Будет ли авиалайнер подниматься выше в конце полета из-за израсходованного топлива (легкий самолет), чтобы сэкономить больше топлива?

Термин для этого - ступенчатое восхождение. Это чаще встречается на дальних рейсах. На загруженных трансатлантических маршрутах (без радаров) это не так распространено (это может измениться по мере внедрения спутникового наблюдения ADS-B).

Это в прямом эфире на момент написания этого:

Эмирейтс 7 (A380) прилетает в Хитроу: FL320 → 360 → 380 → 400.

Как упоминалось в 757toga, необходимо учитывать несколько переменных. Обычно в план полета включаются ступенчатые наборы высоты . Обновления / изменения также могут быть отправлены операционным центром авиакомпании пилотам (чаще встречается на транстихоокеанских рейсах, поскольку обрабатываются новые наблюдения за погодой). С учетом переменных также может быть запрошен ступенчатый спуск (пример ниже).

Дельта 40 1 января

Из публикации Airbus ( Getting to Grips with Aircraft Performance ) соотношение выглядит так:

При стабильной погоде над тропопаузой и отсутствии трафика высоколетящий «Конкорд» привык к крейсерскому набору высоты (не ступенчатому, а непрерывному).

Существует ряд переменных, влияющих на решение о том, следует ли подниматься на большую высоту, поскольку топливо сжигается и самолет становится легче. Сжигание меньшего количества топлива, как вы отмечаете в своем вопросе, является одним из соображений.

Соображения по поводу того, чтобы не подниматься на большую высоту, могут включать:

Ветер на большей высоте может привести к большему встречному ветру (или меньшему попутному ветру); возможно, есть сообщения о турбулентности на большей высоте; тип самолета и связанные с ним оптимальные летно-технические характеристики могут сделать полет на большей высоте (чем его текущая высота) менее эффективным; Авиадиспетчерская служба может запретить воздушному судну подниматься на большую высоту из-за пробок или других проблем, связанных с маршрутом полета и т. д.

К счастью, многие современные самолеты имеют данные о лучших характеристиках и оптимальной высоте, которые постоянно доступны с помощью бортовых компьютерных систем управления полетом, чтобы помочь в принятии решения о том, уместно ли подниматься на большую высоту по мере сжигания топлива, когда самолет становится легче.

Да, это практично в реальном мире и очень распространено. Почти все транстихоокеанские рейсы делают это (так называемые «ступенчатые подъемы»), потому что они стартуют намного, намного тяжелее, чем приземляются. Их первоначальная крейсерская высота должна быть относительно низкой из-за их большого начального веса, но они могут подняться в более разреженный воздух, как только они сожгут сотни тысяч фунтов веса топлива, и это позволит им летать на остатке. полета более эффективно.

Однако это гораздо реже встречается на коротких 2-часовых внутренних прыжках. Они, как правило, не ограничены высотой своего топлива в первую очередь, поэтому им не нужно начинать с более низкой высоты, а затем подниматься позже. Они просто набирают крейсерскую высоту, которую они будут использовать на всем пути до точки снижения, если им или УВД не потребуется, чтобы они изменили высоту из-за чего-то вроде погоды, турбулентности или трафика. Вес топлива составляет гораздо меньшую долю от общего взлетного веса самолета при 2-часовых перелетах внутри страны, чем при 15-часовых транстихоокеанских дальних рейсах. По этой же причине эти самолеты обычно могут приземляться сразу после взлета, если это необходимо, и обычно даже не имеют возможности сброса топлива.

Вот пример рейса Токио-Нарита в Нью-Йорк-JFK на Boeing 777-300ER Japan Airlines в начале этой недели:

Источник: FlightAware

Этот полет длится чуть более 12 часов. Он стартовал с начальной крейсерской высоты 32 000 футов. Интересно, что, похоже, изначально он получил разрешение на блокировку, и ему потребовалось почти час и 40 минут, чтобы подняться с 30 000 до 32 000. Затем он сделал ступенчатый подъем до 33 000 примерно за 3 часа, 34 000 за 4,5 часа, 35 000 за 6,5 часов и, наконец, 37 000 за 9,5 часов. Если вы обращаете внимание как пассажир, вы можете услышать, когда происходят эти подъемы по ступенькам, так как двигатели становятся заметно громче в течение нескольких минут или около того во время подъемов по ступенькам. Конечно, вы также можете увидеть это в системе отслеживания полетов на бортовых развлекательных экранах на рейсах, где они есть.

Потому что вы всегда можете уменьшить угол тангажа, уменьшить сопротивление и сэкономить топливо. Таким образом, вам не нужно набирать высоту, чтобы потреблять дополнительное топливо. И вы не связываетесь с другими воздушными путями.

Это то, что вы будете делать, чтобы поддерживать заданную высоту по мере сжигания топлива (обычно автопилот делает это очень маленькими шагами постоянно и автоматически). Это, конечно, несколько снижает расход топлива, но не уменьшает его, как так же, как восхождение в разреженном воздухе делает.

Да, ступенчатый набор высоты сделан для экономии топлива, потому что воздух там разрежен и требует меньше топлива, чтобы протолкнуться. (Например, как вы получите удар MPG за рулем вашего автомобиля в Вайоминге).

Они уже принимают самый низкий угол атаки, который приведет к горизонтальному полету, а угол атаки высокий, потому что в самолете много топлива. В этом случае опускание носа для уменьшения угла атаки приведет к потере высоты.

возникает вопрос: «Зачем ступенчатый подъем, почему бы не начать с большей высоты?»

Ответ - они не могут .

Еще более высокий угол атаки, необходимый для полета в разреженном воздухе, приведет к сваливанию.

Первые ступени ниже, потому что самолет слишком тяжелый, чтобы летать на больших высотах. Только после того, как он немного потеряет вес в топливе, можно будет безопасно подняться на следующую ступеньку вверх. Затем он теряет больше и делает следующий шаг, если может получить разрешение.

В горизонтальном полете подъемная сила L = вес W =$C_L \cdot ½ \rho V^2 \cdot S$(в несжимаемых условиях). Если W постоянно уменьшается из-за сжигания топлива, подъемная сила также должна уменьшаться соответственно. Поскольку площадь крыла S является фиксированной величиной в крейсерском режиме, подъемная сила может быть уменьшена на:

• Ниже$C_L$изменением отделки;
• Меньшая плотность воздуха$\rho$летая выше;
• Уменьшите воздушную скорость V, отрегулировав дроссель;

Оказывается, оптимальный способ приспособиться к уменьшенному весу — это линейное и непрерывное увеличение высоты в соответствии с зеленой линией на рисунке выше на странице 10 этого документа . Но самолетов, курсирующих между континентами, довольно много и их необходимо разделять в коридорах полета, поэтому крейсерский набор высоты на дозвуковых лайнерах совершают ступенчато. Действительно, у Concorde не было этой проблемы, и он мог непрерывно подниматься, как упоминается в ответе @ ymb1.

Упомянутый документ MIT довольно интересен. На странице 13 выше, где упоминается, что высота по плотности должна увеличиваться линейно, но барометрическая высота полета самолета может привести к скачкам барометрической высоты.