Consommation de carburant des avions : 7 réponses à connaître

Consommation de carburant des aéronefs

En général, le carburant est un matériau qui est brûlé pour produire de l'énergie ou de la chaleur. Le carburant est un terme utilisé dans l'aviation pour désigner le kérosène, qui est utilisé pour alimenter les moteurs d'avion. La quantité de carburant brûlé pendant un vol est appelée consommation de carburant d'avion, bien que les processus de réserves ne soient pas inclus dans la consommation de carburant pour ce projet. La différence de masse entre les masses au décollage et à l'atterrissage de l'avion est égale à la masse de carburant de l'avion.

Voyons d'abord brièvement le carburant des avions.

Carburant d'avion | Carburant d'aviation

Il existe différents types de carburant d'avion qui sont utilisés. Le Jet A et le Jet A-1 sont des carburants à base de kérosène qui sont incolores et facilement inflammables et sont utilisés dans les avions à turbine. Une autre forme de carburant est l'essence aviation (AVGAS), qui n'est utilisée que dans les petits avions à moteur à pistons. Les gros avions utilisent des carburants à base de kérosène car le kérosène a un point d'éclair plus élevé que l'essence. L'essence est inefficace et ne fournit pas la même quantité d'électricité que le kérosène. Le prix national moyen du carburant Jet-A est de 4.42 $ le gallon en mai 2021, bien que les prix fluctuent fréquemment en fonction de divers facteurs.

Cet article se concentre sur le calcul de la consommation de carburant des avions pour exposer le secret le mieux caché dans l'aviation commerciale d'aujourd'hui. La consommation de carburant de l'avion par passager et 100 kilomètres parcourus diminue rapidement à mesure que l'autonomie augmente jusqu'à atteindre un niveau presque constant autour de l'autonomie moyenne. La consommation de carburant augmente considérablement à des plages plus élevées lorsqu'une réduction de la charge est requise.

Consommation de carburant spécifique à l'avion

La consommation de carburant est indiquée sur le graphique des performances du moteur en tant que débit de carburant/h et la consommation de carburant est indiquée en tant que consommation de carburant spécifique dans le processus d'ingénierie (SFC). Sa définition est la suivante :

SFC=Débit de carburant en Newton par heure/BHP en KW

La sortie d'un moteur à piston ou turbopropulseur peut être obtenue sous forme de puissance à la position de l'arbre du moteur. Lorsque le système FPS est utilisé, il est appelé BHP et est mesuré en HP, pour la mesure de l'unité SI, le kW est utilisé. La poussée produite par un turboréacteur ou un turboréacteur, d'autre part, est mesurée en « lbs ». dans le système FPS et Newton dans les unités SI.

La consommation spécifique de carburant d'un moteur à réaction est définie comme suit :

SFC = Débit de carburant en Newton par heure / Poussée en Newton

Rappelons ce qu'est la poussée et comprenons quel rôle elle joue dans l'efficacité de la consommation de carburant des avions.

La force qui propulse l'avion dans l'air est connue sous le nom de poussée, c'est la force qui permet à l'avion de voler en surmontant la traînée. Parce que la poussée est égale à la traînée en vol de croisière, l'avion n'accélère pas. La poussée est générée par l'accélération des masses de gaz dans les moteurs à respiration d'air. D'après Newton 3^rdloi, la force est générée dans le sens inverse des directions d'accélération. Le carburant est brûlé dans la chambre de combustion et de la chaleur est ajoutée au gaz. Le gaz se dilate et accélère lorsqu'il sort par l'arrière du moteur, propulsant l'avion vers l'avant.

Comment calculer la consommation de carburant d'un avion ?

Consommation de carburant spécifique Avion à hélice

L'hélice transforme la puissance du moteur en poussée. Celui-ci peut avoir 2 à 4 pales, selon la puissance du moteur et les conditions de fonctionnement. Si nécessaire, une hélice spécialisée avec 5/6 pales est également utilisée pour certaines applications.

La consommation de carburant spécifique d'un moteur à réaction est connue sous le nom de BSFC et désignée comme suit pour distinguer la consommation de carburant particulière d'un moteur à piston ou à turbopropulseur de celle d'un moteur à réaction.

BSFC=Débit de carburant en Newton par heure/BHP en kW ; avec l'unité de N/kW-h.

La BSFC est souvent exprimée en termes métriques en mg/Ws.

Consommation de carburant spécifique aux freins (BSFC) | Consommation de carburant spécifique à la puissance (PSFC)

Tout rendement énergétique d'un moteur principal qui brûle du carburant et fournit une puissance de rotation ou d'arbre est mesuré par BSFC, utilisé pour analyser l'efficacité du moteur à combustion interne avec des arbres o/p. Ceci est calculé en divisant le taux de consommation de carburant par la quantité d'énergie produite. Pour cette raison, elle est également connue sous le nom de consommation de carburant spécifique à la puissance. La consommation de carburant spécifique au freinage peut être utilisée pour l'analyse directe ou des études comparatives de l'efficacité énergétique de divers moteurs dans les industries.

Consommation de carburant des avions à réaction

Les systèmes de propulsion à respiration aérienne, appelés moteurs à réaction, sont utilisés pour propulser et propulser les aéronefs. Un compresseur comprime l'air et de la chaleur est fournie dans la chambre de combustion avant que l'air ne sorte par une turbine qui entraîne le compresseur. L'excès d'énergie est converti en poussée. Le cycle de Brayton est le principe thermodynamique.

La turbine alimente également les aubes de soufflante dans les moteurs à double flux, accélérant les masses d'air environnantes qui contournent le moteur. Le taux de dilution est le rapport des masses d'air qui contournent le moteur par rapport à la masse d'air qui le traverse, étant donné que les moteurs à taux de dilution élevé sont plus économes en carburant, ils seront de plus en plus populaires à l'avenir.

La consommation de carburant spécifique à la poussée correspond à la consommation de carburant spécifique d'un turboréacteur ou d'un turboréacteur.

BSFC = Débit de carburant en Newton par heure/poussée en Newton

Avoir l'unité en hr^-1 .

Consommation de carburant spécifique à la poussée (TSFC)

L'économie de carburant d'une conception de moteur en termes de puissance de poussée est connue sous le nom de consommation de carburant spécifique à la poussée (TSFC).

Étant donné que la masse de carburant n'est pas affectée par la température, elle est utilisée à la place du volume (gallons ou litres) pour la mesure du carburant. À une efficacité maximale, le SFC des moteurs à jet d'air est approximativement proportionnel à la vitesse d'échappement.

Effet de l'altitude sur le TSFC

La température de l'air diminue avec l'altitude jusqu'à atteindre la couche de tropo-pause et la différence de température entre les températures internes maximales (limitées par le matériau du moteur) et la température de l'air extérieur profite aux moteurs à réaction. En conséquence, l'efficacité du moteur à réaction augmentera avec l'altitude jusqu'à ce qu'elle atteigne la couche de tropo-pause et, par conséquent, une diminution de l'altitude croissante de la TSFC est à prévoir. Cependant, l'évaluation de la littérature n'a pas reflété cela.

De plus, comme les avions de transport à réaction volent souvent dans la stratosphère, où la température reste constante avec l'altitude, des fluctuations mineures de la TSFC avec l'altitude sont attendues dans la stratosphère où ces avions volent.

Effet de la vitesse sur le TSFC

La vitesse de vol de l'air est également un facteur important pour les moteurs à réaction. La vitesse d'échappement du jet est contrebalancée par la vitesse de vol de l'air. De plus, la puissance mécanique est la force multipliée par la vitesse car le travail est la force (c'est-à-dire la poussée) multipliée par la distance.

Bien que le SFC nominal soit l'une des mesures utiles de l'efficacité énergétique, il doit être divisé par la vitesse si on le compare à différents moteurs de vitesse et la vitesse de plage maximale est atteinte à une efficacité de propulsion constante lorsque le rapport entre la vitesse et la traînée est faible, tandis que l'endurance maximale est atteinte au meilleur rapport portance/traînée.

Consommation de carburant des aéronefs par heure | Taux de consommation de carburant des avions

La consommation de carburant est d'environ 3 à 4 litres par passager aux 100 kilomètres, ce qui en fait la dépense la plus chère de la compagnie aérienne (représentant environ 30 % des coûts totaux). En conséquence, l'un des défis les plus critiques de la gestion des compagnies aériennes est la quantité de carburant consommée par passager par avion. Pour commencer, les nombreux indicateurs utilisés pour quantifier l'efficacité énergétique des transports sont souvent comparés aux mesures de « production » de l'industrie. En comparant la production d'une compagnie aérienne à la quantité de carburant consommée, l'efficacité énergétique peut être déterminée.

Indicateur de l'industrie

L'activité classique des compagnies aériennes consiste à transporter des personnes d'un point A à un point B. Le nombre de sièges (ou de passagers) transportés multiplié par la distance est une indication traditionnelle de la productivité. Examinons plus en détail quelques exemples de ces indicateurs.

Formule de consommation de carburant des aéronefs

1. Passagers kilométriques payants (RPK). / Passager-kilomètre effectué. (PKP) : Le passager payant reçoit une compensation de la compagnie aérienne et 1-RPK représente le transport d'une personne sur une distance de 1 km.
2. Siège-kilomètre disponible (ASK) : Un ASK équivaut à un siège parcouru par kilomètre.
3. Facteur de charge des passagers (PLF) : PLF équivaut à la fraction de RPK et ASK.
4. Passagers tonnes-kilomètres : Laissez-nous comprendre cela en utilisant la référence ci-dessous.
5. Tonne-kilomètres fret : Laissez-nous comprendre cela en utilisant la référence ci-dessous.

De 1968 à 2014, la consommation moyenne de carburant des nouveaux avions a diminué de 45 pour cent, une baisse annuelle composée de 1.3 pour cent avec un taux de réduction varié. En 2018, les émissions de CO2 du transport de passagers étaient de 747 millions de tonnes, ce qui équivaut à 8.5 88 milliards de passagers-kilomètres payants (RPK), soit une moyenne de 2 grammes de CO2 par RPK. Un CO88/km de 28 g correspond à 3.5 g d'essence par kilomètre ou une consommation de 100 L/67 km (XNUMX mpg-US).

Chaque seconde, un Boeing 747 consomme environ 1 gallon de carburant (environ 4 litres). Il peut consommer 36,000 10 gallons de carburant au cours d'un trajet de 150,000 heures (747 5 litres). Selon le site Web de Boeing, le 12 consomme environ XNUMX gallons de carburant par mile (XNUMX litres par kilomètre).

Considérez qu'un 747 peut transporter jusqu'à 568 passagers. Appelons cela 500 personnes pour expliquer le fait que la plupart des avions n'ont pas tous leurs sièges occupés. Un 747 utilise 5 gallons de carburant pour transporter 500 personnes sur 1 mile. Étant donné que le 747 vole à 550 milles à l'heure (900 km/h), l'avion utilise 0.01 gallon par personne et par mille. En conséquence, le Boeing 747 consomme généralement environ 4 lt/sec, ou 240 lt/min et 14,400 187,200 lt/hr et, par exemple, cela peut consommer 13 XNUMX lt/XNUMXhr pour voyager de Tokyo à New York.

Tableau de consommation de carburant des aéronefs | Comparaison de la consommation de carburant des avions

Les compagnies low-cost ont les meilleures performances en termes de litres aux 100 kilomètres par passager. En règle générale, parce que les véhicules à bas prix sont l'un des meilleurs en termes de taux de remplissage, ils consomment le moins de carburant par passager.

Par exemple, supposons que nous supposons qu'une compagnie aérienne effectue un vol moyen-courrier de 2 heures avec un avion à fuselage étroit de 200 places. Dans ce cas, le rendement est d'environ 3.5 litres aux 100 kilomètres avec un taux de charge de 80 %, mais de 3.15 litres aux 100 kilomètres avec un facteur de charge de 90 %. La mesure des litres aux 100 km par passager n'est pas la plus appropriée pour mesurer la consommation de carburant puisque, comme indiqué précédemment, la fig. est impacté par le facteur de charge.

Le nombre de kilomètres qu'un avion peut parcourir avec un gallon de carburant est appelé économie de carburant. Ceci est fréquemment mentionné dans les débats sur le réchauffement climatique et les objectifs à long terme de maintenir le réchauffement moyen en dessous de 2°C. Pour atteindre cet objectif, les émissions de tous les secteurs doivent être considérablement réduites et le nombre de sièges disponibles dans les avions a augmenté de plus de 25 % au cours des 20 dernières années, et la demande devrait augmenter d'environ 5 % chaque année. .

Tableau de consommation de carburant des avions

Quels changements les avions modernes apportent-ils pour réduire la consommation de carburant ?

La flotte mondiale devrait augmenter de 20,930 2032 appareils d'ici 40,000, portant le nombre total d'appareils à près de 1.9 2.6. Selon les estimations, la demande de carburant d'aviation et la consommation de carburant des avions devraient augmenter de 2025% à 22% chaque année jusqu'en 2050. En l'absence de système d'atténuation supplémentaire, le développement prévu de l'industrie aéronautique pourrait porter sa proportion d'émissions mondiales à XNUMX% d'ici XNUMX. Le monde de l'aviation actuel est à la recherche de technologies, de conceptions et de matériaux innovants qui peuvent améliorer l'efficacité énergétique à long terme. En améliorant les moteurs, en augmentant les caractéristiques aérodynamiques et en utilisant des matériaux plus légers, les avions émettent moins de dioxyde de carbone.

Ailettes :

Winglets est un petit dispositif qui, connecté aux extrémités des ailes, est utilisé pour améliorer l'efficacité aérodynamique d'une aile en créant une poussée supplémentaire à travers le flux autour de l'extrémité de l'aile. Ils ont le potentiel d'augmenter les performances des avions de 10 à 15 %. Une aile placée à un angle modeste par rapport au vent à venir et entourée d'un courant tourbillonnant crée une « portance » sur l'aile, qui est coordonnée à l'intérieur le long de l'aile et au-delà. Enfin, ils peuvent réduire les émissions de 6 % en diminuant la traînée.

Pourquoi les avions à ailes mixtes consomment-ils moins de carburant ?

La planche à voilure mixte (BWB) de Boeing avec un fuselage large combiné à des ailes à rapport d'aspect élevé est aérodynamiquement plus efficace car l'ensemble de l'avion contribue à la génération de portance et a moins de surface. Il induit moins de traînée et réduit le poids en raison de la charge alaire inférieure.

Pour la position super-régionale 110-130, Dzyne Technologies réduit l'épaisseur du corps de l'aile mélangée, généralement trop épaisse pour une substitution de corps mince et plus adaptée aux gros avions, en plaçant l'avion dans les racines de l'aile, permettant au carburant de l'avion consommation réduite de 20 %.

Système de navigation flexible

En remplaçant le système de navigation d'avion actuel par une mise à niveau plus en temps réel, les avions pourraient faire face à des circonstances météorologiques défavorables telles que tempête, vent fort et autres situations dangereuses tout en améliorant les performances de conditions météorologiques favorables et, selon différentes études, en utilisant un système de navigation flexible. mai permet d'économiser environ 1.4 tonne de CO2 par vol.

Opération de montée continue | Fonctionnement en descente continue

Les tactiques de travail comprennent des opérations de montée et de descente continues (CCO et CDO), permettent aux avions de suivre une route de vol flexible et optimale qui offre des avantages environnementaux et financiers significatifs. Il s'agit notamment de la réduction de la consommation de carburant des avions, des émissions de gaz à effet de serre, du bruit et des dépenses en carburant, qui ont tous une influence négative sur le bien-être humain.

Qu'est-ce que le Double D8 ?

Double D8

En 2008, l'Aurora Flight Science, le MIT et Pratt & Whitney ont déclaré travailler sur une conceptualisation de conception d'avions commerciaux intitulée DoubleD8 (n'ont pas de moteur sous les ailes) dans un projet de NASA-N+3. Dans ce concept, les concepteurs ont choisi de positionner le moteur vers la queue au-dessus du corps de l'avion.

Cette modification minimise la traînée et améliore le rendement énergétique en réduisant les émissions jusqu'à 66 % sur 20 ans. Il utilisera également 37% moins de carburant que les jets de passagers, réduira le bruit de la communauté de 50% et réduira les émissions d'oxyde d'azote de 87% pendant le cycle d'atterrissage et de décollage.

En savoir plus sur les systèmes de stockage de carburant d'avion dans les articles précédents ici.

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Esha Chakraborty

J'ai une formation en ingénierie aérospatiale et je travaille actuellement sur l'application de la robotique dans l'industrie de la défense et des sciences spatiales. J'apprends continuellement et ma passion pour les arts créatifs me pousse à concevoir de nouveaux concepts d'ingénierie.
Les robots remplaçant presque toutes les actions humaines à l'avenir, j'aime présenter à mes lecteurs les aspects fondamentaux du sujet d'une manière simple mais informative. J'aime également me tenir au courant simultanément des progrès de l'industrie aérospatiale.