¿Por qué los aviones tienen una cantidad inutilizable de combustible?

Aprendí de esta pregunta que un Cessna 152 contiene 5,6 litros de combustible que no puede usar.

¿Por qué estaría diseñado para contener combustible que no puede quemar, especialmente porque la contaminación del combustible por agua es una preocupación?

5,6 litros no parece mucho combustible por el que preocuparse...
No es que me preocupara, estaba confundido hasta que leí las explicaciones a continuación. Ahora tiene sentido.
El combustible inutilizable es como la pasta de dientes inutilizable.
@kevin: ¿Entonces se tira junto con el resto del motor cada vez que termina el viaje?
@Mehrdad: Después de un vuelo, los tanques simplemente se pueden recargar. Si las alas / tanques tienen que someterse a mantenimiento, entonces puede ser necesario drenar el combustible inutilizable.
@kevin: Lo sé, estaba bromeando. Estaba tratando de señalar que no es muy similar al escenario de la pasta de dientes.
@Mehdrad: Puedes rellenar la pasta de dientes (-:
Es similar en el hecho de que ambos son igualmente inútiles: puede trabajar para obtener algo de eso. Pero solo si realmente lo necesitas. :-)
No es una característica exclusiva de los aviones. Cualquier tanque de combustible que no se drene desde el punto más bajo absoluto contendrá combustible inutilizable.

Respuestas (5)

Piloto aquí (con Cessna 152 horas), así como un ingeniero que hizo la mayor parte del camino hacia una licencia de técnico de fuselaje y motor en un momento de la vida.

Hay varias razones que conspiran para producir 'combustible inservible':

  1. Los tanques de combustible en los aviones tienen formas complejas: incluyen deflectores y otras paredes (con agujeros) para evitar que se acumulen oscilaciones durante el movimiento en vuelo. A veces, estos deflectores incluso se integran en los tanques al final del ciclo de diseño, ya que las pruebas detectan problemas de oscilación. Estos deflectores dan como resultado un 'atrapamiento geométrico' del combustible en rincones y grietas.
  2. Extraer combustible de un tanque de combustible es más complicado en un avión: los automóviles son bastante planos con inclinaciones menores, mientras que los fuselajes pueden tener todo tipo de direcciones extrañas y sostenidas en las que el combustible quiere ir debido a la aceleración. Imagine una espiral inclinada extendida mientras desciende: ese combustible experimenta mucha más aceleración lateral durante un período de tiempo más largo que un automóvil. Lograr que el sistema de combustible extraiga combustible desde estos diferentes ángulos es un desafío (tenga en cuenta que elegí una maniobra no acrobática para la cual el Cessna 152 de su pregunta está calificado aquí).
  3. Todo esto es una compensación de costo/complejidad: existen soluciones para 1 y 2 anteriores: los aviones de combate usan vejigas de combustible que tienen vejigas de presión dispuestas para exprimir el combustible para que puedan obtener casi todo el combustible incluso con fuerzas G altas y inusual. anglos. Los aviones acrobáticos tienen sistemas igualmente más caros y complicados que el viejo y barato Cessna 152.

También hay otras consideraciones, pero principalmente se trata de si el avión en cuestión puede justificar el costo y el esfuerzo para obtener hasta la última gota de combustible.

Las cosas se complican aún más en los cohetes: los cohetes lunares (correctamente, el Saturn 5, aunque era una etapa superior específicamente) tenían motores especiales adicionales llamados motores ullage, cuyo único trabajo era dar a la etapa un pequeño impulso en el espacio para empujar el combustible hacia el parte trasera del cohete para que los motores principales pudieran extraer combustible y arrancar.

Edición del apéndice: @supercat a continuación: la definición de combustible inutilizable está establecida por la regulación federal de aviación parte 23, sección 959 ( FAR 23.959 ) y básicamente es el peor de los casos en "operación prevista" para el avión en particular. Dado que el Cessna 152 no tiene clasificación acrobática, por ejemplo, el combustible no utilizado se define como el nivel de combustible en el que ALGUNA maniobra prevista podría causar un error en el sistema de combustible. En la práctica, especialmente en vuelos de nivel plano, parte de ese combustible inutilizable estaría disponible para su uso, aunque se supone que no debe planear usarlo en la planificación de su vuelo.

anuncio 2). En realidad, el automóvil puede tener una inclinación bastante grave al tomar esquinas o frenar bruscamente. Los neumáticos tienen un coeficiente de fricción de 0,8 a 1,0 en carretera seca, por lo que el vector de gravedad efectivo puede inclinarse entre 40 y 45°. Por otro lado, los aviones no tienen nada capaz de producir una fuerza lateral comparable a la sustentación, por lo que su vector de gravedad efectivo no puede crecer tanto y los pilotos evitan tales fuerzas, ya que también causan mucha resistencia. ¡En un vuelo coordinado, la bola de deslizamiento y deslizamiento está centrada y la bola de deslizamiento y deslizamiento es solo un nivel de bola!
Por otro lado, por supuesto, los tanques de combustible en los aviones son mucho más anchos, por lo que cualquier aceleración lateral tiene un efecto mayor en ellos.
¿Qué pasa con la suciedad o el agua que se hunde debajo de la válvula de salida de combustible y, por lo tanto, no ingresa al motor? ¿No es esa una razón también?
RE #2: "Acrobáticamente", un giro es una excelente manera de mover el combustible en los tanques. De hecho, un buen giro alrededor del CG moverá el combustible hacia el exterior de los tanques de las alas; moverá cualquier cosa hacia la izquierda o la derecha del CG más hacia la izquierda o la derecha. Un Cessna 152, que tiene líneas de combustible alimentadas por gravedad en la raíz del ala, creo que en realidad dejará de funcionar después de aproximadamente 6-8 giros, ya que esencialmente ha dejado de alimentar combustible al motor. Ha pasado un tiempo desde que realicé un entrenamiento de giro en ese avión. Y nunca hasta el punto de mover combustible inservible de ese modo. :-)
@Jan Hudec: buenos puntos, en realidad tenía una respuesta aproximadamente 3 veces más larga originalmente y traté de mantenerla simple. En un vuelo coordinado, el tirón de aceleración estará orientado "hacia abajo" con respecto al marco de referencia del avión. Sin embargo, los ingenieros de la estructura del avión no pueden confiar en esto para los cálculos de disponibilidad de combustible porque las maniobras válidas como los deslizamientos laterales (aprobados para perder altitud) no requieren esta condición coordinada. Si siempre 'pisas el balón' y te mantienes coordinado, es posible que tengas acceso a parte de ese combustible que se considera inutilizable, ¡aunque no contaría con eso para la planificación!
@Shawn - ¡Sí! Y a algunos pilotos se les enseñan maniobras que se usan específicamente para mover combustible alrededor de los tanques. Hay una buena parte en 'Lost Moon' sobre cómo los astronautas usaron los cohetes de maniobra del módulo de aterrizaje para realizar una quema de vacío para el módulo de comando (si mal no recuerdo, podría tener los detalles equivocados). Un amigo que piloteaba jets de carga para el ejército me contó acerca de un elegante basculante que usaban para redistribuir el combustible, aunque ni siquiera puedo recordar para qué avión era.
¿La especificación de combustible "inutilizable" representa combustible que nunca sería utilizable o, en cambio, representa una garantía de que, como máximo , 5,6 litros no estarán disponibles en condiciones de balanceo, cabeceo y aceleración que uno podría querer usar para aterrizar el avión?
Siempre pensé que el combustible "inutilizable" era el combustible al que no se podía acceder a través de operaciones y condiciones normales. Aunque diré que si alguna vez intenta usar el combustible inutilizable, probablemente tenga mejores cosas de las que preocuparse. :-)
Véase el apéndice anterior. el combustible inutilizable es el peor de los casos; por lo tanto, si tuvo esa cantidad de combustible durante la peor maniobra (aprobada para la aeronave) para el sistema de combustible, debe tener al menos el combustible inutilizable nominal para evitar un problema.
¿Sería factible un tanque de combustible en forma de embudo en aviones para hacer pasar todo el combustible a través del motor? (suena ridículo ahora que lo pienso)
@shortstheory: ¿dónde colocaríamos un tanque de combustible con forma de embudo? El tanque de combustible normalmente se encuentra en el interior de las alas para tener un gran volumen de almacenamiento sin agregar tamaño, ya que agregar tamaño de aeronave = más resistencia. Así que hay fuertes razones aerodinámicas para la forma común del tanque. Sin embargo, los tanques de combustible adicionales a menudo se colocan en la cabina de pasajeros, tienen diferentes formas y, a menudo, tienen muchos menos problemas de combustible inutilizable.
@EzekielKruglick gracias ¡Me olvidé de que los tanques están principalmente en las alas!

especialmente porque la contaminación del agua del combustible es una preocupación?

Esa es una de las razones. El combustible flota en el agua, por lo que el agua se acumula en el fondo del tanque, junto con otra suciedad. Al no tomar los últimos restos de combustible del fondo del tanque, evita poner estas cosas en el motor.

Esto puede ser cierto en algunos sistemas, pero otros intentan sacar los últimos restos de combustible del tanque. Los puertos de recogida de combustible en muchos Cherokee están justo al lado de los desagües del sumidero (cerca del punto interior más bajo del tanque de combustible), por lo que probablemente terminará obteniendo agua antes de obtener avgas. En ese sistema, el trabajo del gascolator es deshacerse del agua y la "suciedad" (o más exactamente, retenerla); de hecho, la taza del gascolator es aproximadamente la mitad de la capacidad de combustible inutilizable en algunos modelos.
@ voretaq7 Me imagino que es por eso que drena un poco de cada tanque en un Cherokee durante la preparación del vuelo.
@slicedtoad En parte, pero revisa su combustible en busca de agua incluso en tanques que tienden a contener más "combustible inutilizable" debido a su diseño, y tienden a tener más puntos de sumidero justo donde se acumula el combustible inutilizable (por ejemplo, los 800 puntos de sumidero en algunos Cessnas con vejigas de combustible). Las tomas de combustible suelen estar bastante bajas en el tanque, lo que significa que el agua que se mueve mientras maniobras podría salir de un lugar donde es inofensiva y acercarse lo suficiente a la toma para entrar en el motor.
Supongo que cualquier avión que no use una bomba de combustible (y muchos que lo hacen) mantendría las entradas de combustible en el punto más bajo del tanque para que la gravedad pueda reducir el trabajo de las bombas. @voretaq7 tiene razón.

Casi cualquier sistema que mueva líquido retendrá un cierto volumen. En su caso, hay varias curvas en las tuberías y algunas de esas curvas suben. Sí, se alimenta por gravedad, pero observe la válvula de cierre en el piso. Ahora observe el nivel del carburador. Cualquier combustible por debajo del nivel de la taza del carburador es inutilizable, ya que no tenemos forma de empujarlo a través del resto de las tuberías sin más líquido detrás.

Si recurrimos a cosas con bomba la cantidad inservible puede subir, mucho. El volumen de líquido entre la bomba y el destino final se consideraría inutilizable por la misma razón: una vez que la bomba está seca, ya no podemos moverla.

El gerente de un restaurante que conocía instaló un sistema de dispensación de bebidas medido. Todo el alcohol está en la sala de almacenamiento (cerrada), los camareros presionan un botón y sale exactamente una onza del grifo. La única queja que tenía era que el sistema costaba $500 para cebar, por artículo , y tenía que mantener miles de dólares de alcohol "inutilizable" en los libros.

Esta es la mejor respuesta a la pregunta formulada. Por lo menos, el combustible que se adhiere a las paredes por la tensión superficial no es utilizable, por lo que siempre habrá algo. Incluso si los diseñadores trabajan duro para minimizarlo, no será cero.

El término "inutilizable" es una definición muy especial. Proviene de una prueba específica descrita en FAA FAR Parte 23. No es lo mismo que el significado de sentido común de la palabra "inutilizable".

Para aviones ligeros de un solo motor como Cessna 152, FAA FAR Parte 23 requiere que el flujo de combustible disponible sea el 125% del consumo máximo del motor. 150% para sistemas de alimentación por gravedad pura. En la prueba de certificación, el flujo de combustible se mide mientras el nivel desciende en los tanques. Tan pronto como el caudal desciende por debajo de 125 o 150 %, todo el combustible restante se declara inutilizable. Esto se hará con el avión apoyado en actitud de ascenso con el morro hacia arriba.

Por lo tanto, el término formal "inutilizable" significa que esta última cantidad de combustible podría no estar disponible en una actitud de morro hacia arriba con la máxima potencia del motor.

En crucero nivelado, normalmente puede vaciar los tanques de combustible hasta la última gota.

Participo a ciegas aquí, pero creo que en algunos casos el combustible circula para el intercambio de calor.

¿Algo como el SR-71?
No en ningún avión GA que yo sepa. Posible en aviones comerciales y aviones militares.
Suficientemente común en aviones más grandes para tener un intercambiador de calor de combustible/aceite, enfriando el aceite y calentando el combustible lo suficiente como para derretir los cristales de hielo que se formaron en el combustible a medida que se enfriaba a algo cercano a OAT a gran altura. El problema que se evita no es el agua en el combustible en sí, sino la obstrucción de un filtro de combustible con los cristales. Dicho todo esto, esto es simplemente más plomería en la línea de combustible, y la dinámica mencionada en otras publicaciones no cambiaría mucho con o sin el intercambiador de calor.
¿Por qué los aviones tienen una cantidad inutilizable de combustible?
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