Каково минимальное время пребывания в круизе (например, для B737)?

Выше приведена простая модель , чтобы разбить проблему на ее простейшую форму. Конечно, модель можно доработать. Предполагая для короткого полета, что путевая скорость не сильно меняется от момента после взлета до момента окончательного захода на посадку, становится очевидным, что достижение вершины и сразу же снижение дает самое короткое время сжигания топлива (синяя линия) и самое продолжительное время работы двигателей на холостом ходу. во время спуска.

С практической точки зрения вам нужно несколько минут в крейсерском режиме для целей УВД, инструктажа по заходу на посадку и т. Д. Таким образом, 5 минут, упомянутые @CptReynolds в комментарии, имеют смысл.

Та же модель должна быть верна для дальнемагистральных полетов, только если аэрокосмические материалы и двигательная установка позволят эффективно осуществлять суборбитальный полет, скажем, из Лондона в Лос-Анджелес, но, увы, это не так.

Уточнение модели

* Полуподъем и полуспуск.

Здесь полет разделен на равные временные сегменты (с сохранением предположения об «одинаковой путевой скорости»). Я принял во внимание меньшую скорость снижения и уменьшение скороподъемности / тяги / расхода топлива, чем выше поднимается реактивный самолет. Цифры указывают соотношение расхода топлива (FF) на временной отрезок.

С реальными цифрами FF можно сделать дальнейшие уточнения.

Настоящее руководство Boeing 737 FPPM (полеты <500 м. миль)

(Нажмите, чтобы посмотреть)

Здесь очень хорошо видно, что чем длиннее короткий полет (даже ненамного), тем выше крейсерская высота. Там нет точки, где есть отсечение. И с правой стороны: чем легче самолет, тем выше он должен лететь.

Примечание относительно крейсерского передаточного числа, фиксированного на уровне 1,25: глядя на 737 AFM, FF не сильно меняется от FL250 до FL410 при том же весе (2374-2458 фунтов/ч/двигатель; хотя число Маха увеличивается). Итак, для коротких прыжков с более низким уровнем круиза я оставил круиз FF для этой простой модели.

В полетах на короткие расстояния: в идеале ноль. На практике разумно несколько минут для перехода между набором высоты и спуском. В полетах на большую дальность изначально нет реальной разницы между набором высоты и крейсерским полетом, потому что самолет набирает высоту на скорости или близкой к ней для достижения наилучшей дальности до тех пор, пока ограничения УВД или ограничения не запрещают ему увеличиваться. Обратите внимание, что уравнение дальности Бреге требует, чтобы самолет набирал высоту до конца полета.

Да, для подъема требуется больше топлива, но также увеличивается и потенциальная энергия. Эту энергию можно с пользой использовать, пролетая при более низкой тяге во время снижения. Теперь важно, с какой скоростью самолет набирает высоту: если его путевая скорость на наборе высоты не ниже, чем на крейсерском, он ничего не потеряет на наборе высоты.

Полет выше означает более высокую путевую скорость для заданной указанной скорости и улучшенную термодинамическую эффективность . Поскольку наиболее эффективная крейсерская скорость достигается при заданном коэффициенте подъемной силы и в большинстве случаев немного ниже максимальной горизонтальной скорости на полном газу, быстрый полет на малой высоте очень неэффективен. И лучшая крейсерская скорость, и максимальная скорость сходятся с высотой до тех пор, пока обе не упадут вместе в угол гроба .

Если самолет летит с максимальной дальностью полета и полной тягой, избыточная мощность может быть использована для набора высоты. Этот короткий мысленный эксперимент сразу же делает его привлекательным для набора высоты — самолет преодолевает ту же территорию, улучшая при этом свою способность летать быстрее. Кроме того, применение полной мощности, скорее всего , немного улучшит эффективность двигателя .

Это сделает лазание выше более привлекательным, пока вы не достигнете одного из двух пределов:

1. Температура перестает снижаться с высотой, поэтому любое увеличение высоты больше не улучшает термодинамическую эффективность , или
2. Коэффициент подъемной силы в полете превышает значение при оптимальном крейсерском режиме, поэтому при полете на большей высоте самолет будет менее эффективен в крейсерском режиме.

В обоих случаях требуется большая тяга, и в большинстве практических случаев мощность двигателей иссякнет с высотой до того, как будет достигнут один из двух пределов. Кроме того, в большинстве практических случаев самолет будет лететь немного медленнее, чем его оптимальная дальность полета, чтобы улучшить скорость набора высоты, поэтому он будет проводить больше времени на более привлекательных высотах.

Максимальная высота в коротких полетах определяется скороподъемностью и скоростью снижения: самолет будет набирать высоту, пока не достигнет высоты и расстояния до пункта назначения, при которых полет на холостом ходу приведет его к пункту назначения. В более длительных полетах мощность двигателя ограничивает скорость набора высоты, но в идеале самолет должен продолжать набор высоты, поскольку он теряет массу за счет сжигания топлива.