Экономия топлива в самолетах является мерой эффективности транспортировки энергии самолета . Топливная эффективность увеличивается с улучшением аэродинамики и снижением веса , а также с улучшением удельного расхода топлива на торможение двигателем и тяговой эффективности или удельного расхода топлива на тягу . Продолжительность и дальность полета могут быть максимизированы с оптимальной скоростью полета , а экономичность лучше на оптимальных высотах , как правило, выше. Эффективность авиакомпании зависит от расхода топлива ее флота, плотности сидений , коэффициента загрузки грузов и пассажиров , в то время как эксплуатационные процедуры, такие как техническое обслуживание и маршрутизация, могут экономить топливо.
Средний расход топлива новых самолетов снизился на 45% с 1968 по 2014 год, совокупное годовое сокращение составило 1,3% с переменной скоростью снижения. В 2018 году выбросы CO₂ составили 747 миллионов тонн для пассажирского транспорта, на 8,5 триллионов коммерческих пассажиро-километров (RPK), что дает в среднем 88 граммов CO₂ на RPK; [2] это составляет 28 г топлива на километр или 3,5 л/100 км (67 миль на галлон США ) расход топлива на пассажира в среднем. Худшие показатели рейсов — это короткие поездки от 500 до 1500 километров, поскольку топливо, используемое для взлета, относительно велико по сравнению с количеством, расходуемым в круизном сегменте, и поскольку менее экономичные региональные самолеты обычно используются на более коротких рейсах. [2]
Новые технологии могут снизить расход топлива двигателя, например, более высокие степени давления и двухконтурности , турбовентиляторные двигатели с редуктором , открытые роторы , гибридные электрические или полностью электрические силовые установки ; а также эффективность планера за счет модернизации, использования лучших материалов и систем, а также усовершенствованной аэродинамики.
Самолет с двигателем противодействует своему весу посредством аэродинамической подъемной силы и противодействует своему аэродинамическому сопротивлению с помощью тяги . Максимальная дальность полета самолета определяется уровнем эффективности , с которой тяга может быть применена для преодоления аэродинамического сопротивления .
Подраздел гидродинамики , аэродинамика изучает физику тела, движущегося по воздуху. Поскольку подъемная сила и сопротивление являются функциями скорости воздуха, их взаимосвязи являются основными детерминантами эффективности конструкции самолета.
Эффективность самолета увеличивается за счет максимизации аэродинамического качества , что достигается путем минимизации паразитного сопротивления и индуцированного сопротивления, создаваемого подъемной силой , двух компонентов аэродинамического сопротивления. Поскольку паразитное сопротивление увеличивается, а индуцированное сопротивление уменьшается со скоростью, существует оптимальная скорость, при которой сумма обоих минимальна; это наилучшее аэродинамическое качество . Для самолетов с двигателем оптимальное аэродинамическое качество должно быть сбалансировано с эффективностью тяги.
Паразитное сопротивление состоит из сопротивления формы и сопротивления трения обшивки и растет с квадратом скорости в уравнении сопротивления . Сопротивление формы минимизируется за счет наименьшей лобовой площади и обтекаемости самолета для низкого коэффициента сопротивления , в то время как трение обшивки пропорционально площади поверхности тела и может быть уменьшено за счет максимизации ламинарного потока .
Индуцированное сопротивление можно уменьшить, уменьшив размер планера , вес топлива и полезной нагрузки , а также увеличив удлинение крыла или используя устройства на законцовках крыла за счет увеличения веса конструкции. [ необходима цитата ]
За счет повышения эффективности более низкая крейсерская скорость увеличивает дальность полета и снижает воздействие авиации на окружающую среду ; однако более высокая крейсерская скорость позволяет увеличить количество пролетенных пассажирских миль в день.
Для сверхзвукового полета сопротивление увеличивается при 1,0 Маха, но снова уменьшается после перехода. Для специально разработанного самолета, такого как (снятый с производства) Aerion AS2 , диапазон Маха 1,1 на 3700 морских миль составляет 70% от максимального диапазона 5300 морских миль при 0,95 Маха, но увеличивается до 4750 морских миль при 1,4 Маха на 90%, прежде чем снова упасть. [3]
Устройства законцовки крыла увеличивают эффективное удлинение крыла , снижая сопротивление, вызванное подъемной силой , вызванное вихрями на законцовке крыла , и улучшая аэродинамическое качество без увеличения размаха крыла. (Размах крыла ограничен доступной шириной в Справочном кодексе аэродромов ИКАО .) Airbus устанавливал ограждения законцовок крыла на своих самолетах, начиная с A310-300 в 1985 году, а смешанные винглеты Sharklet для A320 были представлены на авиашоу в Дубае в ноябре 2009 года . Их установка добавляет 200 килограммов (440 фунтов), но обеспечивает снижение расхода топлива на 3,5% при полетах на расстояние более 2800 км (1500 морских миль). [4]
В среднем среди крупных коммерческих самолетов наибольшие преимущества от винглетов получают Boeing 737-800 . В среднем они повышают эффективность на 6,69%, но в зависимости от маршрута имеют распределение экономии топлива от 4,6% до 10,5%. Airbus A319 показывают самую постоянную экономию топлива и выбросов от винглетов. Airbus A321 в среднем демонстрируют улучшение расхода топлива на 4,8%, но имеют самый широкий размах в зависимости от маршрутов и отдельных самолетов, признавая улучшение от 0,2% до 10,75%. [5]
Поскольку вес косвенно создает подъемную силу, его минимизация приводит к повышению эффективности самолета. Для заданной полезной нагрузки более легкий планер создает меньшее сопротивление. Минимизация веса может быть достигнута за счет конфигурации планера, материаловедения и методов строительства. Для получения большей дальности требуется большая доля топлива от максимального взлетного веса , что отрицательно влияет на эффективность. [ необходима цитата ]
Собственный вес планера и топлива не является полезной нагрузкой, которую необходимо поднять на высоту и удерживать в воздухе, что способствует расходу топлива. Уменьшение веса планера позволяет использовать меньшие, более легкие двигатели. Экономия веса в обоих случаях позволяет использовать более легкую топливную нагрузку для заданной дальности и полезной нагрузки. Правило заключается в том, что снижение расхода топлива примерно на 0,75% происходит при каждом снижении веса на 1%. [6]
Доля полезной нагрузки современных двухфюзеляжных самолетов составляет от 18,4% до 20,8% от их максимального взлетного веса, в то время как узкофюзеляжные авиалайнеры составляют от 24,9% до 27,7%. Вес самолета можно уменьшить с помощью легких материалов, таких как титан , углеродное волокно и другие композитные пластики, если расходы окупятся в течение срока службы самолета. Повышение топливной эффективности уменьшает перевозимое топливо, уменьшая взлетный вес для положительной обратной связи . Например, конструкция Airbus A350 включает в себя большинство легких композитных материалов. Boeing 787 Dreamliner был первым авиалайнером с в основном композитным планером . [7]
Для дальних перелетов самолету необходимо нести дополнительное топливо, что приводит к более высокому расходу топлива. Выше определенного расстояния становится более экономичным сделать остановку на полпути для дозаправки, несмотря на потери энергии при снижении и наборе высоты . Например, Boeing 777-300 достигает этой точки на расстоянии 3000 морских миль (5600 км). Более экономичным является совершить беспосадочный перелет на расстояние меньше этого и сделать остановку при преодолении большего общего расстояния. [8]
Очень длинные прямые пассажирские рейсы страдают от штрафа за вес из-за дополнительного необходимого топлива, что означает ограничение количества доступных мест для компенсации. Для таких рейсов критическим фискальным фактором является количество сжигаемого топлива на одно кресло-морскую милю. [9] По этим причинам самые длинные коммерческие рейсы в мире были отменены около 2013 года . Примером может служить бывший рейс Singapore Airlines из Нью-Йорка в Сингапур, который мог перевозить только 100 пассажиров (всех бизнес-класса) на 10 300-мильном (16 600 км) рейсе. По словам отраслевого аналитика, «это был [по сути] топливный танкер в воздухе». [10] Рейсы Singapore Airlines 21 и 22 были возобновлены в 2018 году с большим количеством мест в A350-900 ULR.
В конце 2000-х/начале 2010-х годов рост цен на топливо в сочетании с Великой рецессией привел к отмене многих сверхдальних прямых рейсов. Это включало услуги, предоставляемые Singapore Airlines из Сингапура в Ньюарк и Лос-Анджелес, которые были прекращены в конце 2013 года. [11] [12] Но поскольку цены на топливо с тех пор снизились и в эксплуатацию вступили более экономичные самолеты, многие сверхдальние маршруты были восстановлены или запланированы заново [13] (см. Самые длинные рейсы ).
Эффективность можно определить как количество энергии, переданной самолету на единицу энергии в топливе. Скорость, с которой передается энергия, равна тяге, умноженной на скорость полета. [ необходима цитата ]
Чтобы получить тягу, авиационный двигатель представляет собой либо двигатель с валом — поршневой двигатель или турбовинтовой двигатель , эффективность которого обратно пропорциональна удельному расходу топлива на торможение , — в сочетании с пропеллером , имеющим собственную тяговую эффективность ; либо реактивный двигатель , эффективность которого определяется его скоростью полета, деленной на удельный расход топлива на тягу и удельную энергию топлива. [14] [ для проверки нужна цитата ]
Оптимальная скорость турбовинтовых самолетов составляет менее 460 миль в час (740 км/ч). [15] Это меньше, чем у реактивных самолетов, используемых крупными авиакомпаниями сегодня, однако винтовые самолеты намного эффективнее. [16] [ нужна цитата для проверки ] Турбовинтовой самолет Bombardier Dash 8 Q400 используется по этой причине в качестве регионального авиалайнера. [17] [18] [ требуется проверка ]
Стоимость реактивного топлива и сокращение выбросов возобновили интерес к концепции винтового двигателя для реактивных лайнеров с упором на эффективность двигателя/планера, которая может войти в эксплуатацию после Boeing 787 и Airbus A350 XWB. Например, Airbus запатентовал конструкции самолетов с двумя установленными сзади винтовыми двигателями противоположного вращения. [19] Винтовые двигатели заполняют разрыв между турбовинтовыми двигателями, теряющими эффективность за пределами Маха 0,5-0,6, и турбовентиляторными двигателями с высокой степенью двухконтурности, более эффективными за пределами Маха 0,8. NASA провело проект Advanced Turboprop Project (ATP), в рамках которого они исследовали винтовой двигатель с изменяемым шагом, который производил меньше шума и достигал высоких скоростей. [20]
В Европе в 2017 году средний расход топлива авиалиниями на одного пассажира составил 3,4 л/100 км (69 миль на галлон США ), что на 24% меньше, чем в 2005 году, но по мере роста объемов перевозок на 60% до 1643 млрд пассажиро-километров выбросы CO₂ выросли на 16% до 163 млн тонн или 99,8 г/км CO₂ на одного пассажира. [21] В 2018 году потребление топлива авиакомпаниями США составило 58 миль на галлон США (4,06 л/100 км) на одного пассажира на внутренних рейсах [22] или 32,5 г топлива на км, что составляет 102 г CO₂/RPK выбросов.
В 2013 году Всемирный банк оценил углеродный след бизнес-класса в 3,04 раза выше, чем у эконом-класса в широкофюзеляжных самолетах , а первого класса — в 9,28 раза выше, из-за того, что места премиум-класса занимают больше места, имеют меньший вес и большую норму провоза багажа (предполагая, что коэффициент загрузки составляет 80% для эконом-класса, 60% для бизнес-класса и 40% для первого класса). [23]
При постоянной эффективности тяги максимальная дальность полета достигается, когда соотношение между скоростью и сопротивлением минимально [24] , а максимальная выносливость достигается при наилучшем соотношении подъемной силы и сопротивления.
Плотность воздуха уменьшается с высотой, тем самым уменьшая сопротивление, если предположить, что самолет сохраняет постоянную эквивалентную воздушную скорость . Однако давление воздуха и температура уменьшаются с высотой, что приводит к снижению максимальной мощности или тяги двигателей самолета . Чтобы минимизировать расход топлива, самолет должен лететь близко к максимальной высоте, на которой он может создать достаточную подъемную силу для поддержания высоты. Поскольку вес самолета уменьшается в течение полета из-за сжигания топлива, его оптимальная крейсерская высота увеличивается.
В поршневом двигателе снижение давления на больших высотах можно компенсировать установкой турбокомпрессора .
Снижение температуры на больших высотах увеличивает тепловую эффективность . [ необходима ссылка ]
С начала 2006 года и до 2008 года Scandinavian Airlines летала медленнее, с 860 до 780 км/ч, чтобы сэкономить на топливе и сократить выбросы углекислого газа. [25]
С 2010 по 2012 год самой экономичной внутренней авиакомпанией США была Alaska Airlines , отчасти благодаря ее региональному филиалу Horizon Air, использующему турбовинтовые самолеты. [17] В 2014 году MSCI оценил Ryanair как авиакомпанию с самой низкой интенсивностью выбросов в своем индексе ACWI с показателем 75 г CO2 - экв ./ коммерческий пассажиро-километр — ниже Easyjet (82 г), среднего показателя (123 г) и Lufthansa (132 г) — за счет использования высокоплотных 189-местных самолетов Boeing 737-800 . В 2015 году Ryanair выделила 8,64 млрд тонн CO2 за 545 034 перелетов: 15,85 тонн на 776 миль (674 морских миль; 1249 км) в среднем на один перелет (или 5,04 тонны топлива: 4,04 кг/км), что составляет 95 кг на 90,6 млн пассажиров (30,4 кг топлива: 3,04 л/100 км или 76 г CO2 / км). [26]
В 2016 году на транстихоокеанских маршрутах средний расход топлива составил 31 пассажиро-км на литр (3,23 л/100 км [73 миль на галлон США ] на пассажира). Наиболее экономичными были Hainan Airlines и ANA с 36 пассажиро-км/л (2,78 л/100 км [85 миль на галлон США ] на пассажира), в то время как Qantas был наименее эффективным с 22 пассажиро-км/л (4,55 л/100 км [51,7 миль на галлон США ] на пассажира). [27] Ключевыми факторами эффективности были доля авиаперевозок (48%), плотность сидений (24%), расход топлива самолетом (16%) и коэффициент загрузки пассажиров (12%). [27] В том же году Cathay Pacific и Cathay Dragon израсходовали 4 571 000 тонн топлива для перевозки 123 478 миллионов коммерческих пассажиро-километров , или 37 г/RPK, что на 25% лучше, чем в 1998 году: 4,63 л/100 км (50,8 миль на галлон США ). [28] В 2016 году расход топлива Группы Аэрофлот снова составил 22,9 г/ ASK , или 2,86 л/100 км (82 миль на галлон США ) на место, 3,51 л/100 км (67,0 миль на галлон США ) на пассажира при коэффициенте загрузки 81,5%. [29]
Экономия топлива в воздушном транспорте достигается за счет топливной эффективности модели самолета + двигателя в сочетании с эффективностью авиакомпании: конфигурация сидений , коэффициент загрузки пассажиров и грузовые авиаперевозки . На трансатлантическом маршруте, самом активном межконтинентальном рынке, средний расход топлива в 2017 году составил 34 пассажиро-км на литр (2,94 л/100 км [80 миль на галлон США ] на пассажира). Самой экономичной авиакомпанией была Norwegian Air Shuttle с 44 пассажиро-км/л (2,27 л/100 км [104 миль на галлон США ] на пассажира) благодаря своему экономичному Boeing 787-8 , высокому коэффициенту загрузки пассажиров 85% и высокой плотности 1,36 места/м2 из -за низкой 9% премиум-рассадки. С другой стороны, наименее эффективной оказалась British Airways с показателем 27 пассажиро-км/л (3,7 л/100 км [64 миль на галлон США ] на пассажира), используя неэффективные самолеты Boeing 747-400 с низкой плотностью 0,75 кресел/м2 из -за высокого 25%-ного премиального размещения, несмотря на высокий коэффициент загрузки 82%. [30]
В 2018 году выбросы CO₂ составили 918 млн тонн, из которых 81% или 744 млн тонн пришлось на пассажирский транспорт, что составило 8,2 триллиона коммерческих пассажиро-километров : [31] средняя экономия топлива 90,7 г/пк CO₂ - 29 г/км топлива (3,61 л/100 км [65,2 миль на галлон США ] на пассажира)
В 2019 году Wizz Air заявила о выбросах CO₂ в размере 57 г/км (что эквивалентно 18,1 г/км топлива, 2,27 л/100 км [104 миль на галлон США ] на пассажира), что на 40% ниже, чем у IAG или Lufthansa (95 г CO₂/км - 30 г/км топлива, 3,8 л/100 км [62 миль на галлон США ] на пассажира), благодаря их бизнес-классу , более низкой плотности сидений и стыковочным рейсам . [32]
В 2021 году самая высокая плотность сидений в самолете A330neo (459 мест в одноклассной компоновке) позволила Cebu Pacific заявить о самом низком уровне выбросов углерода: расход топлива на одно место составляет 1,4 кг (3 фунта) на 100 км [33] , что эквивалентно 1,75 л/100 км [134 миль на галлон США ] на одно место.
Заходы на посадку с непрерывным снижением могут сократить выбросы. [34] Помимо руления с одним двигателем , электрическое руление может позволить рулить только на мощности ВСУ , при выключенных основных двигателях, чтобы снизить расход топлива. [35] [36]
Airbus представил следующие меры по экономии топлива на примере Airbus A330 , пролетающего 2500 морских миль (4600 км) по маршруту Бангкок–Токио: прямой маршрут экономит 190 кг (420 фунтов) топлива, пролетая на 40 км (25 миль) меньше; на 600 кг (1300 фунтов) больше топлива потребляется, если пролететь на 600 м (2000 футов) ниже оптимальной высоты без оптимизации вертикального профиля полета; крейсерская скорость на 0,01 Маха выше оптимальной скорости потребляет на 800 кг (1800 фунтов) больше топлива; на 1000 кг (2200 фунтов) больше топлива на борту потребляется на 150 кг (330 фунтов) больше топлива, в то время как 100 литров (22 имп галлона; 26 галлонов США) неиспользованной питьевой воды потребляют на 15 кг (33 фунта) больше топлива. [37]
Эксплуатационные процедуры могут сэкономить 35 кг (77 фунтов) топлива за каждые 10 минут сокращения использования вспомогательной силовой установки (ВСУ), 15 кг (33 фунта) при уменьшении приближения закрылков и 30 кг (66 фунтов) при уменьшении реверса тяги при посадке. [37] Техническое обслуживание также может сэкономить топливо: на 100 кг (220 фунтов) больше топлива расходуется без графика мойки двигателя; 50 кг (110 фунтов) при зазоре такелажа предкрылка 5 мм (0,20 дюйма), 40 кг (88 фунтов) при зазоре такелажа интерцептора 10 мм (0,39 дюйма) и 15 кг (33 фунта) при поврежденном уплотнении двери. [37]
Управление доходностью позволяет оптимизировать коэффициент загрузки , что повышает топливную эффективность , а также оптимизировать управление воздушным движением . [38]
Airbus полагает, что , используя восходящий поток воздуха, как у перелетных птиц ( биомимикрия ), самолет может сэкономить 5–10 % топлива, летая строем , на расстоянии 1,5–2 морских миль (2,8–3,7 км) от предыдущего самолета. [39] После испытаний Airbus A380 , показавших экономию в 12 %, на 2020 год были запланированы испытательные полеты с двумя Airbus A350 , перед трансатлантическими летными испытаниями с авиакомпаниями в 2021 году. [39] Сертификация для более короткого эшелонирования обеспечивается ADS-B в океаническом воздушном пространстве, и единственной необходимой модификацией будет программное обеспечение систем управления полетом . [39] Комфорт не будет затронут, и испытания ограничены двумя самолетами для уменьшения сложности, но концепция может быть расширена для включения большего количества самолетов. [39] Коммерческие операции могут начаться в 2025 году с корректировкой расписания авиакомпаний , и могут быть включены самолеты других производителей. [39]
Хотя маршруты на 10% длиннее, чем необходимо, модернизированные системы управления воздушным движением , использующие технологию ADS-B, такие как FAA NextGen или европейская SESAR, могли бы обеспечить более прямую маршрутизацию, но существует сопротивление со стороны авиадиспетчеров . [40]
Современные реактивные самолеты имеют вдвое большую топливную эффективность , чем самые ранние реактивные авиалайнеры . [41] Поршневые авиалайнеры конца 1950-х годов, такие как Lockheed L-1049 Super Constellation и DC-7, были на 1–28 % более энергоемкими, чем реактивные авиалайнеры 1990-х годов, которые летали на 40–80 % быстрее. [42] Ранние реактивные авиалайнеры были разработаны в то время, когда затраты на рабочую силу экипажа были выше по сравнению со стоимостью топлива. Несмотря на высокий расход топлива, поскольку в ту эпоху топливо было недорогим, более высокая скорость приводила к благоприятной экономической отдаче, поскольку затраты на экипаж и амортизацию капитальных вложений в самолет можно было распределить на большее количество пролетов в день. [43] Производительность, включая скорость, выросла с примерно 150 ASK /MJ*km/h для DC-3 1930-х годов до 550 для L-1049 в 1950-х годах и с 200 для DH-106 Comet 3 до 900 для B737-800 1990-х годов . [44]
Сегодняшние турбовинтовые авиалайнеры имеют лучшую топливную эффективность, чем нынешние реактивные авиалайнеры, отчасти из-за их винтов . В 2012 году использование турбовинтовых авиалайнеров коррелировало с топливной эффективностью региональных авиаперевозчиков США . [17]
Реактивные авиалайнеры стали на 70% более экономичными в период с 1967 по 2007 год [46] , на 40% за счет улучшения эффективности двигателей и на 30% за счет планеров. [47] Рост эффективности был больше в начале эпохи реактивных самолетов , чем позже, с ростом на 55-67% с 1960 по 1980 год и на 20-26% с 1980 по 2000 год. [42] Средний расход топлива новых самолетов снизился на 45% с 1968 по 2014 год, совокупное годовое снижение составило 1,3% с переменной скоростью снижения. [48]
Concorde , сверхзвуковой транспортный самолет , проехал около 17 пассажиро-миль на имперский галлон, что составляет 16,7 л/100 км на пассажира; аналогично бизнес-джету, но намного хуже, чем дозвуковой турбовентиляторный самолет. Airbus заявляет, что расход топлива их A380 составляет менее 3 л/100 км на пассажира (78 пассажиро-миль на галлон США). [49]
Новые самолеты, такие как Boeing 787 Dreamliner , Airbus A350 и Bombardier CSeries , на 20% более экономичны в расчете на пассажиро-километр, чем самолеты предыдущего поколения. Для 787 это достигается за счет более экономичных двигателей и более легких корпусов из композитных материалов , а также за счет более аэродинамических форм, винглетов , более совершенных компьютерных систем для оптимизации маршрутов и загрузки самолетов. [50] [ требуется проверка ] Оценка жизненного цикла, основанная на Boeing 787, показывает 20% экономию выбросов по сравнению с обычными алюминиевыми авиалайнерами, 14-15% по всему флоту при охвате флота ниже 100%, в то время как спрос на авиаперевозки увеличится из-за более низких эксплуатационных расходов. [51]
Lufthansa , когда заказывала оба самолета, заявила, что Airbus A350 -900 и Boeing 777X -9 будут потреблять в среднем 2,9 л/100 км (81 миль на галлон США ) на пассажира. [52] Airbus A321 с устройствами законцовки крыла Sharklet потребляет 2,2 л/100 км (110 миль на галлон США ) на человека при компоновке 200 кресел для WOW Air . [53]
Авиалайнеры Airbus , поставленные в 2019 году, имели интенсивность выбросов углерода в размере 66,6 г CO2-эквивалента на пассажиро-километр, снизившись до 63,5 г в 2020 году. [54]
Плотность используемого авиационного топлива составляет 6,7 фунта/галлон США или 0,8 кг/л.
Для рейсов протяженностью 300 морских миль (560 км):
Для полетов протяженностью 500–700 морских миль (930–1300 км)
Для рейсов протяженностью 1000 морских миль (1900 км):
Для рейсов протяженностью около 2000–3000 морских миль (3700–5600 км), трансконтинентальных (например, Вашингтон Даллес – Сиэтл-Такома составляет 2000 морских миль) и коротких трансатлантических рейсов (например, Нью-Йорк JFK – Лондон-Хитроу составляет 3000 морских миль). [95]
Для рейсов протяженностью от 5000 до 7000 морских миль (от 9300 до 13 000 км), включая транстихоокеанские рейсы (например, международный рейс Гонконг – Сан-Франциско составляет 6000 морских миль). [106]
Для сравнения с наземным транспортом — гораздо более медленным и с меньшей дальностью полета, чем воздушные перевозки — автобус Volvo 9700 в среднем расходует 0,41 л/100 км (570 миль на галлон США ) на одно место для 63 мест. [113] При движении по шоссе средний автомобиль имеет потенциал расхода 1,61 л/100 км (146 миль на галлон США ) [114] на одно место (предполагая, что 4 места), а для 5-местного Toyota Prius 2014 года — 0,98 л/100 км (240 миль на галлон США ). [115] Хотя это показывает возможности транспортных средств, коэффициенты загрузки (процент занятых мест) могут различаться между личным использованием (обычно в машине находится только водитель) и средними общественными показателями для использования автомобиля на дальние расстояния, а также среди конкретных авиакомпаний.
Для частных самолетов в авиации общего назначения текущие показатели эффективности самолетов FAI следующие: [116]
Четырехместный Dyn'Aéro MCR4S, оснащенный двигателем Rotax 914, потребляет 8,3 л/100 км при скорости 264 км/ч [117] (2,1 л/100 км на место).
NASA и Boeing провели летные испытания демонстрационного образца X-48B с корпусом смешанного крыла (BWB) весом 500 фунтов (230 кг) с августа 2012 года по апрель 2013 года. Такая конструкция обеспечивает большую топливную эффективность , поскольку подъемную силу создает весь самолет, а не только крылья. [119] Концепция BWB предлагает преимущества в структурной, аэродинамической и эксплуатационной эффективности по сравнению с сегодняшними более традиционными конструкциями фюзеляжа и крыла. Эти особенности приводят к большей дальности полета, топливной экономичности, надежности и экономии жизненного цикла, а также к более низким производственным затратам. [120] [121] NASA создало концепцию эффективного в крейсерском режиме STOL (CESTOL).
Институт Фраунгофера по машиностроению и прикладным исследованиям материалов (IFAM) исследовал краску, имитирующую акулью кожу , которая могла бы уменьшить сопротивление за счет эффекта ребра. [122] Авиация является основным потенциальным применением новых технологий, таких как алюминиевая металлическая пена и нанотехнологии .
Технологическая дорожная карта Международной ассоциации воздушного транспорта (IATA) предусматривает улучшения в конфигурации и аэродинамике самолетов. Она прогнозирует следующее снижение расхода топлива двигателями по сравнению с базовыми самолетами, находящимися в эксплуатации в 2015 году: [123]
Более того, прогнозируются следующие выгоды для технологий проектирования самолетов : [123]
Сегодняшняя конфигурация «труба и крыло» может оставаться в использовании до 2030-х годов из-за снижения сопротивления за счет активного подавления флаттера для тонких гибких крыльев и естественного и гибридного ламинарного потока . [124] Для больших двигателей со сверхвысоким двухконтурным контуром потребуются загнутые вверх крылья типа «чайка» или надкрыльевые гондолы , поскольку Pratt & Whitney продолжает разрабатывать свой турбовентиляторный двигатель с редуктором , чтобы сэкономить прогнозируемые 10–15% расходов на топливо к середине 2020-х годов. [124] НАСА указывает, что эта конфигурация может выиграть до 45% за счет усовершенствованной аэродинамики, конструкций и турбовентиляторных двигателей с редуктором, но в долгосрочной перспективе предполагается экономия до 50% к 2025 году и 60% к 2030 году за счет новых сверхэффективных конфигураций и архитектур силовых установок: гибридный корпус крыла , крыло с ферменными распорками, конструкции подъемного корпуса , встроенные двигатели и всасывание пограничного слоя . [124] К 2030 году гибридно-электрические архитектуры могут быть готовы для 100-местных самолетов, а распределенная силовая установка с более тесной интеграцией планера может обеспечить дальнейшее повышение эффективности и сокращение выбросов. [124]
Научно-исследовательские проекты, такие как программа Boeing ecoDemonstrator , стремились определить способы улучшения топливной экономичности коммерческих воздушных судов. Правительство США поощряло такие исследования посредством программ грантов, включая программу FAA Continuous Lower Energy, Emissions and Noise (CLEEN) и проект NASA Environmentally Responsible Aviation (ERA). [ необходима цитата ]
Прогнозируется несколько концепций по снижению расхода топлива: [125]
Рост авиаперевозок опережает улучшения в экономии топлива и соответствующие выбросы CO2 , что ставит под угрозу устойчивость климата . Хотя более высокая плотность сидений бюджетных перевозчиков увеличивает экономию топлива и снижает выбросы парниковых газов на пассажиро-километр , более низкие цены на авиабилеты вызывают эффект отскока в виде большего количества рейсов и более крупных общих выбросов. Индустрия туризма может сместить акцент на экологическую эффективность выбросов в CO2 на единицу дохода или прибыли вместо экономии топлива, отдавая предпочтение более коротким поездкам и наземному транспорту вместо длительных перелетов, чтобы сократить выбросы парниковых газов. [128]
Обзор исторических и будущих тенденций