3.1 Originalutförande
3.1.5 Total bränsleförbrukning
Genom att addera bränsleförbrukningen för de olika fallen fås en total bränsleförbrukning för resan mellan Stockholm och Göteborg. Det totala bränslebehovet för hela flygningen blir således 37,98kg det vill säga 47liter [30].
3.2 Gränsskikt
I tabell 4 presenteras de gränsskiktparametrar som är av intresse. Vid startsträckan och planflykten med konstant fart på marschhöjd antas parametrarna vara konstanta. Vid stignings samt nedstigsförloppet varierar dock parametrarna med höjden, värdena för dessa skeenden i tabell 4 utgör därför medelvärden, fullständiga värden presenteras i figur 22 samt 23.
Stabil flygning Stigning Markburen start Luftburen start Nedstigning
δ
∗ (mm) 0, 003 0, 0033 0, 0039 0, 0034 0, 0031 θ (mm) 0, 0024 0, 0026 0, 0031 0, 0026 0, 0024 k (mm) 0, 0018 0, 002 0, 0024 0, 0021 0, 0019 H 1, 2876 1, 2876 1, 2876 1, 2876 1, 2876 K 0, 7796 0, 7796 0, 7796 0, 7796 0, 7796 Tabell 4: Gränsskiktsparametrar.Figur 23: Gränsskiktsparametrar som funktion av höjd för nedstigningsförloppet med konstant nedstigshastighet.
3.3 BLI
Resultaten visar att den så kallade Power-Saving Coefficient, PSC, är till den fjärde decimala densamma för de fyra flygtillstånden, PSC antar då värdet 0,1106. Detta betyder att en effektreduktion med cirka 11% är möjlig med BLI-teknik.
3.3.1 Stabil flygning
I figur redovisas en jämförelse av effektbehov med och utan BLI-teknik för planflykten med konstant fart. Den streckade linjen är det tidigare framtagna resultatet redovisat i figur 16, den heldragna linjen utgör motsvarande effektbehov med utnyttjande av BLI-teknik. I figur 24 redovisas på likvärdigt vis den reducering av bränsleförbrukning som kan åstadkommas med BLI-teknik
Figur 25: Jämförelse av bränsleförbrukning med och utan BLI för stabil flygning
3.3.2 Startförlopp
Under startförloppet reduceras bränsleförbrukningen med 11%.
3.3.3 Stigning
I figur 26 redovisas jämförelse med och utan BLI-teknik för stigförloppet.
3.3.4 Nedstigning
Även för nedstigningsförloppet redovisas en jämförelse med och utan BLI-teknik i figur 27.
Figur 27: Jämförelse av gaspådrag med och utan BLI för nedstigning
3.3.5 Total bränsleförbrukning
Bränsleförbrukningen är i direkt proportion till effektbehovet, den totala bränsleförbrukningen med BLI-teknik är således cirka 11% lägre än förbrukningen i originalutförandet. Den totala bränsleförbrukningen med BLI-teknik blir därför
41,8liter.
4 Diskussion
Det har krävts ett omfattande arbete för att få fram ett resultat i denna undersökning där flera antaganden och uppskattningar har fått göras för att underlätta tillvägagångssättet. Bland annat har en rad interpoleringar av data skett vilket leder till en viss osäkerhet i resultatet. Även en mer grundläggande strömningsanalys i ett simuleringsprogram hade gett en tydligare bild av de vak-parametrar som används i beräkningarna av PSC. Med en sådan simulering hade man även kunnat ha studerat hastighetsfördelning och vak-utformning på ett närmare sätt vilket hade lett till att en mer noggrann analys hade kunnat genomföras. Istället har nu ett idealiserat fall studerats där vaken antas fyllas ut till en helt homogen hastighetsfördelning. Resultatet bör därför ses som en idealiserad bild som tydliggör BLI-teknikens stora potential. Ett verkligt resultat hade troligtvis legat betydligt lägre än den effektreduceringen på 11% erhållen i det ideala fallet, detta beror främst på att vaken inte kommer att fyllas till en idealt homogen hastighetsprofil. Smith [12] föreslår att en reducering kring 7% är rimlig för vattenfarkoster och någon procentenhet lägre för en luftburen farkost i ett verkligt fall med tekniken som fanns tillgänglig år 1993. De eldrivna propellrarna som utgör det distribuerade framdrivningssystemet längst vingprofilen som möjliggör BLI-tekniken har givetvis en hög effektförbrukning även de. Då rapporten främst syftar på den bränslereduktion som kan åstadkommas med BLI i kombination med begränsad vak-data har dessa beräkningar utelämnats i rapporten. Då strömningsanalys genom datorsimuleringar genomförs är denna effektförbrukning möjlig att studera genom att analysera skillnaden i energi hos luftströmmen på in respektive utloppssidan.
5 Slutsats
Resultatet i denna rapport ger en fingervisning på den maximala möjliga bränslereducering som är möjlig med införandet av BLI-teknik. Då resultatet är just ett idealt värde vittnar det om den stora potential som tekniken innehar. Då man med dagens teknik endast har lyckats åstadkomma en liten del av den möjliga potentialen kan en utveckling av tekniken ha stor framtida framgång.
6 Referenser
[1] John McIver. Cessna Skyhawk Performance Assesment. 2003.
http://temporal.com.au/c172.pdf (Besökt: 2015-03-01). [2] Cessna 172 Performance Data.
http://winternet.com/~taa/perf.html (Besökt: 2015-03-05). [3] Cessna Aircraft. Cessna 172.
http://cessna.us/cessna-172/ (Besökt: 2015-02-27).
[4] Jeff Scott. Aerospaceweb. Drag Coefficient & Lifting Line Theory. 2004.
http://www.aerospaceweb.org/question/aerodynamics/q0184.shtml (Besökt: 2015-03-05).
[5] Flightsim Forum. Picking your optimal cruise altitude and power setting. 2008.
http://www.flightsim.com/vbfs/showthread.php?210938-picking-your-optimal-cruise-altitude-and-power-setting (Besökt: 2015-03-10).
[6] Dr. John T Lewroy. Allstar Network. Propeller aircraft Peromance and the Bootstrap Approach. 1999.
http://www.allstar.fiu.edu/aero/BA-Background.htm (Besökt: 2015-03-05). [7] Clarkson University. Aircraft Performance and Flight Mechanics.
http://people.clarkson.edu/~pmarzocc/AE429/AE-429-10.pdf (Besökt: 2015-03-07). [8] Richard Fitzpatrick. Boundary Layer on a Flat Plate. 2012.
http://farside.ph.utexas.edu/teaching/336L/Fluidhtml/node87.html (Besökt: 2015-04-26).
[9] National Aeronautics and Space Administration. Advanced Concept Studies for Subsonic and Supersonic Commercial Transports Entering Service in the 2030-53 Period. http://www.aeronautics.nasa.gov/pdf/n3_draft_summary_11_29_07.pdf
(Besökt: 2015-06-03)
[10] The Engineering Toolbox. Dry air properties.
http://www.engineeringtoolbox.com/dry-air-properties-d_973.html (Besökt: 2015-04-13).
[11] Virginia Tech. Climbing Flight Performance.
http://www.dept.aoe.vt.edu/~lutze/AOE3104/climb.pdf (Besökt: 2015-03-20). [12] Leroy H. Smith Jr. “Wake Ingestion propulsion Benefit”. Journal of Propulsion and Power. Vol 9. No 1. Jan 1993.
[13] Steiner, Hans-Jörg. “Multi-Disciplinary Design and Feasibility Study of
Distributed Propulsion Systems”. 28TH International Congress of the Aeronautical Sciences. 2012.
[14] Chengyuan, Liu. “Thermal Cycle Analysis of Turboelectric Distributed Propulsion System With Boundary Layer Ingestion”. Cranfield University. 2013. [15] Karlsson, Arne. The aeroplane-some basics. Ver 2. 2015-01-26. KTH.
[16] Karlsson, Arne. Steady and level flight with propeller propulsion. Ver 3. 2015-01-10. KTH.
[17] Karlsson, Arne. Steady climb performance with propeller propulsion. Ver 4. 2015-02-18. KTH.
[18] Gudmundsson, Snorri. General Aviation Aircraft Design: Applied Methods and
Procedures. Firstedition. Butterworth Heinemann Ltd 2014.
[19] ATPFlightschool. Cessna 172 Training Supplement.
https://atpflightschool.com/students/downloads/ATP-Cessna-172-Training-Supplement.pdf (Besökt: 2015-04-15).
[20] Mair W. Austyn, Birdsall L. David. Aircraft Performance. Cambridge University Press 1992.
[21] Raymer P. Daniel. Aircraft Design: A Conceptual Approach. Second edition. American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc 1992.
[22] Karlsson, Arne. How to estimate CD0 and
K
in the simple parabolic drag polar. Ver 2. 2015-02-3. KTH.[23] Plas A. “Performance of a boundary layer ingesting propulsion system”. Massachusetts Institute of Technology 2006.
[24] Denker S. John, See How It Flies, http://www.av8n.com/how/htm/ (Besökt-2015-04-25).
[25] MPAviation. Learning To Fly-Take Off.
http://www.mpaviation.com/lessn12.htm (Besökt: 2015-05-01).
[26] Labb PM StrömningsmekanikSG1217. Undersökning av inkompressibelt gränsskikt på en plan platta. KTH. Februari 2012.
[27] Schetz A. Joseph. Propulsion and aerodynamic performance evaluation of jet-wing distributed propulsion. Aerospace Science and Technology 14. 2010.
[28] Houghton E.L. Aerodynamics for Engineering Students. Sixth edition. Butterworth Heinemann Ltd 2013.
[29] Torenbeek, Egbert. Sythesis of Subsonic Airplane Design. Delft University Press.
[30] Exxon Mobile Aviation. World Jet fuel specification.
http://www.exxonmobil.com/AviationGlobal/Files/WorldJetFuelSpecifications200 5.pdf (Besökt: 2015-05-05).