conso carburant et altitude

[yam]

Bonjour,

Je m'interroge sur la consommation en carburant en fonction de l'altitude.

Comment est-ce que ça fonctionne?

Est-ce qu'elle varie en fonction de la pression atmosphérique et/ou de la masse volumique de l'air?

J'espère que ce sujet est à la bonne place, je ne savais pas trop où le mettre.

Merci,

a+

[Anthony Cls]

Pour faire simple, les moteurs fonctionnent grâce à un mélange homogène de kérosène ( le carburant ) et d'oxygène ( le comburant ), ce qui produit à une certaine température une inflammation.

En haute altitude, la quantité d'oxygène étant moindre, le mélange nécessite moins de carburant et donc la consommation diminue.

Bien sûr d'autres facteurs aérodynamiques rentrent en jeu mais c'est pas trop la question je crois

[yam]

Merci pour ta réponse.

J étais très loin du compte, j avais lu quelque part que c était lié à la masse de l avion qui diminuait avec la densité de l air.

L économie se chiffre à combien, par exemple à 1000m, 5000m et 10 000m?

[Loneman]

La masse d'un avion ne diminue pas avec la densité de l'air, elle est constante. La seule masse qui diminue c'est celle du carburant brulé au fur et à mesure lors du vol, mais rien à voir avec la densité de l'air.

[Balto]

Il faut noter que si on diminue la quantité de carburant brulée en altitude le moteur fournira aussi moins de puissance.
Mais ca tombe bien : en haute altitude il y a moins de particules d 'air et donc moins de résistance à l'avancement de l'avion et donc il va plus vite.
Ca contre balance le manque de puissance fournie par les moteurs qui brulent moins de carburant en haute altitude.

Mais alors pourquoi ne pas monter à 500 km de hauteur pour consommer encore moins ?
Parceque plus on monte, moins y a d 'air donc arrive un moment ou l'avion n'arrive plus à monter.
La base du vol d'un avion étant lié au déplacement des particules d'air au dessus et en dessous de l'aile qui a un profile particulier.

[TOPOLO]

La raison principale pour laquelle la consommation d'un jet à haute altitude est plus faible que celle du même jet à basse altitude pour une même vitesse sol, c'est que pour une même vitesse sol, la trainée est beaucoup plus faible en haut qu'en bas (la trainée varie grossièrement avec le carré de la vitesse indiquée ou corrigée), et donc que le poussée nécessaire est nettement plus faible.

La consommation spécifique (quantité de carburant consommé en 1s pour obtenir 1 Newton de poussée) diminue elle aussi un peu avec l'altitude, mais dans une beaucoup moins grande mesure.

Illustration sur un exemple (j'ai pas de liner en tête, donc je prend un avions bien documenté, le Su-27)
Au niveau de la mer, un Su-27 en lisse à 950 km/h par rapport au sol (stabilisé) consomme 106 kg/min pour une trainée de 43.85kN,
à 36000ft (tropopause) et pour la même vitesse sol de 950 km/h, la trainée n'est plus que de 19.1kN et la consommation de 34 kg/min

[ergo]

Mais alors pourquoi ne pas monter à 500 km de hauteur pour consommer encore moins ?
Parceque plus on monte, moins y a d 'air donc arrive un moment ou l'avion n'arrive plus à monter.

Oui ... et non ...

En soit, il y a plusieurs phénomènes différents :
Par la suite, je parle en vitesse air si je n'indique pas le contraire.

Si un avion n'est pas capable de supersonique, il a alors une vitesse maximal qui est légèrement en dessous de la vitesse du son dans l'air. Car à cette vitesse, le mur du son va se produire aux endroit où l'air est accéléré ... grossièrement, sur les ailes, et les ondes de choques sont alors suffisante pour causer des dommages / pertes de contrôles.
De plus l'avion est soumis à une vitesse minimal, vitesse à laquelle l'avion n'accroche plus et décroche.
Il se trouve, pour des raisons physiques que j'expliquerai pas ici, que plus l'altitude augmente, plus la vitesse maximal diminue, en effet, dans l'air moins dense le son va moins vite.
Mais la vitesse de décrochage elle ne varie presque pas (elle a tendance à augmenter)
Ainsi, plus on monte et plus ses deux vitesses se rapproche, au point qu'au dessus d'une altitude, la vitesse du son est inférieur à la vitesse de décrochage, et là un avion non capable de supersonique sera forcement incapable d'aller. (L'altitude à laquelle les deux vitesses se rejoigne est appeler le coin de cercueil ... ou coffin corner)

Si un avion est capable de supersonique, sa limite d'altitude est alors limité par :
- La vitesse maximal qu'il peux atteindre en MACH, car il va falloir rester au dessus de la vitesse de décrochage, et que plus on monte et plus la vitesse de décrochage a un mach élevé.
- La capacité du moteur à emmagasiné de l'air, à un moment l'air est tellement rare, que le moteur, si il n'est pas conçu pour s'étouffe. (pas pour rien que les fusée emportent leur propre comburant)
- La température maximal que peut supporter l'avion : Pour aller haut, il faut aller vite, sauf que ça chauffe, et donc à un moment la structure de l'avion n'est plus prévu pour ça, c'est le mur de chaleur.

Alors, attention, certain avion (non supersonique) ne sont même pas capable d'atteindre leur coffin corner, parce que l'une des "autres" limites citées après est atteinte avant.

[Flow]

Deux super réponses de TOPOLO et Ergo ! Merci

Ergo, je dirais seulement :

grossièrement, sur les ailes, et les ondes de choques sont alors suffisante pour causer des dommages / pertes de contrôles.

Pas seulement, en plus de la perte de contrôle, il y a aussi une énorme augmentation de la trainée lors d'un vol transsonique. Du coup, il faut énormément augmenter la puissance moteur pour gagner peu en vitesse. A vitesse supersonique, cette trainée diminue à nouveau.


La vitesse de décrochage est également exprimée en CAS et non en TAS, non ? Car tu ne le précises pas dans ton post, tu dis simplement "Mais la vitesse de décrochage elle ne varie presque pas (elle a tendance à augmenter)"

[jojo]

Une image vaut mieux qu'un long discours



https://en.m.wikipedia.org/wiki/Coffin_ ... odynamics)

[Flow]

Aussi, à préciser, le MACH LIMIT est soit la limite de puissance moteur (vitesse maxi à puissance max) ou la limite de la cellule, le nombre le plus petit des deux étant à retenir, non?

PS : d'ailleurs on voit bien que sur le schéma ci-dessus, la vitesse de décrochage est indiquée en IAS, et non en vitesse air (TAS).

[TOPOLO]

La vitesse de décrochage est également exprimée en CAS et non en TAS, non ? Car tu ne le précises pas dans ton post, tu dis simplement "Mais la vitesse de décrochage elle ne varie presque pas (elle a tendance à augmenter)"

La vitesse de décrochage est effectivement assez constante avec l'altitude quand elle est exprimé en CAS ou IAS (tant que l'on reste nettement subsonique), si on l'exprime en TAS, elle augmente sensiblement avec l'altitude, et c'est la même chose exprimé en Mach (comme le montre le schéma de JoJo que je suppose être celui d'un U2 ou approchant)

Pour le Mach limite des liners, ce n'est pas tant lié à la puissance moteur (qui reste grosso modo constante), mais plutôt à l'augmentation de la trainée (quand on approche ou dépasse M0.8), au fait que les premiers étages du moteur vont peu apprécier d'ingérer de l'air presque supersonique (risque de rupture d'aubes en autres), et aussi aux régimes vibratoires de la voilure (flutter) qui n'est pas faite dépasser un certain Mach (et comme tu le dis, en fait au premier des trois)

[ceramix]

concretement pour un liner ça donne une altitude de conso min pour une vitesse donnée qui est fonction de la masse de l'avion (et donc qui augmente au fur et à mesure que les réservoirs se vident).

exple :

[Flow]

Du coup, pour en revenir à la question initiale, il y a plusieurs phénomènes qui se croisent :

1 - Le moteur assure toujours un mélange air / carburant "constant", et vu qu'il y a moins d'air en altitude, il injecte moins de carburant, développe moins de puissance, mais consomme également moins
2 - L'air est moins dense en altitude, et du coup la trainée diminue, et il faut moins de puissance moteur pour la même vitesse sol qu'en basse altitude

Ces deux phénomènes se combinant, on vole un peu moins vite en altitude, mais on consomme beaucoup moins.

Vient se rajouter à cela les régimes subsoniques / transsoniques / supersoniques. Tant que le tout reste subsonique, les règles ci-dessus s'appliquent bien, et du coup les liners et autres vols de transit utilisent ce régime pour le vol. Beaucoup de choses sont d'ailleurs faites pour déplacer le plus haut possible la vitesse de passage de subsonique à transsonique.

A partir de la vitesse transsonique (supersonique et subsonique se mélangent), les règles changent, et la trainée augmente fortement, il faut donc beaucoup plus consommer pour aller un peu plus vite. D'autres phénomènes, comme la perte d'efficacité sur les surfaces de contrôle, sont aujourd'hui pas mal maitrisé, et il y a quand même beaucoup moins de risques de départ de vol contrôlé.

[yam]

C'est très instructif!

J'ai pas tout assimilé mais je commence à saisir l'idée principale

[PePe]

Concernant les moteurs à pistons, la consommation baisse seulement si la richesse est réglée correctement pour compenser la baisse de densité de l'air.

Dans le cas des ULM multi-axes par exemple, qui embarquent pour la plupart des moteurs Rotax ou Jabiru qui n'ont pas de réglage de richesse, tu consommes la même chose au niveau de la mer et à 8000 ft.

[Flow]

Concernant les moteurs à pistons, la consommation baisse seulement si la richesse est réglée correctement pour compenser la baisse de densité de l'air.

Dans le cas des ULM multi-axes par exemple, qui embarquent pour la plupart des moteurs Rotax ou Jabiru qui n'ont pas de réglage de richesse, tu consommes la même chose au niveau de la mer et à 8000 ft.

C'est sûr que ces moteurs ne sont pas très modernes...
Un moteur de nos jours a normalement des débimètres / sondes lambda / ECU qui règlent le mélange, mais l'aviation a un train de retard :(

[jojo]

Non, quand on parle ULM faible coût et fiabilité sont les priorités, donc il faut faire simple.
Et un ULM n’est pas sensé voler si haut.

[Flow]

Non, quand on parle ULM faible coût et fiabilité sont les priorités, donc il faut faire simple.
Et un ULM n’est pas sensé voler si haut.

C'est sûr, même si l'argument de la fiabilité est selon moi plus vraiment au goût du jour. Un moteur avec une électronique de gestion simple peut être parfaitement fiable, même plus fiable qu'un moteur sans gestion. De très grandes avancées ont été faites à ce sujet sur les 30 dernières années
Mais ça s'éloigne du sujet initial.

[kekelekou]

(comme le montre le schéma de JoJo que je suppose être celui d'un U2 ou approchant)

C'est effectivement un extrait du manuel du U-2C.

Le truc rigolo avec le U-2, c'est que :
- tu ralentis --> tu décroches
- tu accélères --> Mach Buffet --> Couple à piquer --> Rupture de l'avion
- tu laisses la manette des gaz en position --> tu accélères
--> l'Exhaust Gas Temperature augmente --> tu crames le moteur
- tu réduits les gaz --> l'Engine Pressure Ratio passe sous la limite mini --> le moteur s'éteint

Donc t'es dans la mouise
En pratique, pour stopper la montée-croisière et amorcer la descente, il faut laisser le moteur juste au-dessus de l'EPR mini et AJOUTER de la trainée pour éviter d'accélèrer.
Il parait que sortir le train d'atterrissage à 70 000 pieds est une expérience intéressante pour un pilote.

[fredem]

et dans cette anecdote, quelques idées assez amusantes :

http://www.aerovfr.com/2019/02/12-370-k ... onomoteur/

[Flow]

(comme le montre le schéma de JoJo que je suppose être celui d'un U2 ou approchant)

C'est effectivement un extrait du manuel du U-2C.

Le truc rigolo avec le U-2, c'est que :
- tu ralentis --> tu décroches
- tu accélères --> Mach Buffet --> Couple à piquer --> Rupture de l'avion
- tu laisses la manette des gaz en position --> tu accélères
--> l'Exhaust Gas Temperature augmente --> tu crames le moteur
- tu réduits les gaz --> l'Engine Pressure Ratio passe sous la limite mini --> le moteur s'éteint

Donc t'es dans la mouise
En pratique, pour stopper la montée-croisière et amorcer la descente, il faut laisser le moteur juste au-dessus de l'EPR mini et AJOUTER de la trainée pour éviter d'accélèrer.
Il parait que sortir le train d'atterrissage à 70 000 pieds est une expérience intéressante pour un pilote.

Ca devait être sacrément délicat à piloter.
Je me souviens avoir lu qu'en virage en HA, l'aile intérieure pouvait décrocher pendant que l'aile extérieure avait du mach buffet...

[PePe]

Non, quand on parle ULM faible coût et fiabilité sont les priorités, donc il faut faire simple.
Et un ULM n’est pas sensé voler si haut.

Je ne sais pas, tu dois savoir mieux que moi.

L'autre jour je n'ai transité qu'au FL65. J'avais de la marge, l'appareil a un service ceiling à 16500 ft d'après son manuel. Et c'est un ULM multi-axes.

[jojo]

Non, quand on parle ULM faible coût et fiabilité sont les priorités, donc il faut faire simple.
Et un ULM n’est pas sensé voler si haut.

Je ne sais pas, tu dois savoir mieux que moi.

L'autre jour je n'ai transité qu'au FL65. J'avais de la marge, l'appareil a un service ceiling à 16500 ft d'après son manuel. Et c'est un ULM multi-axes.

Belle perf 16 500ft Quel modèle ?

Par contre 6 500ft, je n'appelle pas ça haut. Heureusement que ça y monte.

[baz0991]

Par contre 6 500ft, je n'appelle pas ça haut. Heureusement que ça y monte.

C'est stratosphérique pour un mud...

[jojo]

Par contre 6 500ft, je n'appelle pas ça haut. Heureusement que ça y monte.

C'est stratosphérique pour un mud...

Ah ton époque peut-être...aujourd'hui ça largue de la GBU-49 au >FL200