een van de interessante dingen over het leren over stuwkracht voor een raket, is dat we dezelfde formules kunnen gebruiken voor vliegtuigen. Dus, laten we een paar minuten nemen en erachter te komen hoeveel brandstof een vliegtuig gebruikt om te reizen van de ene plaats naar de andere. We kunnen ook kijken waarom vliegtuigen op de hoogte vliegen en hoe de wind de gebruikte brandstof beïnvloedt.

hoe doe ik dit eigenlijk? Nou, we hebben twee vergelijkingen nodig die we op verschillende posten hebben besproken: (1) de vergelijking voor stuwkracht; en (2) de vergelijking voor de trekkracht. Wanneer een vliegtuig op een constante hoogte tussen twee plaatsen reist, kunnen we de krachten in de verticale richting negeren, omdat de zwaartekracht van de aarde in evenwicht wordt gebracht door de lift van de vleugels. In de horizontale richting zijn de krachten ook in evenwicht (omdat we met een constante snelheid reizen), namelijk de stuwkracht van het vliegtuig wordt in evenwicht gebracht door de trekkracht van het vliegtuig dat door de lucht beweegt.

dus, wat is de trekkracht op een vliegtuig? Nou, we kunnen het berekenen met behulp van de formule: F = 0.5 * Rho * Area * Dragcoefficiënt * Speed2, waarbij Rho de massadichtheid van de lucht is, Area is het frontale gebied van het vliegtuig, Dragcoefficiënt is de luchtweerstandscoëfficiënt van het vliegtuig, en Speed is de snelheid van het vliegtuig (met betrekking tot de wind). Laten we een eenvoudig voorbeeld nemen, en neem de Boeing 747, zoals het vliegtuig hierboven. Enkele veronderstellingen over de 747:

oppervlakte = 158,3 m2 (dat is vrij groot!)

luchtweerstandscoëfficiënt = 0,05 (dat is vrij klein!)

snelheid = 562 mijl per uur = 250 m / s

ik vond deze in principe door rond te kijken op het web.

de dichtheid van het oppervlak is 1,23 kg/m3. De dichtheid neemt vrij snel af als je de lucht in gaat. Op 30.000 ft is de dichtheid ongeveer 38% van de oppervlaktedichtheid (0,467 kg / m3). Bij 40.000 ft is de dichtheid ongeveer 25% (0,308 kg/m3).

Ok, dat waren veel getallen. Sorry. Wat betekent dit? We kunnen praten over de trekkracht die de 747 ervaart. Als we alle berekeningen doen, en we nemen aan dat de 747 op 40.000 ft kruist, krijgen we een kracht van 75.750 N, wat 17.030 lbs is. Als het vliegtuig slechts 10.000 ft lager zou vliegen, zou de kracht 25.885 lbs zijn, wat veel (50%) groter is, waaruit blijkt dat de hoogte waarop het vliegtuig vliegt vrij belangrijk is.

laten we nu berekenen hoeveel brandstof er wordt gebruikt tijdens een 6 uur durende vlucht (bijvoorbeeld van New York naar Londen). Als we aannemen dat het allemaal cruise is (wat een slechte veronderstelling is, omdat er veel brandstof wordt gebruikt om op te stijgen), hoeveel brandstof gebruikt de 747 dan?

we moeten berekenen hoeveel brandstof een 747 elke seconde verbruikt bij kruissnelheid en op hoogte. Onthoud dat Thrust = Massaflowrate * ExhaustVelocity. Voor een raketmotor is de Uitlaatsnelheid eigenlijk de snelheid waarmee het gas uit de motor komt. Voor een straalmotor, dat is niet echt het geval, en het is een beetje ingewikkelder. Maar laten we dat overslaan en gewoon mijn woord geloven dat de “ExhaustVelocity” van een straalmotor is ongeveer 35.000 m/s. (als de uitlaatsnelheid echt zo groot was, zou het vrij gevaarlijk zijn om rond de backend van een vliegtuig!)

om de massastroom te krijgen, kunnen we de stuwkracht gewoon delen door de ExhaustVelocity. Op 40,000 ft hoogte, zou de massastroom 2,16 kg/s zijn. een gallon vliegtuigbrandstof is ongeveer 2.7 kg. Dus, een 747 gebruikt iets minder dan (80%) een gallon vliegtuigbrandstof per seconde. Afhankelijk van uw standpunt, dit is ofwel een veel (een auto gebruikt een gallon om de paar uur), of een klein beetje (een raket gebruikt een honderden gallons per seconde).

tijdens een vlucht van 6 uur (6*3600 seconden) zou het vliegtuig ongeveer 17.300 liter brandstof gebruiken (opstijgen en landen niet meegerekend) als het op 40.000 voet zou vliegen.

als het vliegtuig op 30.000 ft zou vliegen en dezelfde exacte snelheid (562 mph) zou houden, zou het vliegtuig 26.300 gallons gebruiken! Dat is 9.000 liter vliegtuigbrandstof meer, alleen voor het vliegen op 30.000 ft.

hopelijk helpt dit u begrijpen waarom vliegtuigen zo hoog vliegen als ze kunnen. Als je op een zeer groot vliegtuig dat vliegt een lange weg, dan kan het vliegtuig de hoogte een paar keer te verhogen als het gebruikt brandstof. Een superzware 747 kan niet vliegen op 50.000 ft, omdat zijn vleugels de lift niet kunnen ondersteunen op 50.000 ft. Omdat de 747 brandstof gebruikt en minder massa heeft, kan hij op steeds grotere hoogtes vliegen. Het beste spoor zou zijn om te vliegen op de hoogste hoogte de hele tijd, het verhogen van de hoogte de hele tijd, maar regels stoppen dit – er zijn bepaalde hoogte “rijstroken” dat vliegtuigen kunnen vliegen in.

gewoon voor de lol, als het vliegtuig op 40.000 ft staat, krijgt het ongeveer 0,195 mijl per gallon. Op 30,000 ft, het krijgt ongeveer 0.128 mijl per gallon. Als de vlucht had 400 mensen op de 747, en het vloog op 40.000 ft, dan zou elke persoon het equivalent van ongeveer 78 MPG krijgen. Niet echt zo slecht! Het zou moeilijk zijn om ergens te rijden voor dit type brandstofbesparing!Interessant is dat als een 747 de hele vlucht op grondniveau zou vliegen, het 69.000 liter brandstof zou gebruiken om van New York naar Londen te vliegen, of ongeveer 0,05 mijl per gallon zou krijgen. Jakkes!

ten slotte, hoe beïnvloedt wind de hoeveelheid gebruikte brandstof? Nou, een 747 gaat 562 km / u niet met betrekking tot de grond, maar met betrekking tot de achtergrondwind. Dus, als de 747 in de straalstroom vliegt, die ongeveer van west naar oost kan zijn met 100 km / u, dan zou de grondsnelheid van de 747 die van New York naar Londen vliegt 652 km / u zijn, maar als je terug komt van Londen naar New York, zou de grondsnelheid 452 km / u zijn. Dit zorgt er niet voor dat de hoeveelheid brandstof per seconde verandert, maar het verandert wel het aantal seconden dat het vliegtuig in de lucht zit. Van New York naar Londen zou de vlucht worden ingekort tot 5:10, en terug naar New York zou de vlucht worden verlengd tot 7:30. De hoeveelheid gebruikte brandstof zou 14.700 gallons (besparing 2.600 gallons, NY naar Londen) of 21.000 gallons (kost ongeveer 3.700 gallons meer, Londen naar New York).

Ah, natuurkunde. Ik hou van je.In de eerste Iron Man-film vloog hij (Iron Man) vanuit Los Angles naar het Midden-Oosten in zijn pak. Het moet onder druk gezet zijn, omdat hij op ongelooflijk grote hoogte moest vliegen. Iron Man is een stuk kleiner dan een 747, maar hij vloog waarschijnlijk twee keer zo snel als een 747. Dus, als je de berekeningen doet, zou hij ongeveer 147 kg brandstof hebben moeten gebruiken. Als dit vliegtuigbrandstof was (wat het niet was, maar dat is een aparte discussie) zou het ongeveer 55 gallons zijn. Waar heeft hij al die brandstof gelaten??? Marvel Fans willen het weten!