Warum sinkt der Treibstoffverbrauch mit zunehmender Flughöhe?

Ich habe ein Diagramm, in dem der Schub ( F ) und der schubspezifische Treibstoffverbrauch (TSFC) sind über der Fluggeschwindigkeit des Flugzeugs für mehrere Höhen (dh Meereshöhe, 3000 Meter und 11000 Meter) aufgetragen. Dies ist für einen generischen Turbojet.

Diagramm01

Ich kenne die Quelle des Bildes nicht, ich entschuldige mich dafür.

Links sehen wir, dass der Schub mit der Höhe abnimmt. Rechts sehen wir, dass die TSFC tatsächlich auch mit der Höhe abnimmt.

Ich denke jedoch, dass dies kontraintuitiv ist. ich verstehe das F nimmt mit der Höhe ab, da die Dichte (und damit der Massendurchsatz) abnimmt, wenn das Flugzeug steigt.

Was ich nicht verstehe ist, dass die TSFC, definiert als:

TSFC ≡ Kraftstoffmassenstrom F
nimmt mit der Höhe ab. Mit anderen Worten, je höher wir fliegen, desto thermodynamisch effizienter ist das Flugzeug. Wie passiert das?

Aus rein mathematischer Sicht macht es keinen Sinn, dass TSFC mit der Höhe abnimmt, da nach der oben genannten Formel F nimmt ab, was mich zu der Annahme veranlasst, dass der Kraftstoffmassenstrom mit der Höhe schneller abnimmt als der Schub.

Kurz gesagt: Warum nimmt die TSFC unter Berücksichtigung der letzten Gleichung mit der Flughöhe ab?

Diese Antwort sollte das meiste davon beantworten.
Das ist eine großartige Antwort (danke für die Verknüpfung), aber ich habe höchstwahrscheinlich nach einer mathematischen Antwort gesucht, wenn man die Gleichung berücksichtigt, die ich zuvor gepostet habe. Ich möchte, dass @PeterKampf sich einmischt und hier etwas Licht ins Dunkel bringt!
Hallo Jose, das ist angewandte Thermodynamik. Wie üblich hat Wikipedia viele Formeln. Ich verband mich mit dem Carnot-Zyklus; Der Brayton-Zyklus ist nur ein Sonderfall und sein Wikipedia-Artikel enthält weniger Formeln.

Antworten (4)

Ich kann die Mathematik nicht liefern, aber ja, das ist richtig. Der Kraftstofffluss nimmt ab, wenn die Luftdichte abnimmt. Der Motor wird aufgrund des größeren Temperaturunterschieds zwischen Einlass- und Abgasen in Kombination mit dem geringeren Kraftstofffluss effizienter.

Hey Nate. Um diese Antwort zu akzeptieren, könnten Sie bitte zumindest ein wenig näher darauf eingehen? Sie müssen keine Mathematik verwenden, eine reine "Text" -Antwort wird funktionieren. Vielleicht kannst du ein Diagramm mit ein paar weiteren Informationen bereitstellen?
Ich muss mich durch einige Nachschlagewerke wühlen und sehen, ob ich nicht etwas Nützlicheres finden kann. Ich komme darauf zurück
Jose, hier sind einige gute Referenzen für weitere Informationen über die Effizienz von Turbinentriebwerken in der Höhe: Dieses Video für die Mathematik: youtube.com/watch?v=E8VfieYhsjg
Dieser Wikipedia-Artikel kann Ihnen helfen, die Brayton-Zyklus-Effizienz von Gasturbinen kurz zu verstehen: en.wikipedia.org/wiki/Thermal_efficiency Und zu guter Letzt sehen Sie sich diesen Beitrag im Pilotenforum der Fluggesellschaft über die Effizienz von Strahltriebwerken an. Es ist nicht tief, aber vielleicht finden Sie seine Notizen hilfreich: theairlinepilots.com/forum/viewtopic.php?t=476 Hoffe, das hilft
Okay @Nate, danke für die Hilfe und deine Zeit.
Meinst du mit Effizienz den thermischen Wirkungsgrad? (Es ist über 30 Jahre her seit meinem Compressible Flow-Kurs, vage Erinnerungen daran, die spezifiziert werden müssen ...)
Zur Verdeutlichung: Die Motoren sind für Reiseflughöhe ausgelegt und müssen daher in niedrigen Höhen künstlich begrenzt werden, um eine Überschreitung der Temperatur- und Belastungsgrenzen zu vermeiden. In großer Höhe ermöglichen sowohl der reduzierte Massenstrom als auch die reduzierte Einlasstemperatur eine Erhöhung des Einlasskompressionsverhältnisses [mit einem damit verbundenen relativen Temperaturanstieg und einer statischen absoluten Temperaturgrenze].

Gasturbinentriebwerke arbeiten in höheren Lagen effizienter

Höhe nimmt zu - Luftdichte nimmt ab - Massenstrom nimmt ab - Maximaler Schub nimmt ab.

Um den Schub bei zunehmender Höhe aufrechtzuerhalten - müssen die Kompressoren schneller drehen.

Höhenlage - Weniger Luftdichte - Geringerer Widerstand - Weniger Kraftstoff erforderlich, um den Kompressor schneller zu drehen.

Es gibt eine optimale Höhe in Bezug auf Geschwindigkeit und Schubkraft, die mit abnehmendem Gewicht zunimmt.

Höhenzunahme - Beibehaltung einer konstanten TAS - Reduzierung des Kraftstoffflusses und des SFC von Meereshöhe bis zur optimalen Höhe. Weitere Informationen finden Sie unter http://www.tairlinepilots.com/forum/viewtopic.php?t=476

Dabei spielen mehrere Parameter eine Rolle, aber große Höhen sind im Allgemeinen nicht die besten Betriebsbedingungen für ein Triebwerk: Siehe heiße und hohe Tests, aber die besten für ein Flugzeug!

Große Höhe bedeutet - weniger Schub durch geringere Luftdichte - weniger Leistung im Gasgenerator durch geringere Sauerstoffdichte - weit weniger Verluste durch Luftwiderstand zum Rumpf

In größeren Höhen ist weniger Sauerstoff vorhanden, so dass das Luft-Kraftstoff-Gemisch, wenn Sie den Kraftstofffluss während des Steigflugs nicht verringern, schließlich so weit aus dem Gleichgewicht gerät, dass der Motor unruhig läuft oder sogar abschaltet oder ausbrennt. Per Definition erhalten Sie in größeren Höhen einen besseren Kraftstoffverbrauch, aber ich würde nicht sagen, dass es aufgrund der erheblichen Leistungsreduzierung, die aufgrund des Sauerstoffmangels tatsächlich entwickelt werden kann, "effizienter" ist. Jeder Motor erzeugt mehr Leistung als direkte Folge der Kraftstoffverbrennung und des maximal verfügbaren Sauerstoffs auf Meereshöhe. Bei Strahltriebwerken müssen jedoch EGT-Temperaturunterschiede und die daraus resultierende Expansion von Abgasen berücksichtigt werden, die in Abhängigkeit von größeren Temperaturunterschieden zusätzlichen Schub erzeugen.

Warum sinkt der Treibstoffverbrauch mit zunehmender Flughöhe?
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