Economia de combustible en avions
.svg){kind=link}
El aforro de combustible en les aeronaus és la mida de l'eficiència energètica en el transport de les aeronaus.
l'eficiència s'incrementa en una millor aerodinàmica i en la reducció del pes, i en la millora del BSFC i de l'eficiència de la propulsió o TSFC del motor.
La resistència i l'autonomia poden millorar-se en la velocitat aerodinàmica òptima, i l'economia és millor a l'altitut òptima, normalment més alta. L'eficiència d'una aerollínia depén del consum de combustible de la seua flota, de la densitat d'assents, de la càrrega i del factor de càrrega de passagers, mentres que els procediments operatius com el manteniment de l'aeronau i la ruta poden aforrar combustible.
El consum mig de combustible de les noves aeronaus es va reduir en un 45% entre 1968 i 2014, lo que supon una reducció anual composta de l'1,3% en una taxa de reducció variable. En 2018, les emissions de CO₂ varen ascendir a 747 millons de tonellades per al transport de passagers, per a 8,5 billons d'ingressos per passagers (RPK), lo que supon una mija de 88 grams de CO₂ per RPK.[2] Un 88g de CO₂/km representa 3,1 g de combustible per km, o un 3,5l/100 km de consum de combustible.
Les noves tecnologies poden reduir el consum de combustible dels motors, com una major relació de pressió global i relació de derivació, turbofán en engranages, rotor obert, avió elèctric híbrit o propulsió totalment elèctrica; i l'eficiència del fuselage en adaptacions, millors materials i sistemes i aerodinàmica alvançada.
Teoria de l'eficiència del vol
[editar | editar còdic]
Una aeronau propulsada contrarresta la seua pes per mig de la sustentació aerodinàmica i contrarresta la seua resistència aerodinàmica en l'espente. El màxim alcanç de l'aeronau ve determinat pel nivell d'eficiència en el que es pot aplicar l'espente per a superar la resistència aerodinàmica.
Aerodinàmica
[editar | editar còdic]
Subcampo de la dinàmica de decorreguts, l'aerodinàmica estudia la física d'un cos que es mou en l'aire. Ya que la sustentació i la resistència de l'aire són funcions de la velocitat de l'aire, les seues relacions són els principals determinants de l'eficiència del disseny d'una aeronau.
L'eficiència d'una aeronau aumenta si s'maximizar la relació entre sustentació i resistència, que es conseguix minimisant l'arrastre paràsit i la resistència induïda generada per la sustentació, els dos components de la resistència aerodinàmica. Com la resistència paràsita aumenta i la resistència induïda disminuïx en la velocitat, existix una velocitat òptima en la que la suma d'abdós és mínima; esta és la millor relació de planege. En el cas de les aeronaus en motor, la relació de planege òptima té que estar equilibrada en l'eficiència de l'espente.
La resistència paràsita està constituïda per la resistència a la forma i la resistència a la fricció de la superfície, i creix en el quadrat de la velocitat en l'equació d'arrastre. La resistència de forma es minimisa tenint la menor àrea frontal i aerodinamizando l'avió per a obtindre un baix coeficient d'arrastre, mentres que la fricció de la superfície és proporcional a la superfície del cos i reduir-se maximizar el fluix laminar.
La resistència induïda pot reduir-se disminuint el tamany del fuselage, el pes del combustible i de la càrrega útil, i aumentant la relació d'aspecte de l'ala o utilisant dispositiu de punta d'ala a costa d'aumentar el pes de l'estructura.
Velocitat de disseny
[editar | editar còdic]En aumentar l'eficiència, una velocitat de travessia més baixa aumenta l'autonomia i reduïx l'impacte ambiental de l'aviació; no obstant, una velocitat de travessia més alta permet volar a més passagers/dia.
En el cas del vol supersònic, la resistència aerodinàmica aumenta a Mach 1,0, pero torna a disminuir despuix de la transició. En un avió específicament dissenyat, com l'Aerion AS2 (en desenroll), l'alcanç a Mach 1.1 és de 3.700 milles nàutiques, el 70% de l'alcanç màxim de 5.300 milles nàutiques a Mach 0. 95, pero aumenta a 4.750 nmi a Mach 1,4 per a 90% abans de tornar a caure.[3]
Dispositius de punta d'ala
[editar | editar còdic]Els dispositius de punta d'ala aumenten la relació d'aspecte de l'ala efectiva, reduint la resistència induïda per la sustentació causada pels vórtices de punta d'ala i millorant la relació sustentació-arrastre sense aumentar l'envergadura. (L'envergadura està llimitada per l'esgambi disponible en el Còdic de Referència d'Aeròdrom de la OACI. Airbus va instalar seges en les puntes de les ales dels seus avions des del A310-300 en 1985, i els blended-winglets Sharklet per al A320 varen ser llançats durant el Saló Aeronàutic de Dubái de novembre de 2009. La seua instalació afig Error de Lua: expandTemplate: template "es:formatnum" does not exist. pero oferix una reducció del 3,5% en el consum de combustible en vols de més de Error de Lua: expandTemplate: template "es:formatnum" does not exist..[4]
Pes
[editar | editar còdic]
Com el pes genera indirectament la resistència induïda per la sustentació, la seua minimisació conduïx a una major eficiència de l'aeronau. Per a una càrrega útil determinada, un fuselage més llauger genera una menor resistència. La minimisació del pes pot conseguir-se per mig de la configuració del fuselage, la ciència dels materials i els métodos de construcció. Per a obtindre una major autonomia, es necessita una major fracció de combustible del pes màxim d'envolament, lo que afecta negativament a l'eficiència.cita requerida
El pes mort del fuselage i el combustible és la càrrega no útil que deu elevar-se a l'altitut i mantindre's en l'aire, contribuint al consum de combustible. La reducció del pes del fuselage permet l'us de motors més menuts i llaugers. L'aforro de pes en abdós casos permet una menor càrrega de combustible per a una determinada autonomia i càrrega útil. Una regla general és que una reducció del consum de combustible d'al voltant del 0,75% resulta de cada 1% de reducció de pes.[5]
La fracció de càrrega útil dels avions moderns de passadiç doble és del 18,4% al 20,8% del seu pes màxim d'envolament, mentres que els avions de passadiç únic estan entre el 24,9% i el 27,7%. El pes d'un avió pot reduir-se en materials llaugers com el titani, la fibra de carbono i atres plàstics composts si la despesa pot recuperar-se a lo llarc de la vida útil de l'avió. Els guanys d'eficiència del combustible reduïxen el combustible transportat, reduint el pes d'envolament per a una retroalimentación positiva. Per eixemple, el disseny del Airbus A350 inclou una majoria de materials composts llaugers. El Boeing 787 Dreamliner va ser el primer avió de passagers en un fuselage majoritàriament de materials composts.[6]
Distància de vol
[editar | editar còdic]Per a vols de llarga distància, l'avió necessita dur combustible adicional, lo que comporta un major consum de combustible. A partir d'una determinada distància, resulta més eficient fer una parada a mig camí per a repostar, a pesar de les pèrdues d'energia en descens i pujada. Per eixemple, un Boeing 777-300 aplega a eixe punt a Error de Lua: expandTemplate: template "es:formatnum" does not exist.. És més eficient sobre combustible fer un vol sense escales a menys d'esta distància i fer una parada quan es cobrix una distància total major.[7]
Eficiència propulsora
[editar | editar còdic]
L'eficiència pot definir-se com la cantitat d'energia impartida a l'avió per unitat d'energia en el combustible. La velocitat de transmissió d'energia és igual a l'espente multiplicat per la velocitat de l'aire.cita requerida
Per a obtindre espente, un motor d'avió és un motor d'eix - motor de pistón o turbopropulsor, en la seua eficiència inversamente proporcional a la seua consume específic de combustible - acoplat a una hèliç que té la seua pròpia eficiència propulsora; o un motor de reacció en la seua eficiència donada per la seua velocitat aerodinàmica dividida pel consum específic de combustible en l'espente i l'energia específica del combustible.[8]
Els turbohélices tenen una velocitat òptima inferior a Error de Lua: expandTemplate: template "es:formatnum" does not exist..[9] Esta sifra és inferior a la dels reactors utilisats per les grans companyies aérees actuals, encara que els avions d'hèliç són molt més eficients.[10] El Bombardier Dash 8 Q400 turbohélice s'utilisa per este motiu com a avió de passagers regional.[11]
El cost del combustible dels avions i la reducció de les emissions han renovat l'interés pel concepte de propfan per als avions de passagers en un émfasis en l'eficiència del motor i el fuselage que podria entrar en servici més allà del Boeing 787 i l'Airbus A350XWB. Per eixemple, Airbus ha patentat dissenys d'aeronaus en propulsors bessons contrarrotantes montats en la part atrassera.[12] Els propulsors cobrixen el buit existent entre els turbohélices, que perden eficàcia a partir de Mach 0,5-0,6, i els turbofanes d'alt pas, més eficaços a partir de Mach 0,8. La NASA ha portat a terme un Proyecte Alvançat de Turbopropulsores (ATP), en el que es va investigar un propfan de pas variable que produïa menys soroll i alcançava altes velocitats.[13]
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ D.S.Llig(2021).«The contribution of global aviation to anthropogenic climate forcing for 2000 to 2018».Atmospheric Environment.244doi:10.1016/j.atmosenv.2020.117834.
- ↑ Brandon Graver, Ph.D., Kevin Zhang, Donen Rutherford, Ph.D.. «emissions de CO2 de l'aviació comercial, 2018». International Council on Clean Transportation.
- ↑ «Performance > Speed». Aerion.
- ↑ Max Kingsley-Jones (15 de novembre de 2009). Dubai 09: els sharklets de el A320 oferiran un 3,5% menys de consum de combustible a partir de 2012, Flight International.
- ↑ Barney L. Capehart (2007). Encyclopedia of Energy Engineering and Technology (vol. 1), CRC Press. ISBN 978-0-8493-3653-9.
- ↑ Marsh, George. «Composites flying high (Part 1)». Materials Today.
- ↑ Antonio Filippone (2012). Advanced Aircraft Flight Performance, Cambridge University Press, p. 454. ISBN 9781139789660.
- ↑ “Effect of Fuel Properties on the Specific Thrust of a Ramjet Engine” . Defence Science Journal 56 (3): 321–328. doi:.
- ↑ Spakovszky, Zoltan (2009). «Unified Propulsion Lecture 1». Unified Engineering Lecture Notes. MIT.
- ↑ “The NASA High-Speed Turboprop Program” . SAE International.
- ↑ “Green sky thinking” . New Scientist.
- ↑ Aircraft having reduced environmental impact, US.
- ↑ «Advanced Turboprop Project».
- Este artícul conté una traducció derivada de «Economía de combustible en aviones» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.