unul dintre lucrurile interesante despre învățarea despre împingerea unei rachete este că putem folosi aceleași tipuri de formule pentru avioane. Deci, să luăm câteva minute și să ne dăm seama cât de mult combustibil folosește un avion pentru a călători dintr-un loc în altul. Ne putem uita, de asemenea, de ce avioanele zboară la altitudinile pe care le fac și cum vântul afectează combustibilul folosit.

cum se face de fapt acest lucru? Ei bine, avem nevoie de două ecuații despre care am vorbit pe diferite postări: (1) ecuația pentru împingere; și (2) ecuația pentru forța de tracțiune. Când un avion călătorește între două locuri la o altitudine constantă, putem ignora forțele în direcția verticală, deoarece gravitația Pământului este echilibrată de ridicarea din aripi. În direcția orizontală, forțele sunt, de asemenea, echilibrate (deoarece călătorim cu o viteză constantă), și anume forța avionului este echilibrată de forța de tracțiune Din avion care se deplasează prin aer.

deci, care este forța de tracțiune pe un avion? Ei bine, îl putem calcula folosind formula: F=0.5 * Rho * zona * DragCoefficient * Speed2, unde Rho este densitatea de masă a aerului, zona este zona frontală a avionului, DragCoefficient este coeficientul de tracțiune al avionului, iar viteza este viteza avionului (în raport cu vântul). Să facem un exemplu simplu și să luăm Boeing 747, ca și avionul prezentat mai sus. Unele ipoteze despre 747:

zona = 158.3 m2 (care este destul de mare!)

coeficientul de tracțiune = 0,05 (care este destul de mic!)

Velocity = 562 mile pe oră = 250 m/s

am găsit practic aceste privind în jur pe web.

densitatea masei de suprafață este de 1,23 kg/m3. Densitatea scade destul de rapid pe măsură ce urcați în aer. La 30.000 ft, densitatea este de aproximativ 38% din densitatea suprafeței (0,467 kg/m3). La 40.000 ft, densitatea este de aproximativ 25% (0,308 kg/m3).

Ok, asta a fost o mulțime de numere. Scuze. Ce înseamnă asta? Ei bine, am putea vorbi despre forța de tracțiune pe care o experimentează 747. Dacă facem toate calculele și presupunem că 747 navighează la 40.000 ft, obținem o forță de 75.750 N, care este de 17.030 lbs. Dacă avionul ar zbura cu doar 10.000 ft mai jos, forța ar fi de 25.885 lbs, ceea ce este mult (50%) mai mare, arătând că altitudinea pe care o zboară avionul este destul de importantă.

acum, să calculăm cât de mult combustibil este folosit în timpul unui zbor de 6 ore (să zicem New York la Londra). Dacă presupunem că este vorba de croazieră (ceea ce este o presupunere proastă, deoarece se folosește mult combustibil pentru decolare), cât combustibil folosește 747?

Ei bine, trebuie să calculăm cât combustibil folosește un 747 în fiecare secundă la viteza de croazieră și la altitudine. Amintiți-vă că Thrust = MassFlowRate * ExhaustVelocity. Pentru un motor rachetă, viteza de evacuare este într-adevăr viteza cu care gazul iese din motor. Pentru un motor cu reacție, nu este chiar cazul și este un pic mai complicat. Dar, să săriți peste asta și să ia doar cuvântul Meu că „ExhaustVelocity” de un motor cu reacție este de aproximativ 35.000 m/s. (în cazul în care viteza de evacuare au fost într-adevăr că mare, ar fi destul de periculos să fie în jurul backend de un avion!)

pentru a obține fluxul de masă, putem împărți forța de tracțiune la ExhaustVelocity. La o altitudine de 40.000 ft, debitul de masă ar fi de 2,16 kg/s. un galon de combustibil pentru avioane este de aproximativ 2.7 kg. Deci, un 747 folosește puțin sub (80%) un galon de combustibil pentru avioane în fiecare secundă. În funcție de punctul dvs. de vedere, acesta este fie mult (o mașină folosește un galon la fiecare câteva ore), fie un pic mic (o rachetă folosește sute de galoane în fiecare secundă).

pe parcursul unui zbor de 6 ore (6*3600 secunde), avionul ar folosi aproximativ 17.300 de galoane de combustibil (fără a lua în considerare decolarea și aterizarea) dacă ar zbura la 40.000 ft.

dacă avionul ar zbura la 30.000 ft și ar păstra aceeași viteză exactă (562 mph), avionul ar folosi 26.300 galoane! Aceasta este de 9.000 de galoane de combustibil pentru avioane mai mult, doar pentru zbor la 30.000 ft.

sperăm că acest lucru vă ajută să înțelegeți de ce avioanele zboară cât de sus pot. Dacă sunteți pe un avion foarte mare, care este de zbor un drum lung, apoi avionul poate ridica altitudinea de câteva ori ca foloseste combustibil. Un 747 super greu nu poate zbura la 50.000 ft, deoarece aripile sale nu pot susține ascensorul la 50.000 ft. Deoarece 747 folosește combustibil și are o masă mai mică, poate zbura la altitudini din ce în ce mai mari. Cea mai bună pistă ar fi să zbori la cea mai mare altitudine tot timpul, crescând altitudinea tot timpul, dar regulile opresc acest lucru – există anumite „benzi” de altitudine în care avioanele pot zbura.

doar pentru distracție, în cazul în care avionul este la 40.000 ft, acesta devine aproximativ 0.195 mile pe galon. La 30.000 ft, acesta devine aproximativ 0.128 mile pe galon. Dacă zborul avea 400 de persoane pe 747 și zbura la 40.000 ft, atunci fiecare persoană ar obține echivalentul a aproximativ 78 MPG. Nu chiar așa de rău! Ar fi greu să conduci undeva pentru acest tip de economie de combustibil!

interesant, dacă un 747 ar zbura la nivelul solului întregul zbor, ar folosi 69.000 de galoane de combustibil pentru a zbura de la New York la Londra sau ar obține aproximativ 0,05 mile pe galon. Yikes!

în cele din urmă, cum influențează vântul cantitatea de combustibil utilizată? Ei bine, un 747 merge 562 MPH nu în ceea ce privește solul, ci în ceea ce privește vântul de fundal. Deci, dacă 747 zboară în fluxul de jet, care poate fi aproximativ de la vest la est la 100 MPH, atunci viteza la sol a 747 care zboară de la New York la Londra ar fi 652 MPH, dar revenind de la Londra la New York, viteza la sol ar fi 452 MPH. Acest lucru nu face ca cantitatea de combustibil utilizată pe secundă să se schimbe, dar modifică Numărul de secunde în care avionul este în aer. De la New York la Londra, zborul va fi scurtat la 5:10, iar înapoi la New York, va fi prelungit la 7:30. Cantitatea de combustibil utilizată ar fi de 14.700 galoane (economisind 2.600 galoane, NY la Londra) sau 21.000 galoane (costând încă 3.700 galoane, Londra la New York).

ah, fizică. Te iubesc.

Oh, pe o notă laterală, gândiți-vă în primul film Iron Man când el (Iron Man) a zburat din Los Angles în Orientul Mijlociu în costumul său. Evident, trebuie să fi fost presurizat, deoarece ar fi trebuit să zboare la altitudini incredibil de mari. Iron Man este destul de mare mai mic decât un 747, dar probabil că zbura de două ori mai repede decât un 747. Deci, dacă faceți calculele, ar fi trebuit să folosească aproximativ 147 kg de combustibil. Dacă acest lucru a fost jet de combustibil (care nu a fost, dar că este o discuție separată) ar fi despre 55 galoane. Unde a pus tot combustibilul ăsta??? Fanii Marvel vor să știe!