Удельный расход топлива реактивного двигателя

Сколько топлива жрут самолеты?

Если вы бесконечно сетуете на повышенный расход бензина вашей машиной и на постоянное увеличение стоимости топлива, то ознакомьтесь с аналогичными подробностями в авиации.

В последние десятилетия в авиастроении идет жесточайшая битва за экономию. Учитывая колоссальные масштабы авиаперевозок, даже снижение расхода топлива всего на 1% стоит того, чтобы за него бороться. Поэтому и появляются все более экономичные двигатели, используются законцовки крыла , и вообще применяются любые ухищрения, помогающие экономии.

Если среди автомобилистов расход топлива принято выражать в количестве потраченных литров на 100 километров, то в авиации система немного другая. Существует целых три показателя расхода воздушного судна:

  • Почасовой расход топлива. Это количество израсходованного топлива за один час полета с крейсерской скоростью и максимальной загрузой.
  • Километровый расход топлива. Это количество израсходованного топлива, потраченного на один километр полета с крейсерской скоростью и максимальной загрузкой.
  • Удельный расход топлива. Это количество израсходованного топлива на единицу расстояния или времени, относительно мощности двигателей воздушного судна. По сути, это топливная эффективность самолета.

Само же количество потраченного топлива измеряется не в литрах, а в килограммах, и при заправке самолета рассчитывается с запасом.

Приведем примеры расхода топлива у самых популярных самолетов.

  • Ту-154Б2 – 6200 кг/ч
  • Ту-144 – от 29000 до 39000 кг/ч
  • Сухой Суперджет 100 – 1700 кг/ч
  • Ан-225 Мрия – 15900 кг/ч
  • Як-40 – 1500 кг/ч
  • Concorde – 20500 кг/ч
  • Ан-2 («Кукурузник») – 131 кг/ч
  • Airbus A300-600R – 5200 кг/ч
  • Airbus A320neo – 2100 кг/ч
  • Airbus A380 – 12500 кг/ч
  • Bombardier Dash 8-Q400 – 1060 кг/ч

Такие колоссальные объемы топлива, которые расходуют в полете самолеты, стоят немалых денег. На данный момент стоимость одной тонны авиационного топлива в среднем составляет около 54000 рублей. И понятно желание владельцев самолетов, чтобы двигатели работали на земле вхолостую как можно меньше, ведь основной доход самолет приносит, будучи в воздухе.

Источник

Удельный импульс: сортируем ракетные движки по эффективности

Что такое удельный импульс?

Удельный импульс ракетного двигателя — один из основных показателей его эффективности, это отношение создаваемого им импульса к расходу затраченного топлива. Увеличивая удельный импульс, мы увеличиваем массу полезной нагрузки при том же количестве топлива. При недостаточном удельном импульсе ракета будет неэффективна. Особенно влияет на полезную нагрузку удельный импульс верхних ступеней, я слышал (как бы шутка) даже призыв сажать в тюрьму за использование на верхних ступенях любых двигателей, кроме водородных (у них один из лучших возможных показателей). Что влияет на удельный импульс и как его увеличить?

1. Температура газа в камере сгорания. Чем горячее — тем лучше. Температуру можно увеличить подбором наилучшей пары топливо-окислитель.

2. Молекулярная масса газа в камере сгорания. Чем меньше — тем лучше.

3. Давление газа в камере сгорания. Чем выше — тем лучше. Давление в камере сгорания всегда меньше, чем в турбонасосе (иначе топливо не пойдёт). Поэтому для повышения удельного импульса важен хороший турбонасос (создающий давление повыше).

4. Давление газа на выходе из сопла. Чем ниже — тем лучше. Зависит от окружающей среды. В атмосфере удельный импульс всегда меньше, чем в вакууме.

5. Эффективность использования топлива. Когда часть топлива сжигается в турбонасосе и выбрасывается (двигатель открытого типа) — удельный импульс будет снижаться. Наш выбор — двигатель закрытого типа с полным дожиганием компонентов (если мы говорим о жидкостных двигателях).

Чаще всего меры по увеличению удельного импульса приводят к уменьшению тяги, а увеличение тяги — к уменьшению удельного импульса. Поэтому на первых ступенях используют двигатели с высокой тягой и низким удельным импульсом (У двигателя F-1 Первой ступени ракеты Сатурн-5 удельный импульс на уровне моря — 263с, что довольно мало), а на верхних — высокий удельный импульс при низкой тяге.

Посмотрим удельный импульс различных двигателей.

1. Любительские твердотопливные двигатели — 100-130 c.

Любительские двигатели для моделей ракет на сорбитовой карамели — 100 с или несколько выше. Самый высокий параметр, который встречал — 130 с. Если есть ракетомоделисты или их знакомые — напишите в комментарии удельный импульс ваших двигателей — лично мне очень интересно.

Источник

Теория авиационных двигателей

(полное наименование дисциплины)

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ Эксплуатация самолетов, вертолетов и авиационных двигателей.

Читайте также:  Топливный насос с регулятором давления дизельного двигателя

КАФЕДРАЛЬНЫЙ ТЕКСТ ЛЕКЦИИ

Раздел 1. Параметры и характеристики элементов

авиационных силовых установок

Тяга, мощность и удельные параметры авиационных двигателей.

Теория ступени компрессора ГТД

Обсуждено на заседании ПМК

Учебные и воспитательные цели:

Изучить абсолютные и удельные параметры двигателей прямой и непрямой реакции

Изучить схему и принцип действия ступени осевого компрессора

Время: 2 часа

План лекции:

Тема №2. Тяга, мощность и удельные параметры авиационных двигателей (продолжение)

Удельные параметры авиационных ГТД

Тема №3. Теория ступени компрессора ГТД.

Назначение компрессоров ГТД, их типы и основные требования к ним.

Схема и принцип действия ступени осевого компрессора

Литература:

Теория авиационных двигателей. Часть 1. Под ред. Ю.Н. Нечаева. М.: ВВИА им. Н.Е. Жуковского, 2006., стр. 54-63.

Тема 2. Тяга, мощность и удельные параметры авиационных двигателей (продолжение)

2.5. Удельные параметры авиационных гтд

Авиационные двигатели прежде всего характеризуются основными данными, к которым у ГТД прямой реакции относятся:

1) Р – реактивная тяга, Н;

3) Gт.ч – часовой расход топлива, кг/ч;

4) mдв – масса двигателя, кг;

5) габаритные размеры двигателя: D – диаметр, мм;

У ГТД непрямой реакции взамен тяги рассматривается:

— эквивалентная мощность Nэкв, кВт (будет рассмотрена далее).

Эти основные данные для конкретных условий полета обычно указывают в паспорте конкретного двигателя. Но эти параметры не годятся для сравнительной оценки совершенства различных двигателей.

Для сравнительной оценки эффективности и уровня технического совершенства ГТД используются относительные величины, называемые удельными параметров двигателя.

С помощью удельных параметров оценивают тяговую (мощностную) эффективность двигателя, его экономичность, а также массовые и габаритные показатели. Для двигателей прямой реакции удельные параметры определяют по отношению к развиваемой двигателем тяге, а для ГТД непрямой реакции – к его мощности.

Удельные параметры ГТД прямой реакции

Удельной тягой Руд называется отношение тяги к расходу воздуха через двигатель

Мы выводили формулу . С учетом допущений, принятых при ее выводе, Руд = ссV.

Эта формула справедлива как для одноконтурных, так и для двухконтурных двигателей со смешением потоков. Для двухконтурных двигателей с раздельными контурами формулы для определения Руд будут даны ниже.

Единицей удельной тяги является Нс/кг или м/с (поскольку 1 Н = 1 кгм/с 2 ), т.е. удельная тяга имеет размерность скорости.

Удельная тяга – один из наиболее важных параметров ВРД. Чем выше Руд, тем большую абсолютную тягу создает двигатель при заданном расходе воздуха в рассматриваемых условиях полета. Или же с увеличением Руд снижается потребный расход воздуха для получения заданной тяги. Следовательно, повышение Руд снижает размеры и массу двигателя, но может ухудшать экономичность.

Для справки – в стартовых условиях у ТРДФ и ТРДДФ истребителей удельная тяга может достигать 1200 м/с, у ТРД и ТДДДсм – 700…800 м/с, у ТРДД самолетов ВТА — 300…400 м/с.

Удельным расходом топлива Суд называется отношение часового расхода топлива к тяге, развиваемой двигателем

Удельный расход топлива характеризует экономичность двигателя, т.к. показывает, сколько при заданных условиях полета требуется топлива двигателю, чтобы в течение одного часа создавать тягу, равную 1 Н. Единица Суд – кг/(Нч).

Для справки – в стартовых условиях у ТРДФ и ТРДДФ истребителей Суд составляет около 0.2 кг/(Нч), у ТРД и ТДДДсм – 0.07…0.09 кг/(Нч), у ТРДД самолетов ВТА — 0.04…0.06 кг/(Нч).

Удельной массой двигателя дв (кг/Н) называется отношение массы двигателя mдв к его тяге

Снижение массы двигателя, а следовательно, и массы силовой установки, имеет важнейшее значение для улучшения летных характеристик летательного аппарата, таких, как располагаемый запас топлива, полезная нагрузка, а также дальность полета, потолок, скороподъемность и скорость полета. Современный уровень дв для двигателей истребителей – 0.01 кг/Н.

Лобовой тягой Рлоб (Н/м 2 ) называется отношение максимальной тяги к площади наибольшего (лобового) поперечного сечения двигателя Fлоб:

Величина Рлоб имеет важнейшее значение для оценки возможности обеспечения заданной тяги при габаритных ограничениях на максимальный диаметр двигателя (например, при размещении двигателя в фюзеляже самолета). При расположении двигателя в гондоле величина Рлоб в значительной степени определяет внешнее сопротивление силовой установки. В однотипных двигателях увеличение Рлоб косвенно свидетельствует об улучшении их массовых характеристик.

Удельным импульсом тяги двигателя Jуд (Нс/кг) называется отношение тяги к секундному расходу топлива Jуд = Р/Gт.

Удельный импульс является величиной, обратной удельному расходу топлива Jуд=3600/Суд. Его размерность совпадает с размерностью удельной тяги. Он используется для оценки экономичности прямоточных, комбинированных и ракетных двигателей.

Удельные параметры ГТД непрямой реакции

Здесь используются аналогичные удельные параметры, но отнесенные не к тяге, а к развиваемой двигателем мощности.

Удельной мощностью Nе уд (кВтс/кг) называется отношение мощности Nе к расходу воздуха через двигатель Gв, т.е.

Читайте также:  Работа брелка при работающем двигателе

Удельным расходом топлива Се называется отношение часового расхода топлива к мощности, развиваемой двигателем

Удельной массой двигателя дв N (кг/кВт) называется отношение массы двигателя к его максимальной мощности

Если двигатель, помимо мощности на валу Nе , развивает реактивную тягу Р, то принято использовать понятие эквивалентной мощности Nэкв, которая учитывает также мощность, создаваемую реактивной тягой. Тогда во всех выражениях используется Nэкв.

Удельные параметры одного и того же двигателя изменяются с изменением числа М полета, высоты полета и режима работы двигателя. На практике чаще всего для сравнения различных двигателей используются удельные параметры, соответствующие земным условиям (V = 0; Н = 0) и максимальному или форсированному режимам работы двигателя, или указываются их значения для некоторых характерных режимов полета.

Источник

Ликбез по физике (4). Тяга и удельный импульс ракетных двигателей

Внимательное, вдумчивое прочтение этой статьи поможет разобраться с многими проблемами современной школьной физики а также поможет в решении задач с вертолётами.

Петр Иванович Дубровский, добросовестный инженер – исследователь, честный и непредвзятый частный научный детектив.

Остолопов прошу не беспокоить меня и нормальных читателей тупыми комментами и своим бестолковым блеянием. Тупые комментарии буду просто стирать, а их бестолковых авторов — банить.

Напомню основные принципы обучения, высказанные умными людьми. Аристипп Киренейский: «Детей надо учить тому, что пригодится им, когда они вырастут» . Академик АН СССР Г.С. Ландсберг, главный редактор многократно переиздаваемого «Элементарного учебника физики»: » Преподавание в средней школе, как, впрочем, и всякое иное преподавание, не может быть, конечно, исчерпываю­щим. Однако его необходимо строить таким образом, чтобы в дальнейшем учащийся мог и должен был бы доучиваться, но никогда не был бы вынужден переучиваться . «

Однако, преподавание физики в современной школе осуществляется ВОПРЕКИ этим двум основным принципам обучения. Детям вдалбливают представления о мироустройстве, о физических законах на уровне представлений, ошибок и заблуждений XVII. XVIII веков. Я не хочу сказать, что всё, привнесённое учёными того времени в физику, было целиком и полностью ошибками и заблуждениями, вовсе нет. Взять, к примеру, три закона Ньютона, на которых и выстроена вся праильная физика. Но многие теории требуют немедленного пересмотра — например, пора отказаться от понимания энергии, предложенного Лейбницем * (mgh и mV^2/2)

*Там длинная статья, не для куриных мозгов. В принципе, все обоснования отказа от энергии, придуманной Готтфридом Лейбницем, и соответственно, от закона сохранения этой лейбницевской энергии, уже имеются в других моих статьях на этом канале «Не верь стереотипам». Перечень этих статей можно найти тут .

Как я говорил, мы (человечество) уже двадцать лет тому назад шагнули в новое тысячелетие, в конце XVII — начале XVIII века изобрели паровые двигатели, потом заменили их на более совершенные двигатели внутреннего сгорания, построили сотни миллионов автомобилей, причем в некоторых особо развитых странах, число автомобилей, мощность каждого из которых измеряется десятками и сотнями лошадиных сил, уже сравнивается с числом жителей. Мы покорили небо — самолётами и вертолётами, так что перелёт из одной страны в другую стал более обыденной вещью, чем в XIX веке переезд дворянской семьи на лето из города в поместье. Более того — 60 лет тому назад мы шагнули в космос. Но в школах до сих пор преподают физику на уровне, когда качестве тяги использовали людей, ослов и лошадей.

В школах до сих пор учат, что:

Работа равна: A = F S cosα

Мощность равна : N = A / t

КПД равен = А_полезная / Е_затраченная

Можно ли с помощью этих формул определить работу, совершаемую реактивными ракетными двигателями? Определить их мощность? Определить их КПД? Смотрим на рис. 1. Предположим, что у нас есть две ракеты, одна из которых «стоит на столбе» пламени изрыгаемого реактивным ракетным двигателем, а другая, уже набрав к этом моменту некоторую скорость, продолжает равномерно подниматься вверх.:

Может быть, попросим помощи для решения этой простой задачи у академических дедушек из ОФН РАН, у чиновников из Министерств просвещения, а также высшего образования и науки, у школьных учителей физики, наконец?

Не обижайтесь. Придурков, которые начнут писать тупые посты в стиле «а как же разрабатывали и строили ракеты до этого?» я буду сразу банить.

Что мне нравится у ракетчиков — они будто бы позабыли про все те глупости, которыми их пичкали в школе. Если мы посмотрим на характеристики ракеты-носителя, то там мы не увидим ни мощности двигателей (напомню, что, согласно школьных учебников, мощность — это работа. выполняемая в единицу времени), ни коэффициентов полезного действия, ни тем более «положительной и отрицательной работы», существование которых проповедовали остолопы-теоретики Ландау и Лифшиц, или одной из последних глупостей, изобретенных остолопами-теоретиками — «мощности силы»**

Читайте также:  Своими руками манометр для измерения давления масла в двигателе

**Если кто знает автора этой беспросветной глупости, автора этой невероятной чуши, кто первым занёс этот вопиющий идиотизм в физику, расскажите мне, пожалуйста.

Давайте посмотрим на ТТХ (тактико-технические характеристики) любой ракеты-носителя. Возьмём, к примеру, «Ангару -1.2ПП»:

Вы где-нибудь видите среди ТТХ мощность? КПД? Или, боже упаси, «мощность силы»? Нет, мы видим лишь ТЯГУ, которая с успехом заменяет ракетчикам мощность, причем она различная на уровне моря и в вакууме — по причине разницы внешнего давления, видим УДЕЛЬНЫЙ ИМПУЛЬС — это показатель эффективности двигателя, что-то вроде КПД и видим ВРЕМЯ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ, которое помогает рассчитать весь импульс силы, необходимый для вывода космического корабля на орбиту Земли. Ведь поднимает ракету в небо, в космос, не энергия, придуманная 3,5 века тому назад Лейбницем, а импульс силы, на основании второго закона Ньютона, которому, как ни странно, тоже 3,5 века: Δ(mV) = ∫ F(t) dt — это второй закон Ньютона в дифференциальной форме. Масса m и скорость ракеты V, а также тяга маршевых двигателей постоянно меняются — и в этом есть некоторая сложность расчётов космических стартов. На самом деле надо еще учитывать плотность атмосферного воздуха, его сопротивление движению ракеты, даже географическую широту, с которой стартует ракета, но это уже «высший пилотаж», которым мы не будем забивать пока головы — важно понять основы.

Давайте посмотрим ТТХ реактивного ракетного двигателя РД-191, применяемого в первой ступени этой ракеты-носителя.

Давайте сначала остановимся на ТЯГЕ — то есть той самой движущей силе, которая и отправляет ракеты в космос.

Заглянем в гости к барышне Вики — так как в освоении космоса Россия, со времён СССР, впереди планеты всей, то разумеется, русскоязычной Вики доверия в «космических вопросах» больше всего:

И что же мы тут видим?

То есть F = V_eff * dm/dt

Или же, в более понятной форме: F * dt = V_eff * dm из которого и получаем Δ(mV_eff) = ∫ F(t) dt

Второй закон Ньютона РУЛИТ .

То есть — энергия ракетного топлива (пропелланта, состоящего из керосина РГ-1 и жидкого кислорода) тратится на создание требуемой тяги, подъёмной силы в течение определенного времени — то есть на создание импульса силы, который и позволит выполнить ПОЛЕЗНУЮ работу по запуску на орбиту Земли нового спутинка или космического корабля.

А что с энергией имени Лейбница? Где же она? Если сказать честно , то — в полной ж. — взять, к примеру, расчёт этих «лейбницевских энергий» по телеметрии старта ракеты Falcon-9 . Но тем не менее, эту дурь насчёт mgh и mV^2/2 продолжают чуть ли молотком вдалбливать в головёнки несчастных школьников.

Что же такое УДЕЛЬНАЯ ТЯГА, вернее правильно называть эту величину УДЕЛЬНЫЙ ИМПУЛЬС двигателя?

Удельный импульс — это как раз и есть показатель ЭФФЕКТИВНОСТИ реактивного ракетного двигателя в чистом виде. Он показывает, сколько пропелланта, т.е. ракетного топлива надо сжечь, чтобы создать единичную движущую силу (1 ньютон или 1 кГс) в течение единицы времени (1 секунда). Вопрос для проверки усвоения: допустим имеются три реактивных двигателя. Один, затрачивая 1 грамм топлива, может создавать движущую силу в 1 Н в течение 1 секунды, другой, затрачивая 1 грамм того же самого топлива, может создавать движущую силу в 2 Н в течение одной секунды, третий — затрачивая 1 грамм того же топлива может создавать движущую силу 0,5 Н в течение 5 секунд. Какой из этих двигателей самый эффективный? Другими словами, какой из этих двигателей имеет самый высокий КПД?

Теперь скажите мне — разве такие объяснения не будут понятны школьникам 10. 11 классов? Или даже в 8 и 9 -ом?

Единственное, что мне не нравится, это измерение УДЕЛЬНОГО ИМПУЛЬСА в секундах. Этим замыливается смысл удельного импульса — обычно это МАССОВЫЙ расход топлива на создание единичного импульса. То есть единица измерения удельного импульса должна быть:

кГс * c / г (полученный импульс движущей силы делим на кол-во израсходованного топлива)

или, в системе Си:

В справочниках, которые мне попадались под руку, речь идёт о МАССОВОМ, а не ВЕСОВОМ удельном расходе топлива. Возможно, для расчётов космических стартов удобнее пользоваться весовым удельным расходом топлива, в этом случае мы получаем единицу измерения весового удельного расхода топлива в системе Си:

H * с / H = с , но, как я уже сказал, в этом случае замыливается физическая суть удельного импульса и я бы рекомендовал даже весовой удельный импульс силы измерять в Н * с / Н . Пускай эта единица измерения и выглядит слегка противоестественно, то в данном случае становится сразу же понятно, что речь идёт о ВЕСОВОМ удельном импульсе движущей силы, а не о времени.

Ликбез, то есть урок закончил. Продолжение следует.

Источник

Adblock
detector