yksi mielenkiintoinen asia raketin työntövoiman oppimisessa on se, että lentokoneissa voidaan käyttää samantyyppisiä kaavoja. Mietitäänpä, kuinka paljon polttoainetta Lentokone käyttää matkustaakseen paikasta toiseen. Voimme myös tarkastella, miksi lentokoneet lentävät korkealla ja miten tuuli vaikuttaa polttoaineeseen.

miten tämä oikeastaan tehdään? Tarvitsemme kaksi yhtälöä, joista olemme puhuneet eri viroissa: (1) työntövoiman yhtälö ja (2) vetovoiman yhtälö. Kun kone kulkee kahden paikan välillä tasaisessa korkeudessa, voimme jättää huomioimatta pystysuunnassa olevat voimat, sillä maan painovoimaa tasapainottaa siivistä tuleva noste. Vaakasuorassa suunnassa voimat ovat myös tasapainossa (koska liikumme vakionopeudella), eli lentokoneen työntövoimaa tasapainottaa ilmassa liikkuvasta lentokoneesta tuleva vastusvoima.

joten mikä on lentokoneen vastusvoima? Voimme laskea sen kaavalla: F=0.5 * Rho * alue * DragCoefficient * Speed2, jossa Rho on ilman massatiheys, pinta-ala on lentokoneen etupinta-ala, DragCoefficient on lentokoneen ilmanvastuskerroin ja nopeus on lentokoneen nopeus (suhteessa tuuleen). Tehdään yksinkertainen esimerkki, ja otetaan Boeing 747, kuten lentokone yllä. Joitakin oletuksia 747:

pinta-ala = 158,3 m2 (se on aika iso!)

ilmanvastuskerroin = 0,05(se on aika pieni!)

Velocity = 562 miles per hour = 250 m/s

löysin nämä periaatteessa katsomalla netistä ympärilleen.

pintamassan tiheys on 1,23 kg / m3. Tiheys vähenee aika nopeasti, kun mennään ilmaan. 30 000 jalan korkeudessa tiheys on noin 38% pintatiheydestä (0,467 kg/m3). 40 000 jalan korkeudessa tiheys on noin 25% (0,308 kg/m3).

Ok, siinä oli paljon numeroita. Anteeksi. Mitä tämä tarkoittaa? Voisimme puhua 747: n kokemasta vetovoimasta. Jos teemme kaikki matematiikka, ja oletamme, että 747 on cruising 40,000 ft, saamme voima 75,750 N, joka on 17,030 lbs. Jos lentokone olisi lentää vain 10,000 ft pienempi, voima olisi 25,885 lbs, joka on paljon (50%) suurempi, osoittaa, että korkeus, että lentokone lentää on melko tärkeä.

nyt lasketaan, kuinka paljon polttoainetta käytetään 6 tunnin lennon aikana (vaikkapa New Yorkista Lontooseen). Jos oletamme, että se on kaikki risteily (mikä on huono oletus, koska paljon polttoainetta käytetään nousuun), kuinka paljon polttoainetta 747 käyttää?

No, meidän on laskettava, kuinka paljon polttoainetta a 747 käyttää joka sekunti risteilynopeudessa ja korkeudessa. Muista, että työntövoima = Massalähtöisyys * Tyhjentävyys. Rakettimoottorille Pakokaasun nopeus on todellisuudessa nopeus, jolla kaasu tulee ulos moottorista. Suihkumoottorille näin ei oikeastaan ole, ja se on hieman monimutkaisempi. Mutta hypätäänpä sen yli ja otetaan vain sanani, että suihkumoottorin ”Pakokaasuvoimakkuus” on noin 35 000 m/s. (jos Pakokaasun nopeus olisi todella noin suuri, olisi melko vaarallista olla lentokoneen takaosan ympärillä!)

saadaksemme massavirta, voimme vain jakaa työntövoiman Tyhjentävyydellä. 40 000 jalan korkeudessa massa olisi 2,16 kg/s. gallona lentopetrolia on noin 2.7 kg. Eli 747 käyttää hieman alle (80%) gallonan lentopetrolia joka sekunti. Näkökulmasta riippuen tämä on joko paljon (auto käyttää gallonaa muutaman tunnin välein) tai vähän (raketti käyttää satoja gallonoja sekunnissa).

6 tunnin (6*3600 sekuntia) lennon aikana lentokone käyttäisi noin 17 300 gallonaa polttoainetta (lukuun ottamatta nousua ja laskua), jos se lentäisi 40 000 jalan korkeudessa.

jos Lentokone lentäisi 30 000 jalan korkeudessa ja pitäisi täsmälleen saman nopeuden (562 mph), kone käyttäisi 26 300 gallonaa! Se tekee 9000 gallonaa lentopetrolia enemmän, vain lentämiseen 30000 jalan korkeudessa.

Toivottavasti tämä auttaa ymmärtämään, miksi lentokoneet lentävät niin korkealla kuin pystyvät. Jos olet hyvin suuressa lentokoneessa, joka lentää pitkän matkan, Lentokone saattaa nostaa korkeutta pari kertaa, kun se käyttää polttoainetta. Superraskas 747 ei voi lentää 50 000 jalan korkeudessa, koska sen siivet eivät kestä nostoa 50 000 jalan korkeudessa. Koska 747 käyttää polttoainetta ja on vähemmän massaa, se voi lentää yhä korkeammalla. Paras rata olisi lentää korkeimmalla korkeudella koko ajan, lisäämällä korkeutta koko ajan, mutta säännöt estävät tämän – on olemassa tiettyjä korkeus ”kaistoja”, että lentokoneet voivat lentää.

huvin vuoksi, jos lentokone on 40 000 jalan korkeudessa, se saa noin 0,195 mailia gallonaa kohti. 30 000 jalan korkeudessa se saavuttaa noin 0,128 mailia gallonalla. Jos lennolla oli 400 ihmistä 747: ssä, ja se lensi 40 000 jalan korkeudessa, jokainen ihminen saisi vastaavan määrän noin 78 MPG: tä. Ei oikeastaan niin paha! Tällaisen polttoainetalouden takia olisi vaikea ajaa jonnekin!

mielenkiintoista on, että jos 747 lentäisi maanpinnalla koko lennon ajan, se käyttäisi 69 000 gallonaa polttoainetta lentääkseen New Yorkista Lontooseen, tai saisi noin 0,05 mailia gallonaa kohti. Hyi!

lopuksi, miten tuuli vaikuttaa käytetyn polttoaineen määrään? No, 747 kulkee 562 MPH ei suhteessa maahan, vaan suhteessa taustatuuleen. Joten, jos 747 lentää suihkuvirtauksessa, joka voi olla noin lännestä itään 100 MPH, niin 747: n maanopeus New Yorkista Lontooseen olisi 652 MPH, mutta palatessa Lontoosta New Yorkiin, maanopeus olisi 452 MPH. Tämä ei aiheuta käytetyn polttoaineen määrää sekunnissa, mutta se muuttaa sitä, kuinka monta sekuntia lentokone on ilmassa. New Yorkista Lontooseen lentoa lyhennettäisiin 5:10: een ja takaisin New Yorkiin lentoa pidennettäisiin 7: 30: een. Polttoaineen määrä olisi 14700 gallonaa (säästää 2600 gallonaa, NY Lontooseen) tai 21000 gallonaa (maksaa noin 3700 gallonaa lisää, Lontoosta New Yorkiin).

ah, fysiikka. Minä rakastan teitä.

Oh, Sivuhuomautuksena, miettii ensimmäisessä Iron Man-elokuvassa, kun hän (Iron Man) lensi Los Anglesista Lähi-itään puvussaan. Ilmeisesti sen on täytynyt olla paineistettu,koska hänen olisi pitänyt lentää uskomattoman korkealla. Iron Man on melko paljon pienempi kuin 747, mutta luultavasti se lensi noin kaksi kertaa nopeammin kuin 747. Laskelmissa hän olisi joutunut käyttämään noin 147 kiloa polttoainetta. Jos tämä olisi lentopetrolia (mitä se ei ollut, mutta se on erillinen keskustelu) se olisi noin 55 gallonaa. Minne hän laittoi kaiken polttoaineen??? Marvel fanit haluavat tietää!