az egyik érdekes dolog a rakéták tolóerejének megismerésében az, hogy ugyanazokat a képleteket használhatjuk repülőgépekhez. Vegyünk tehát néhány percet, és derítsük ki, mennyi üzemanyagot használ egy repülőgép az egyik helyről a másikra való utazáshoz. Azt is megvizsgálhatjuk, hogy a repülőgépek miért repülnek olyan magasságban, mint ők, és hogyan befolyásolja a szél a felhasznált üzemanyagot.

hogyan kell ezt megtenni? Nos, két egyenletre van szükségünk, amelyekről különböző hozzászólásokban beszéltünk: (1) a tolóerő egyenlete; és (2) a húzóerő egyenlete. Amikor egy sík két hely között állandó magasságban halad, figyelmen kívül hagyhatjuk a függőleges irányú erőket, mivel a Föld gravitációját kiegyensúlyozza a szárnyakból történő emelés. Vízszintes irányban az erők is kiegyensúlyozottak (mivel állandó sebességgel haladunk), nevezetesen a repülőgép tolóerejét kiegyensúlyozza a levegőben mozgó repülőgép húzóereje.

szóval, mi a húzóerő egy repülőgépen? Nos, kiszámíthatjuk a következő képlettel: F=0.5 * Rho * terület * DragCoefficient * Speed2, ahol Rho a levegő tömegsűrűsége, a terület a repülőgép elülső területe, a DragCoefficient a repülőgép húzási együtthatója, a sebesség pedig a repülőgép sebessége (a szélhez viszonyítva). Tegyünk egy egyszerű példát, és vegyük a Boeing 747-et, mint a fent látható Repülőgép. Néhány feltételezés a 747-ről:

terület = 158,3 m2 (ez elég nagy!)

húzási együttható = 0,05 (ez elég kicsi!)

sebesség = 562 mérföld per óra = 250 m/s

alapvetően találtam ezeket körülnézett az interneten.

a felületi Tömeg sűrűsége 1,23 kg/m3. A sűrűség elég gyorsan csökken, ahogy felmegy a levegőbe. 30 000 lábnál a sűrűség nagyjából a felületi sűrűség 38% – a (0,467 kg/m3). 40 000 lábnál a sűrűség körülbelül 25% (0,308 kg/m3).

Ok, ez sok szám volt. Sajnálom. Ez mit jelent? Beszélhetnénk a vonóerőről, amit a 747-es tapasztal. Ha mindent megteszünk, és feltételezzük, hogy a 747 40 000 lábnál halad, akkor 75 750 n erőt kapunk, ami 17 030 Font. Ha a repülőgép csak 10 000 lábal alacsonyabban repülne, akkor az erő 25 885 Font lenne, ami sokkal (50%) nagyobb, ami azt mutatja, hogy a repülőgép repülésének magassága nagyon fontos.

most számoljuk ki, mennyi üzemanyagot használnak fel egy 6 órás repülés során (mondjuk New York-London). Ha feltételezzük, hogy ez az egész körutazás (ami rossz feltételezés, mivel sok üzemanyagot használnak fel a felszálláshoz), mennyi üzemanyagot használ a 747?

nos, ki kell számolnunk, hogy egy 747-es másodpercenként mennyi üzemanyagot használ fel utazási sebességnél és magasságban. Ne feledje, hogy a tolóerő = MassFlowRate * ExhaustVelocity. Egy rakétamotor esetében a kipufogógáz sebessége valójában az a sebesség, amellyel a gáz kijön a motorból. Egy sugárhajtómű esetében ez nem igazán így van, és ez egy kicsit bonyolultabb. De hagyjuk át ezt, és csak fogadjuk el a szavamat, hogy a sugárhajtómű” ExhaustVelocity ” körülbelül 35 000 m/s. (ha a kipufogógáz sebessége valóban ilyen nagy lenne, elég veszélyes lenne egy repülőgép háttere körül lenni!)

ahhoz, hogy megkapjuk a Tömegáramot, csak eloszthatjuk a tolóerőt a Kipufogóvelocity-vel. 40 000 láb magasságban a tömegáram 2,16 kg/s lenne.egy gallon sugárhajtású üzemanyag körülbelül 2.7 kg. Tehát egy 747-es másodpercenként alig (80%) használ egy gallon sugárhajtású üzemanyagot. Az Ön nézőpontjától függően ez vagy sok (egy autó néhány óránként egy gallont használ), vagy egy apró (egy rakéta másodpercenként több száz gallont használ).

egy 6 órás (6*3600 másodperces) repülés során a repülőgép körülbelül 17 300 liter üzemanyagot használna fel (a felszállást és a leszállást nem számítva), ha 40 000 láb magasságban repülne.

ha a repülőgép 30 000 láb sebességgel repülne, és ugyanazt a pontos sebességet (562 mph) tartaná, a repülőgép 26 300 gallont használna! Ez 9,000 gallon sugárhajtású üzemanyag Több, csak a repülő 30,000 ft.

Remélhetőleg ez segít megérteni, hogy a repülőgépek miért repülnek olyan magasra, amennyire csak tudnak. Ha egy nagyon nagy repülőgépen van, amely hosszú utat repül, akkor a repülőgép néhányszor megemelheti a magasságot, mivel üzemanyagot használ. Egy szuper nehéz 747 nem tud repülni 50 000 lábnál, mivel szárnyai nem tudják támogatni az emelést 50 000 lábnál. Mivel a 747-es üzemanyaggal és kisebb tömeggel rendelkezik, egyre nagyobb magasságokban tud repülni. A legjobb pálya az lenne, ha mindig a legmagasabb magasságban repülne, folyamatosan növelve a magasságot, de a szabályok ezt megállítják – vannak bizonyos magassági “sávok”, amelyeken a repülőgépek repülhetnek.

csak a móka kedvéért, ha a repülőgép 40.000 ft, ez lesz a 0.195 mérföld per gallon. 30 000 lábnál körülbelül 0,128 mérföldet kap gallononként. Ha a repülésnek 400 embere lenne a 747-esen, és 40 000 láb magasságban repülne, akkor minden ember Körülbelül 78 MPG-nek felelne meg. Nem is olyan rossz! Nehéz lenne valahol vezetni az ilyen típusú üzemanyag-takarékosság érdekében!

érdekes, hogy ha egy 747-es repülne a földszinten az egész repülés során, akkor 69 000 liter üzemanyagot használna fel New Yorkból Londonba repüléshez, vagy körülbelül 0,05 mérföldet kapna gallononként. Fúj!

végül hogyan befolyásolja a szél a felhasznált üzemanyag mennyiségét? Nos, egy 747-es 562 km / h sebességgel halad, nem a talajhoz képest, hanem a háttérszél tekintetében. Tehát, ha a 747 A jet stream-ben repül, amely körülbelül nyugat-kelet felé lehet 100 MPH sebességgel, akkor a New Yorkból Londonba repülő 747 földi sebessége 652 MPH lenne, de Londonból New Yorkba visszatérve a földi sebesség 452 MPH lenne. Ez nem változtatja meg a másodpercenként felhasznált üzemanyag mennyiségét, de megváltoztatja a repülőgép levegőben töltött másodperceinek számát. New Yorkból Londonba a járat 5:10-re rövidül, vissza New Yorkba pedig 7:30-ra. A felhasznált üzemanyag mennyisége 14 700 gallon (2600 gallon megtakarítása, NY Londonba) vagy 21 000 gallon (további 3700 gallonba kerül, Londonból New Yorkba).

Ah, fizika. Szeretlek.

Ó, mellékesen, gondolj az első Iron Man filmre, amikor (Vasember) Los Angles-ből repült a Közel-Keletre az öltönyében. Nyilvánvalóan nyomás alatt kellett lennie, mivel hihetetlenül nagy magasságban kellett repülnie. A Vasember jóval kisebb, mint egy 747-es, de valószínűleg kétszer olyan gyorsan repült, mint egy 747-es. Tehát, ha elvégzi a számításokat, körülbelül 147 kg üzemanyagot kellett volna felhasználnia. Ha ez sugárhajtású üzemanyag lenne (ami nem volt, de ez külön vita), akkor körülbelül 55 gallon lenne. Hová tette ezt a sok üzemanyagot??? A Marvel rajongói tudni akarják!