Kraftstoffsparen durch verminderte Fluggeschwindigkeit und entsprechende Auslegeung

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  1. fromgg

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    Hallo ,

    wie die Überschrift schon sagt : Was könnte man da machen , bzw was würde es bringen ( ausgehend davon , dass
    die Flieger auf die jeweils geflogenen Machzahlen optimiert sind).

    Also : Aerodynamik von Kurzstreckenfliegern ( A320 , 737 ) modifizieren für Fluggeschwindigkeiten , die
    beispielsweise 100 km/h niedriger liegen als die bisher geflogenen.

    Bei Flugstrecken bis 2000 km währe die erhöhte Flugdauer für die meisten Paxe wohl wenig relevant. Gilt insbesondere
    für Touribomber. Ich meine 15 min erhöhte Flugzeit ist von den meisten Nutzern verschmerzbar , wenn die Kosten geringer würden.

    Ist das eine sinnvolle Frage ?
     
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  3. #2 Balu der Bär, 29.05.2013
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    Solange man mit leeren Maschinen durch die Weltgeschichte fliegt, um nen Hobel irgendwo in die Werft zu stellen, dann erschliesst sich mir der Sinn nicht so recht.
    Wenn man schaut, dass Virgin hier ne Maschine bei LH stehen hat und LH 747 aus China kommen, oder aus CPT....
     
  4. #3 Rhönlerche, 29.05.2013
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    Im Detail wird das heute durch den sogenannten "Cost Index" im FMS reguliert, also die Gewichtung der Geschwindigkeit gegenüber dem Verbrauch. Turboprops scheinen sich nicht mal im Mittelstreckenverkehr bei Billigairlines durchzusetzen weil die Personalkosten und die Zahl der möglichen Flugsegmente pro Tag bei größeren Jets günstiger/produktiver sind.
    Wenn Öl sehr viel teurer wird, denkt man vielleicht nochmal neu darüber nach. Die neuen Zweistrahler 787 und A350 sind eher auf etwas höheres Tempo optimiert, damit sie genau die Flugzeiten größerer Langstreckenmuster erreichen und damit frei in deren Umläufe reingetauscht werden können.

    Die Auswahl der Werften hängt an den Personalkosten und Fähigkeiten, die da jeweils gefragt sind. Da spielt bei den Kosten ein Ferryflug keine Rolle.
     
  5. #4 shabuir, 29.05.2013
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    Flugdauer ist nicht wirklich eine Frage der Passagierzufriedenheit (von extremen wie damals der Concorde mal abgesehen), sondern vor allem eine Frage der möglichen Cycles, sprich wieviele Flüge kriege ich mit dieser Maschine pro Tag hin.
    Nicht umonst versuchen die Fluggesellschaften gerade im Kurz-/Mittelstreckenbereich vor alle die Standzeiten am Boden zu reduzieren.
     
  6. Toryu

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    Einfach nur langsamer fliegen, um weniger Sprit zu verbrauchen ist nicht die Allerweltslösung.

    Jets haben ihre minimale Leistungsanforderung bei der maximalen Gleitzahl. Dieser Wert liegt aber ein gutes Stück unter den Reisefluggeschwindigkeiten. Die Reisegeschwindigkeit ist deswegen höher, weil man - je langsamer man fliegt - auch zusätzlich Zeit benötigt, in der Kraftstoff verbrannt wird. Ergo ist die Minimierung des Kraftstoffverbrauchts nicht optimal, da zwar der Brennstoffmassenstrom geringer ist, aber für die Flugstrecke eine erheblich größere Zeit benötigt wird.
    Man nennt diesen Punkt daher "Max Endurance" - also die Geschwindigkeit (in etwa, da mit sinkender Kraftstoffmenge/-masse diese Geschwindigkeit geringer wird) bei der die längste FLugdauer erzielt wird.
    "Max Range", also die maximal erfliegbare Reichweite ergibt sich bei (Ca)^0,5/ Cw. Das ist dann der beste Kompromiss aus zurückgelegter Strecke und verbrauchtem Treibstoff (wird auch "LRC/ Long Range Cruise" genannt). Bei bestehendem Design ist das deine spritsparendste Geschwindigkeit.

    Zusätzlich müsste das Triebwerk auf einer niedrigeren Leistungseistellung (Teillast) laufen (an sich kein Problem - kann man optimieren), was den Abstand zwischen Startleistung und Reiseflugleistung (Arbeitspunkt) erhöht. Durch diesen Auslegungskonflikt wird das Spritsparen zusätzlich erschwert.

    Treibstoff wird bereits gespart, indem man niedrigere Machzahlen für den Reiseflug wählt (durch die Eingabe eines Cost-Index in den Flight Management Computer). Dabei gibt es aber auch noch andere betrachtenswerte Dinge, wie die Wahl einer Flughöhe (die irgendwann eine bestimmte Machzahl voraussetzt) oder die Geschwindigkeit vorausfliegender Flugzeuge.

    Das ist alles ganz schön und nett, aber man darf nicht vergessen, dass in der operationellen Fliegerei auch noch andere Sachen mitspielen, wie beispielsweise Verspätungen, die man durch Wahl eines höheren Cost Index (höhere Geschwindigkeit) auf Kosten des Treibstoffverbrauchs wieder hereinfliegen will.
    Letztendlich ist der Treibstoff auch nur ein (immer wichtigerer) Anteil der Betriebskosten, und es wird in der Regel recht genau abgewogen, welchen CI man eingibt.

    Für zukünftige Flugzeuge könnte man sich natürlich überlegen, welche Maßnahmen zum weiteren Treibstoffsparen angebracht sind. Dabei sollte aber nicht vergessen werden, dass die Fliegerei dreidimensional ist, und nicht nur durch langsameres Fliegen, sondern auch durch größere Flughöhen Treibstoff gespart werden kann (größere Höhen sind doppelt vorteilhaft!*). Wie oben schon beschrieben gibt es eine recht breite Verteilung von Reiseflugmachzahlen, und besonders auf Engpässen wird für alle auf der Luftstraße befindlichen Flugzeuge die Reisemachzahl des langsamsten Flugzeugs auf der gegeben Höhe zur Pflicht. Wäre blöd, wenn ein Flugzeug zwar Treibstoff spart, dafür aber andere Flugzeuge mehr herausdieseln. Die Möglichkeit, Flughöhe und Machzahl selber zu bestimmen (LRC liegt meist unterhalb der gewählten Reisemachzahl - man hat also immer die Option, diese Geschwindigkeit zu wählen!) genügt meines Erachtens schon, um einen guten Verbrauchskompromiss erzielen zu können.

    ____
    *
    - Luftdichte ist geringer, wodurch der Brennstofmassenstrom ebenfalls geringer wird => Treibstoff wird gespart
    - geringere Luftdichte sorgt für einen geringeren Staudruck, wodurch das Flugzeug eine geringere "gefühlte" Geschwindigkeit fliegt, was prinzipiell dem "langsamer fliegen" recht nahe kommt
     
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  7. #6 Dilbert, 29.05.2013
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    Toryu,

    hat völlig recht. Bezüglich der grösseren Flughöhen ist aber zu sagen, dass die abnehmende Luftdichte den luftatmenden Triebwerke schwer zusetzt und dem ganzen eine natürliche Grenze gibt. Aber ich denke, dass war eh allen klar.

    Es bleibt wie es war, es ist nicht einfach noch irgendwo was rauszuquetschen.
     
  8. fromgg

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    Vielen dank für diese Darlegung.

    Wie ist das gemeint mit der freien Wahl der Machzahl ?

    Das es wünschenswert währe , wenn man die wählen könnte aber der Luftraum das nicht hergibt ?

    Sind die Cycles so sehr beinträchtigt , wenn die Flugzeit für einen innereuropäischen Flug um 30 min steigt ?

    Fragen über Fragen ...

    Hintergund ist der Gedanke : Da kommt eine Firma wie Bombardier oder eine andere und möchte den Markt der
    Flugzeuge der A320 Klasse oder etwas kleiner beackern.
    Die Platzhirsche sind jedoch aus bekannten Gründen nicht auf herkömmlichen Wege angreifbar.
    Man schafft also ein Gerät welches abweicht und somit Alleinstellungsmerkmale besitzt : Langsamer , aber dafür günstiger ( wenn das auf diese Weise möglich ist).
    Billigairlines , Touricarrier könnten da die Zielgruppe sein.
     
  9. #8 Rhönlerche, 29.05.2013
    Zuletzt bearbeitet: 29.05.2013
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    Wenn Deine teure Crew dann zwei Tage braucht, um mit dem sparsamen Turboprop das gleiche zu befördern, wie die schnelle und große 737/A319 an einem Tag, lohnt sich die Sache nicht mehr.
     
  10. #9 Schorsch, 29.05.2013
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    Diese Geschwindigkeit liegt bei einem A320 zwischen M.63 (50t, FL290) und M.786 (76t, FL350). Da ein normal ausgelasteter Airbus selten ein Gross Weight unter 60t hat, ist die optimale Cruise Machzahl idR über M.75. Viel wichtiger ist die Höhe. Je mehr, desto besser. Wie im weiteren von Dir beschrieben!
    Sprich: mit heutigen Fliegern grossartig langsamer fliegen ist nicht!

    Die Effekte davon sind allerdings niedrig. Seien wir da ehrlich.
     
  11. #10 Schorsch, 29.05.2013
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    Ich spare mir ein wenig Flügelgewicht (keine Pfeilung). So lange ich nicht doll an den Startforderungen drehe, und beim jetzigen Antrieb bleibe, spare ich tatsächlich gar nichts. Sollte ich etwas mit offenem Bypass (= Propeller) nehmen, dann wären 100km/h zu wenig. Props gehen bis M.55 ganz gut (bis .7 leidlich), und haben nicht diesen Drang nach Höhe wie die Turbofans. Allerdings konvergiert der sitz- und entfernungsspezifische Verbrauch für längere Strecken.

    Immer bedenken: Gleitzahl und SFC sind bei einem Turboprop mit geraden Flächen großartig. Aber für die spezifische Reichweite ist immer die Fluggeschwindigkeit mit entscheidend!

    FF = Weight/LoD * SFC

    Weight: Gewicht
    LoD: Lift over Drag
    SFC: Specific Fuel Consumption
    FF: Fuel Flow

    SR = V / FF

    V: Geschwindigkeit (über Grund)
    SR: Specific Range

    Fliege ich statt M.78 (=850 km/h) mit optimaler Turboprop Geschwindigkeit ( 560 km/h), dann ist mein V 34% geringer. Wenn ich ein 20% besseres SFC habe und 15% besseres LoD, ist meine SR trotzdem schlechter! Oder ich spare am Gewicht, was kein Selbstgänger ist (Turboprops sind ziemlich schwer).

    Langsamer fliegen ist daher nur dort sinnvoll, wo mein Antriebssystem besser mit Transitionszuständen zurecht kommt (also Taxi, Steigen, Sinken, nicht-optimale Flughöhe). Operative Aspekte lassen wir mal außen vor.
     
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  12. fromgg

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    Und wenn man die Aerodynamik ändert ?

    Verringerte Pfeilung usw ?

    Also den optimalen Arbeitspunkt verschiebt ?
     
  13. Toryu

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    Der Take-Off Fall bestimmt immerhin die Dimensionierung der kritischen Triebwerksbauteile, und damit deren Gewicht.
    Ich kann also durch bloßes "langsamer fliegen" nicht so viel sparen (schleppe die Masse ja trotzdem mit), wie mit einem Clean-Sheet Design, das von Anfang an mit weniger Schub auskommt.

    Wie schon gesagt, man kann keine pauschale Aussage treffen.
    Bei kürzeren Strecken (wo vor allem der Steigflug ein Hauptkostenträger in Sachen Spritverbrauch ist), mögen solche Modifikationen eine Überlegung wert sein - bei Langstrecken erreicht man einen besseren Effekt durch größere Flughöhen.
    Ein Step-Climb amortisiert sich etwa nach 20-30min. Aufenthalt auf der größeren Flughöhe.

    Generell gilt: Je schneller auf Höhe, desto besser. Das erreicht man durch hohe Steigraten, die wiederum bei hohen Fluggeschwindigkeiten zu erreichen sind.
    Ein Flugzeug, das mit verminderter (Derated) Leistung steigt, wird mehr Sprit benötigen, als eins, das mit maximaler Steigleistung klettert. Letzterer Fall ist eben unter Wartungskosten-Gesichtspunkten weniger vorteilhaft.
     
  14. #13 Schorsch, 29.05.2013
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    Wie ich oben schrieb müssen daraus so große Vorteile entstehen, dass der Verlust an Geschwindigkeit ausgeglichen wird. Bessere Gleitzahl ist nett, muss aber nichts bringen wenn meine spezifische Reichweite nicht steigt.
     
  15. P44

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    Höhere Flughöhe? Hmm ... irgendwann wird man dann während des Fluges schwerelos, bekommt Astronautenkost, und muss sich anleinen, bevor man die Toilette besucht. :rolleyes:
     
  16. #15 _Michael, 07.06.2015
    Zuletzt bearbeitet: 07.06.2015
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    Du solltest dich darüber informieren, warum ein Astronaut schwerelos wird. Es liegt nämlich nicht etwa daran, dass "dort oben" die Schwerkraft schwächer ist (ein bisschen schon, aber das ist unwesentlich). Es liegt viel mehr daran, dass der Astronaut zusammen mit seinem Raumschiff bildlich gesprochen "um die Erde herum" herunterfällt.

    Schwerelos würde der Passagier dann wenn das Flugzeug (einige tausend km/h) schneller fliegt, nicht (ein paar Kilometer) höher.
     
  17. #16 Rhönlerche, 08.06.2015
    Zuletzt bearbeitet: 08.06.2015
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    Zur Ursprungsfrage: Bringt nicht viel. Die neuen Großraum-Zweistrahler wie A350 und 787 sind extra wieder und ausdrücklich so ausgelegt, dass sie gleich schnell wie die größeren Langstreckenmuster fliegen. Man soll sie dadurch jederzeit in deren Umläufe tauschen können. Die 767 oder A330 waren auf etwas langsameres Tempo optimiert, für Mittelstreckenflüge. Das hat sich, siehe oben, offenbar nicht so bewährt. Auch für die meisten Billigairlines scheiden Turboprops aus, weil die auf den Jet-Strecken weniger Sektoren pro Tag schaffen. Da geht Tempo vor Verbrauch.

    Ansonsten wird heute mit der Eingabe des sogenannten "Cost Index" im Flight Management System die Feinbalance zwischen etwas schneller fliegen und etwas billiger fliegen justiert. Manche Airlines machen das zentral. Ändert sich mit dem Ölpreis, mit Personalkosten, Wartungskosten etc.
     
  18. #17 Schorsch, 08.06.2015
    Zuletzt bearbeitet: 08.06.2015
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    Das kann man so nicht stehen lassen.
    Mit der Technologie der 80er war ein M.84 nicht ohne substantielle Abstriche im Verbrauch nicht zu erreichen.
    Mit der Technologie der 2000er geht es ein Flugzeug so zu optimieren, dass es auch bei M.84-.86 nur minimalen Wellenwiderstand erfährt und auch keine strukturellen Aufschläge hat. Die Auslegung der späten 60er wie B747 (fortgeschrieben bis zu -400) war nach der Ölkrise nicht mehr nachgefragt.

    Daher hat sich die Auslegung sehr wohl bewährt.

    Auch dies würde ich nicht so scheinbar einfach sehen. "Billigairline" ist an sich schon ein extrem vereinfachender und eigentlich falscher Begriff (siehe den besseren englischen Begriff). Es steht derzeit einfach keine so leistungsfähige Plattform zur Verfügung wie A320/B737. Mit der möglichen langfristigen Aussicht, dass Kapital billiger und Energie teurer wird, könnte der Wert der Zeit sich ändern.
     
  19. #18 Rhönlerche, 08.06.2015
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    Verstehe den Satz nicht so ganz.
    Man baut tendenziell wieder Flugzeuge, die etwas schneller fliegen. Die mögliche Verbrauchseinsparung lohnt sich offenbar weniger, als die Fähigkeit, große und mittlere Flugzeuge in den Umläufen nahtlos miteinander tauschen zu können.
     
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  21. #19 Schorsch, 08.06.2015
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    Und man macht es, weil man es kann. Wäre man technologisch auf dem Niveau der 70er/80er würde man bei heutigen Spritpreisen sicherlich Mach .02-.04 niedrigere Cruise Machzahlen vorsehen. Es ist also verfälschend vereinfacht, wenn ich das eine ohne das andere sehe.
     
  22. #20 Rhönlerche, 08.06.2015
    Zuletzt bearbeitet: 08.06.2015
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    Man baut es, weil man das einheitlich höhere Tempo will. Klar, zu vertretbaren Kosten und technisch machbar. Sonst hätte man einfach ein paar schnelle Coronados im Dienst lassen können.
    Die langsamer fliegenden Mittelstreckenflugzeuge, wie die 767-200, waren nach der Ölkrise für damalige Maßstäbe extrem verbrauchsoptimiert. Langsames Tempo spielte bei US-Transcon-Flügen keine große Rolle. Aber als diese Familien auch Langstrecken flogen, sprengte jeder reingetauschte Twin die üblichen, kurzen Quad-Umlaufzeiten und deren Anschlussflüge.

    Zuerst sind die Airlines da und ihre Forderungen, dann versuchen die Flugzeughersteller dafür was passendes anzubieten.
     
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