hinterlegen konnte, jedes eingesparte kg trägt zur Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs bei. Wie viel hängt von der Reichweite und vielen anderen Faktoren ab und kann für bestimmte Flugzeuge quantifiziert werden.

1%. Yuuge .

Wenn wir eine Schätzung für eine fliegende B747-400 vornehmen, beträgt die maximale Reichweite 12.700 km gemäß Folie 7/14 dieser Präsentation .

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

MTOW wird mit 400.000 kg angegeben, Kraftstoffgewicht mit 175.000 kg, das macht W f ich n a l = MTOW - W f u e l = 225.000 kg. Bei 1 % Einsparung reduziert sich das MTOW auf 396.000 kg. Die Reichweite bleibt gleich, wenn W ich n ich t W f ich n a l bleibt gleich. Also das Neue W f ich n a l wird:

W f ich n a l = 396 , 000 400 , 000 ⋅ 225 , 000 = 222 , 750 k g

W f ich n a l ist wieder MTOW - W f u e l =>

W f u e l = M T Ö W − W f ich n a l = 396 , 000 − 222 , 750 = 173 , 250 k g

Die endgültige Kraftstoffeinsparung beträgt 175.000 - 173.250 = 1.750 kg

Bei einem Langstreckenflug mit maximaler Reichweite spart eine Reduzierung des TO-Gewichts um 1 % 1.750 kg Treibstoff. Jedes Prozent Gewichtseinsparung entspricht einem Prozent Kraftstoffeinsparung. Jede Reise, 2 - 3 Jahrzehnte lang.

MTOW von 300 Tonnen? Versuchen Sie es mit 438 Tonnen.
Da gehst du, sogar Yuger.
Hm, nach dem, was ich gelesen habe, verbrennt das Rollen 1,5 Tonnen Kraftstoff pro 10 Minuten ... während dies angeblich einen Kraftstoffverbrauch von 62 kg bedeutet (aus der obigen Antwort)? Also ungefähr 30 Sekunden Rollen? Ich habe jedoch nicht den Eindruck, dass sich die Fluggesellschaften wirklich darum kümmern, die Anzahl der Sekunden auf eine solche Granularität zu minimieren. Liege ich richtig, falsch oder übersehe ich etwas?
Sie nehmen Ersparnisse aus jeder Quelle, die Sie können. Rollen ist sowieso notwendig, unabhängig von der MTOW-Einsparung. Möchten Sie nicht 20 Jahre lang bei jeder Fahrt 62 kg Kraftstoff sparen, weil Sie Kraftstoff für das Rollen aufwenden müssen?
1.750 kg sind nur 1 % des ursprünglichen Kraftstoffgewichts von 175.000 kg. Dies setzt jedoch voraus, dass das Gewicht von jedem Teil des Flugzeugs proportional reduziert wird, anstatt in einem Bereich (dh der Struktur) reduziert zu werden, während andere Bereiche (dh das Passagiergewicht) gleich bleiben.
Wieder eine ziemlich komplexe Mathematik, die die Schlussfolgerung "Flugzeugmasse um 1% reduzieren und 1% Treibstoff sparen" generiert. Das ist die Art von Schlussfolgerung, von der Sie überrascht wären, wenn sie nicht wahr wäre.
@Yakk Ich glaube nicht, dass ich eine Frage positiv bewerten würde, die davon ausgeht, dass sie wahr ist, ohne sie zu rechtfertigen. So viele Dinge skalieren in der Wissenschaft nicht gleich, und Flugzeuge sind ziemlich komplizierte, ausbalancierte Maschinen. Ich denke, es ist sehr wichtig, eine Rechtfertigung für die Annahme nachzuweisen, dass dies der Fall ist.
@CortAmmon stimmte dir da zu 100% zu. Jeder kann alles sagen, und das tun sie auch. Was rechtfertigt aber die Aussage? Wie können wir wissen, dass die verbrauchte Kraftstoffmenge linear mit dem Gewicht skaliert und nicht beispielsweise quadratisch wie mit der Fluggeschwindigkeit?
@TheEnvironmentalist Reduzieren Sie die Nutzlast um 1% und Sie sparen auch 1% Kraftstoffverbrauch. Deshalb gibt es Nutzlast-Reichweiten-Diagramme.
Wie viel Verbesserung würde eine Gewichtsreduzierung von 1 % bei einem Flugzeug für die Industrie bedeuten?
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