なぜ航空機の高度が高くなると燃料消費量が減少するのですか?

いくつかの標高(海面、3000メートル、11000メートル)について、推力($ F $)と推力固有燃料消費量(TSFC)を航空機の飛行速度に対してプロットしたグラフがあります)。これはジェネリックターボジェット用です。

chart01

私はイメージのソースを知らない、私はそれをお詫び申し上げます。

左側では、標高が高くなるにつれ推力が減少することがわかります。右側では、TSFCが実際に高度とともに減少していることがわかります。

しかし、私はこれが直感的ではないと思います。飛行機が上がると密度(したがって質量流量)が減少するため、高度とともに$ F $が減少することを理解しています。

私が理解していないことは、高度と共に、$$ \ text {TSFC} \ equiv \ dfrac {\ text {燃料質量流量}} {F} $$と定義されるTSFCが減少することです。言い換えれば、私たちが飛ぶほど、より熱力学的に効率的な飛行機です。それはどうですか?

純粋な数学的観点からは、前述の公式に従って$ F $が減少しているので、TSFCが高度と共に減少することは意味を持たない。これは、燃料質量流量推力よりも速く高度が減少する。

In a nutshell: why does the TSFC decreases with the flying altitude, having the last equation into consideration?

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この回答には答える必要がありますそのほとんど。
追加された 著者 Haacked,
こんにちはホセ、これは熱力学に適用されます。いつものように、 Wikipedia にはたくさんの数式があります。私はカルノーサイクルにリンクした。ブレイトンサイクルは特別なケースに過ぎず、そのウィキペディアの記事では数式の数が少なくなっています。
追加された 著者 Peter Kämpf,
それは素晴らしい答え(それをリンクありがとう)ですが、私は以前に投稿した方程式を考慮して、数学的な答えを見ている可能性が最も高いです。 @PeterKampfがチャイムに入り、ここにいくつかの光を当てたいと思います!
追加された 著者 Orbling,

4 答え

私は数学を提供することはできませんが、はい、これは正しいです。空気密度が減少すると燃料流量が減少する。エンジンは、より低い燃料流量と組み合わされた入口ガスと排気ガスとの間のより大きな温度差のためにより効率的になる。

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追加された
私はいくつかの参考書を掘り下げて、もっと役に立つものが見つからないかどうかを見なければならないでしょう。私はあなたと一緒にそれに戻ってきます
追加された 著者 Brian Z,
ホセ、高度でのタービンエンジン効率の詳細については、いくつかの参考文献があります:このビデオは数学用です: youtube.com/watch?v=E8VfieYhsjg
追加された 著者 Brian Z,
このウィキペディアの記事は、ガスタービンのブレイトンサイクル効率を簡単に理解するのに役立ちます: en.wikipedia.org/wiki/Thermal_efficiency 最後に、ジェットエンジン効率についてのこの航空パイロットのフォーラムで、この人の投稿をチェックしてください。それは深刻ではありませんが、彼のノートが役立つことがあります: theairlinepilots.com/forum/viewtopic .php?t = 476 これは役立ちます
追加された 著者 Brian Z,
ねえネイト。この回答を受け入れるには、少なくとも少しは詳しく教えてください。数学を使う必要はなく、純粋な「テキスト」の答えが使えます。たぶん、あなたはもっと多くの情報とともにチャートを提供することができますか?
追加された 著者 Orbling,
大丈夫@ネイト、助けとあなたの時間のおかげで。
追加された 著者 Orbling,
効率は熱効率を指していますか? (私のCompressible Flowクラスから30年以上経ちましたが、指定する必要があることのあいまいな思い出...)
追加された 著者 KorvinStarmast,

Gas turbine engine works more efficiently at higher altitudes

高度が増加 - 空気密度が減少 - 質量が減少 - 最大推力が減少します。

高度が上がるにつれて推力を維持する - コンプレッサーは速く回転する必要があります。

高度が高い - 空気密度が低い - 抵抗が小さい - 圧縮機をより速く回転させるために必要な燃料が少なくて済みます。

速度と推力に関して最適な高度があり、それは重量が減少するにつれて増加する。

Altitude increase - Maintaining a constant TAS - Reduction in fuel flow and SFC from sea level up to the optimum altitude. for more information visit http://www.theairlinepilots.com/forum/viewtopic.php?t=476

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追加された

複数のパラメータがこれに含まれていますが、高度は一般的にエンジンの最良の運転条件ではありません。高温と高試験を参照してください。

高高度手段   - 空気密度が低いために推力が減少する   - 酸素濃度が低いため、ガス発生器のパワーが低下する   - 空気抵抗からの胴体への損失がはるかに少ない

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追加された

高い高度ではより少ない酸素しか存在しないため、上昇中の燃料流量を減少させないと最終的に燃料混合気に空気が混入してエンジンが粗くなったり、定義上、より高い高度で燃費を向上させることができますが、実際には酸素の不足のためにパワーが大幅に低下するため、「効率的」とは言えません。どんなエンジンでも、燃料の燃焼と海水面での利用可能な最高酸素の直接的な結果として、より多くの出力が得られます。しかし、ジェットエンジンでは、EGTの温度差とそれに伴う排気ガスの膨張を考慮して、より大きな温度差に応じて追加の推力を生成する必要があります。

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