¿Por qué la altitud de crucero óptima depende del peso del avión?

En esta respuesta , Bianfable señala:

[L]a altitud de crucero óptima para un 777-200LR con un peso de 340 t es solo FL285, pero después de quemar 100 t de combustible ha aumentado a FL360

¿Porqué es eso? ¿Es simplemente el impulso del avión más pesado el que puede reducir el efecto de la resistencia? ¿Es lineal o escalonado? Y, ¿el avión sube en algún punto al nivel más alto (suponiendo que se trata de un viaje largo)?

FreeMan sugiere en los comentarios que puede ser el ángulo de ataque (AoA) lo que marca la diferencia: un AoA más alto para aviones más pesados ​​significa más resistencia, por lo que es mejor en altitudes más altas.

Como señala ymb1 en los comentarios, de su pregunta anterior , me pregunto acerca de esta oración:

A mayor altitud, la resistencia por fricción y presión es menor, pero la resistencia inducida es mayor, por lo que aumentar la masa provocará un salto mucho mayor en la resistencia.

Eso me hace preguntarme si está más relacionado con los diferentes componentes de la resistencia que con el AoA (o solo con el AoA, ¿tal vez es una combinación de ambos?)

Miré esta pregunta y sus preguntas vinculadas; No creo que ninguno de ellos responda esto, pero es muy posible que no haya entendido algo aquí, así que indíqueme el correcto si me perdí el duplicado. ¡Gracias!
IIRC (y no estoy seguro de todos los detalles), cuanto más pesado sea el avión, mayor será el AoA para mantener el vuelo nivelado a una altitud determinada. Si el avión es de 340 t a FL360, el AoA será tan alto que será muy ineficiente (demasiada resistencia), lo que reducirá el alcance. Sin embargo, a FL285 y 340 t, el AoA será lo suficientemente bajo para tener la máxima eficiencia en crucero.
En caso de que alguien pregunte, mi fuente para esa afirmación es el Boeing 777 FCOM vol. 1 (PI.31.1 Desempeño a bordo - Todos los motores). Aquí hay una captura de pantalla de la tabla correspondiente.
En primer lugar, +1por investigarlo. Hice una pregunta muy relacionada y creo que la respuesta aquí ayudará , pero los términos utilizados pueden ser demasiado técnicos. Si lo son, como sugerencia, puede editar su pregunta para incluir los puntos adicionales sobre los que se está discutiendo. Pero no creo que sea un duplicado del tuyo.
@ymb1 Probablemente sea demasiado técnico; pero parece que, y una pregunta vinculada desde allí, sugiere que la suposición de FreeMan es correcta ... no estoy seguro de cómo editar la pregunta para que coincida sin sugerir una respuesta (no estoy seguro, pero ciertamente parece razonable) en la pregunta?
Pero, a partir de esta pregunta , la respuesta principal dice "La resistencia a la fricción no se ve afectada por el cambio de AoA". arrastre" es solo un componente del arrastre total.
Estaba pensando algo como "Encontré esto, pero ¿qué significa 'coeficiente de sustentación más bajo' y cómo se relaciona con eso?". Muy opcional, pero puede ayudar a que las respuestas sean más precisas.

Respuestas (2)

La ecuación de elevación:

Ascensor = área del ala x Coeficiente de Ascensor x densidad del aire x V 2

proporciona tres variables para levantar una cantidad determinada de peso: ángulo de ataque, densidad del aire y velocidad.

Las aeronaves tienen la menor cantidad de resistencia por unidad de sustentación en un AoA específico, por lo que es mejor mantenerlo allí. Acelerar un poco es una muy buena idea, pero hay 2 factores con el 777, la resistencia del efecto Mach (importante a altas velocidades subsónicas) y la capacidad de producir empuje adicional en el aire. Eso deja a la altitud (densidad del aire) como el mejor factor de control para la producción de sustentación.

Aunque la velocidad aerodinámica indicada será mayor para la misma velocidad aerodinámica real en FL285 en comparación con FL360, hay mucho oxígeno para que los motores empujen el avión a su AoA óptimo y a la velocidad aerodinámica correspondiente.

La verdadera velocidad aerodinámica determina el efecto Mach

A medida que se quema el combustible, menos peso permite que el avión ascienda a una mayor altitud porque se requiere una menor velocidad aerodinámica indicada, por lo tanto, menos empuje, lo que permite que el avión permanezca en su "envolvente" segura de Mach.

¿La cantidad de movimiento del avión reduce el efecto de arrastre?

No, más peso aumenta indirectamente la resistencia. El avión debe volar más rápido, a un AoA más alto o en aire más denso para generar la misma cantidad de sustentación. Todos requieren más empuje, porque hay más arrastre.

Los aviones de pasajeros también aumentan el área del ala y el coeficiente de sustentación con listones y flaps para despegues y aterrizajes a menor velocidad.
@ymb1 eso es correcto y editado, gracias.

Porque la densidad del aire disminuye al aumentar la altitud. Por lo tanto, para lograr la misma sustentación neta, para alcanzar el equilibrio con un peso dado, el ala debe tener un ángulo de ataque mayor.

El ángulo de ataque más alto también aumenta la resistencia, lo que requiere un empuje adicional para superar.

El empuje disponible también disminuye con el aumento de la altitud debido a la disminución de la densidad del aire. Así, para un peso dado, un ala dada y motores dados, se alcanza una altitud óptima que proporciona algunos márgenes de seguridad y optimiza el consumo de combustible.

Por "elevación neta", ¿quieres decir elevación - peso?
¿Por qué la altitud de crucero óptima depende del peso del avión?
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