¿Cuánto afecta el peso de los aviones de pasajeros al uso de combustible y al tiempo de vuelo?

Answer 1

Tom dio una respuesta exhaustiva, proporcionaré una mucho más básica.

Más peso llevado significa más elevación para ser generado.
Más elevación para generar significa más arrastre inducido experimentado.
Más arrastre experimentado requiere que se produzca más empuje.
Más empuje producido conduce a un mayor consumo específico de combustible.

Se puede concluir que un aumento en el peso dará lugar a la necesidad de un aumento en Lift. El aumento en la elevación se proporciona principalmente a través de un aumento en la velocidad, ya que los pilotos tienen como objetivo mantener su actitud de crucero (ángulo de ataque) dentro de un rango estrecho; la elevación varía con la actitud de cabeceo y con el cuadrado de la Velocidad de aire real (TAS) y que los pilotos generalmente vuelan a una combinación específica de velocidad (IAS *) y la actitud de cabeceo de la aeronave (ángulo de ataque) para mantener una altitud elegida (altura sobre el nivel del mar )

Por lo tanto, con un mayor peso, la mayor resistencia requerida requerirá que el Piloto opere con una configuración de empuje más alta y la aeronave consumirá más combustible, pero al mismo tiempo volará más rápido y, por lo tanto, tomará menos tiempo para completar el viaje. considerado igual

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Sin embargo, otras fases del vuelo también pueden afectar el vuelo de diferentes maneras;

Se consumirá más combustible durante la carrera de despegue, ya que el avión tardará un poco más en alcanzar la velocidad de despegue para la misma configuración de potencia de despegue cuando sea más pesado.

Cuando sea más pesado, la aeronave también tardará más en ascender a su altitud de crucero y puede requerir una configuración de potencia más alta durante la escalada si debe alcanzar su altitud de crucero en el mismo lugar sobre el suelo. Esto también resultaría en un mayor consumo de combustible.

Durante un decente, los pilotos generalmente apuntarán a una tasa decente vertical dada. Para un avión más pesado en una ruta decente seleccionada, su velocidad a lo largo de esa ruta será mayor (se requiere más elevación), pero su peso también proporciona parte de la fuerza necesaria para alcanzar esa velocidad y como la fuerza varía con el cuadrado de la velocidad, un el aumento en los resultados de peso es un aumento menor en la velocidad (% sabio) y el tiempo ganado no es tan significativo Es probable que la configuración de empuje sea la misma, ya que los motores deben mantenerse a ciertas temperaturas mínimas, por lo que el consumo de combustible seguirá siendo el mismo. Por supuesto, todo esto depende de la magnitud de la diferencia entre los dos pesos.

IAS: velocidad indicada del aire (nota: los aviones de pasajeros proporcionan TAS mientras que las aeronaves de aviación general menos complejas tienen instrumentos que muestran IAS).

Answer 2

Se me ocurrió una comparación interesante que puede no mostrar directamente la diferencia de rango, pero le dará una idea de cuánto rango se ve afectado por la carga útil.

Boeing vende dos versiones del 737 que son básicamente el mismo avión en el exterior, pero están destinadas a dos mercados diferentes: la versión normal de pasajeros y el avión comercial.

El jet de negocios tiene básicamente las mismas estadísticas que el avión regular:

Comparando el 737 Max 8 con el jet de negocios equivalente:

El peso máximo de despegue es el mismo: 181,200 libras. Las dimensiones son las mismas. Como son los motores. El peso seco máximo es casi el mismo, solo 400 lb diferentes. La capacidad máxima de combustible es la misma: 10,420 galones.

Oh, pero el rango!

Con una configuración típica de pasajeros, el 737-Max8 tiene un alcance de 3.515 nm.

Pero el BBJ tiene un alcance máximo de 6555 millas. Con 8 pasajeros.

Entonces, existe la diferencia en el alcance de un avión específico.

Para otros planos, la proporción no será la misma. Los pasajeros y sus instalaciones asociadas pueden ser una proporción significativamente diferente del peso del avión.

La diferencia en el rango con un 767 puede ser muy diferente a la casi duplicación del rango del 737. Esto se debe a que el consumo de combustible en un avión tiene una curva. Los vuelos muy cortos son ineficientes porque necesita escalar para una mayor proporción del vuelo. Los vuelos muy largos son ineficientes porque necesita transportar más combustible para transportar más combustible para …

Entonces, nuevamente, será muy difícil estimar el rango de cualquier plano específico, sin contar con datos que no estén disponibles públicamente. Pero puede mirar otras versiones comerciales de otros aviones para tener una idea de cómo la carga útil puede afectar el alcance de ese modelo de avión.

Humm … esta fue una pregunta tan interesante que investigué un poco más. Decidí … ¡buscar en los manuales de los aviones!

http://www.boeing.com/assets/pdf …

Ese es el manual para el MD-80. En él hay una serie de cartas que muestran una tabla de carga útil / alcance que se aproxima al alcance de la aeronave con diferentes cargas útiles y diferentes configuraciones de MD-80.

Aquí hay uno para el 747–200F: https://www.atlasair.com/aa/imag …

El eje vertical es la carga útil. El horizontal es el rango.

La línea plana en la parte superior es el rango del avión con la cantidad máxima de carga útil. Eso sería alrededor de 3000 nm. Lo que esto significa es que la carga útil física de la aeronave es tan pesada que no puede transportar la cantidad máxima de combustible, ya que el combustible adicional superaría el peso máximo del avión.

La primera línea inclinada es el alcance del avión cuando comienzas a cambiar la carga por combustible. Puede ver cuántos miles de kilogramos de carga útil está intercambiando por combustible en el gráfico. La segunda curva en la línea es el punto en el que el avión tiene la capacidad máxima de combustible Y la carga útil total máxima.

El último tramo del gráfico es cuando has agotado al máximo los tanques de combustible y estás llevando una carga útil progresivamente más pequeña. Por lo tanto, el 747–200F podría volar alrededor de 7000 nm sin carga útil y combustible máximo, o 5,8000 nm con una carga útil de 50,000 kg y combustible máximo.

Ahora, esto no responde directamente a su pregunta, por una multitud de razones: no especifica cuánto combustible se consume en una ruta específica. De hecho, agrega un buffer de 45 minutos en el tiempo de vuelo para retrasos / desvíos. No tiene en cuenta el clima o los vientos predominantes, ni ningún otro desvío en la ruta de vuelo.

Pero al menos le da una idea de cuánta carga útil puede afectar el rango.

Answer 3

Una pregunta típicamente coroana: fácil y clara de escribir, compleja y turbia para responder.

Comenzaré por el nivel de concepto alto primero:

1. Más peso equivale a más combustible consumido para la misma distancia recorrida.
2. Más combustible consumido equivale a un menor rango de salida a destino; sin embargo :
3. Por lo general, se puede alentar a un avión más pesado a volar cerca de su velocidad de crucero normal (posiblemente necesitando volar un poco más bajo de lo normal para hacerlo), pero lo hará a un costo de aún más combustible y, por lo tanto, incluso menos alcance a menos que se agregue más combustible (lo que significa que se consume aún más combustible).

Por ejemplo, se podría esperar que un vuelo típico de Seattle a Nueva Orleans use X cantidad de combustible para esa ruta en su factor de carga típico (ocupación), digamos, el 80% de la capacidad. Ese mismo vuelo durante el Mardi Gras podría estar 100% reservado (y todos podrían llevar cuentas adicionales para, um, fines recreativos), lo que significa que el avión podría llevar un 25-30% más de carga útil de lo habitual.

Al mismo tiempo, es probable que el horario diario de la aerolínea no cambie; los vuelos aún tendrán que llegar, dar la vuelta y partir con la misma frecuencia de lo habitual para evitar el efecto dominó de llegadas intencionalmente tardías y, en consecuencia, retrasos en las salidas de la red general de la aerolínea. Por lo tanto, el avión necesitará transportar más combustible para transportar más carga útil en el mismo rango, y también más combustible para gastar en mantener el horario normal.

Para comenzar a complicar las cosas, aquí hay una observación interesante del sitio web del Centro de Investigación Glenn de la NASA (Rango de aeronave – Velocidad constante) que señala el problema al tratar de relacionar el peso con el rango:

“En realidad, calcular el alcance es un problema complejo debido a la cantidad de variables. El vuelo de una aeronave no se realiza a una sola velocidad de avance, sino que varía de cero en el despegue, a las condiciones de crucero y de regreso a cero en el aterrizaje. El combustible adicional es gastado en escalar a altitud y en maniobrar el avión. El peso cambia constantemente a medida que se quema el combustible. Por lo tanto, la velocidad de elevación, arrastre, empuje y consumo de combustible también cambian continuamente “.

Un artículo de la Universidad George Mason sobre “Análisis de la carga útil de los aviones para los financieros” proporciona una explicación realmente excelente de cómo se desarrollan las compensaciones de peso versus alcance.

“Para todas las aeronaves, existe una compensación natural entre su carga útil y el rendimiento del alcance. La forma típica de la curva es tal que la aeronave puede transportar una carga útil máxima sobre un rango específico … Pueden volar vuelos más largos si un operador está dispuesto a reducir su carga útil a cambio de combustible “.

(Documento completo en la página en gmu.edu)

Volviendo a la pregunta formulada, si su preocupación es el efecto del peso de los pasajeros más la carga en el uso de combustible y el tiempo de vuelo, la respuesta realmente requiere comprender el efecto de llevar dos pesos diferentes a la misma distancia (rango) en la misma cantidad de tiempo. Intuitivamente, está claro que más peso requiere más elevación para contrarrestar ese peso y mantener equilibradas las fuerzas que afectan al avión. Para ir más allá de eso, se requieren matemáticas.

El alcance de un avión determinado es (razonablemente) fácil de calcular utilizando lo que se conoce como la “Ecuación de alcance de Breguet”, que se basa en conocer y luego aplicar algunos parámetros aerodinámicos específicos (incluida la relación “levantar para arrastrar”) sobre el avión en pregunta. Es posible volver a escribir esta ecuación para calcular lo que se conoce como el consumo específico de combustible, que puede considerarse como la cantidad de combustible que usará por “unidad de empuje”. Esto a su vez le permite cambiar las variables (rango de mantenimiento y velocidad como constantes) para ver el efecto del peso adicional en el flujo de combustible. En pocas palabras, más peso se traduce en más combustible.

(Como estudiante de ciencias políticas, sería bueno decir que realmente usé álgebra hoy, pero este es un conjunto complejo de cálculos y estoy muy lejos de la universidad. Confía en mí, si eres más pesado y quieres volar a la misma velocidad, usarás más combustible. Si quieres más detalles que eso, busca un aerodinámico … me duele la cabeza como está.)

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Una posdata para los coroanos interesados ​​en temas ambientales. Intentar analizar los efectos de consumo de combustible de más o menos pasajeros, en lugar de distinguir entre diferentes tipos de aviones de pasajeros, es un ejercicio interesante con cierta relevancia para la consideración regulatoria actual del impacto ambiental de las operaciones de la aeronave. (Para una perspectiva, vea Planos por libra en un mundo con restricciones de carbono).

En pocas palabras, a medida que se aborda este problema, el número de pasajeros que puede transportar un avión determinado podría representar una forma de gravar / fijar el precio del acceso al espacio aéreo, mientras que el peso máximo de despegue (MTOW) de ese avión podría ser la base de otro medio de cálculo. Como señala el artículo en la página citada, el costo de volar X número de pasajeros en una ruta dada es esencialmente el mismo independientemente del MTOW del avión que realiza el vuelo. Sin embargo, dos aviones con dos MTOW diferentes, que transportan la misma cantidad de pasajeros pero con uno que también transporta gran cantidad de carga (elevando su MTOW) quemarán diferentes cantidades de combustible para cubrir la misma distancia.

Answer 4

Leí un hecho interesante sobre el número de aceitunas en una ensalada una vez, los números fueron asombrosos (en términos de ahorro en costos de combustible al reducir las verduras en cada ensalada), ahora compare eso con el peso de un humano 🙂