Varför har det maximala servicetaket för Boeing och Airbus produkter förblivit ungefär samma i 30 år? [duplicera]

För det mesta är den optimala krysshöjden där stötkrafter och lyftkrav för både start och kryssningsbalans väl. En ytterligare fördel är den kallare luften som ökar effektivitet värmemotorer . Eftersom den här effektiva temperaturminskningen upphör när flygplanet klättrar över tropopausen ökar fördelarna med att flyga högre än under tropopausen.

Med ökande flyghöjd behöver flygbolaget:

Med vingarna kommer storleken på tailplanerna också att växa; Den här effekten kommer sannolikt att väga mer än att krossa uppbyggnaden för det ökade kabinpresset. Flyga högre gör nästan alla delar större och tyngre.

Observera att Mach 0.85 är en hård gräns för effektiv flygning; flyglinjer kan inte kompensera för lägre densitet genom att flyga snabbare. Det enda sättet att tillåta högre flygnivåer är att fästa större vingar och svansar.

En annan övervägning är Breguets formel: Jetflygplan har sina optimal krysslyftningskoefficient till ett värde av $ c_L = \ sqrt {0.6 \ cdot c_ {D0} \ cdot \ pi \ cdot AR \ cdot \ epsilon} $, om vi antar att motorns högkapacitetsmotorer kan variera med hastigheten proportionell mot $ v ^ {- 0,5} $, vilket är ett rimligt antagande. Detta innebär att flyglinjen inte kan flyga högre genom att flyga vid en högre höjningskoefficient: Detta skulle minska effektiviteten.

(Nomenklatur: $ c_ {D0} $ = nolllyftdragning, $ AR $ = vingeaspektförhållande, $ \ epsilon $ = spänningseffektivitet)

Med vingsstorlek och motorer som behövs för flygning vid Mach 0.82 i tropopausen (Mach 0.85 är egentligen inte så effektiv, följ länken för att ta reda på varför det här är den citerade kryssningshastigheten för långflygplan ) är startsträckan ganska rimlig och motsvarar ungefär de flygplatser som Nato definierade under det kalla kriget. Flyga något högre in i stratosfären skulle öka flygplanets massa på grund av större motorer och vingar, men skulle inte medföra effektivitetsvinsterna av ökande kryssningshöjd i troposfären, där temperaturen sjunker med höjd.

Omvänt skulle plockning av en lägre kryssningshöjdsdesign göra det möjligt att göra både vingar och motorer mindre, men det skulle översättas till:

Att utforma en lägre kryssningshöjd skulle översätta till mycket längre landningsbanor och mindre effektiv flygning totalt.

Design för kryssning i tropopausen är helt enkelt den söta platsen för flygplandesigners där alla förhållanden matchar bra och ger ett balanserat resultat.

Flygplanet är optimerat för att flyga i en viss höjd, som inte har förändrats under åren. Det finns flera anledningar till detta:

• Ju högre du går desto mindre tätare luft blir; Så, för att flyga i högre höjd (dvs. för samma hiss), måste flygplanet flyga vid högre angreppsvinkel (ökande drag, vingen kommer i alla fall i viss höjd) eller högre hastighet (kräver större kraft på grund av ökat drag).

• När höjden ökar, faller kraften från motorn, och vid något tillfälle är den tryckkraft som produceras inte bara tillräckligt för flygning. Detta är den viktigaste begränsningen för serviceloft.

• I kommersiella flyglinor hålls hyttens tryckhöjd konstant (vanligen ~ 8000 ft ISA) och differenstrycket kommer att orsaka påkänningar på fartyget. När lufttätheten minskar med höjden ökar denna stress och stärkandet av strukturen ökar, vilket resulterar i dålig prestanda.

• Vid transportflygplan kan servicenivået ibland begränsas av den maximala höjden från vilken de kan sjunka till 14 000 ft mindre än en viss tid (4 min). Kommersiella flyglinjer är vanligtvis begränsade av denna certifieringshöjd.

• Även om motorns dragkraft ökar och flygplanet kan flyga i högre höjder (med högre hastighet), kommer en annan begränsning att visa sig en gång. Luften som accelereras över vingen kommer att nå supersoniska hastigheter och bilda chock vågor, vilket leder till en paradoxal situation där du inte heller kan öka hastigheten (vilket ökar dragen på grund av chockvågor) och inte heller minska hastigheten (vilken kommer att hoppa över flygplanet).

Men några flygplan har flugit i högre höjder där deras design var optimal. Till exempel flög Concorde vid ~ 55.000 fot på grund av lägre drag och följduppvärmning av flygplanet från supersoniska hastigheter.

Som en intressant (och icke-relaterad) sidotag kan alla flygplan, dock kraftfulla, inte flyga över viss höjd eftersom atmosfären blir för tunn och det skulle behöva flyga snabbare än omloppshastighet för att generera nödvändig lyft. Detta tas som den punkt där yttre rymden börjar och kallas Kármán-raden