Соотношение тяги к весу
Тяговооруженность — безразмерное отношение тяги к массе ракеты двигателя или транспортного средства, приводимого в движение таким двигателем, которое является , реактивного двигателя , винтового показателем работоспособности двигателя или транспортного средства.
Мгновенная тяговооруженность транспортного средства постоянно изменяется во время работы из-за постепенного расхода топлива или топлива , а в некоторых случаях из- за градиента силы тяжести . Отношение тяги к весу, основанное на начальной тяге и весе, часто публикуется и используется в качестве показателя качества для количественного сравнения начальных характеристик транспортного средства.
Расчет
[ редактировать ]Тяговооруженность рассчитывается путем деления тяги (в единицах СИ – в ньютонах ) на вес (в ньютонах) двигателя или транспортного средства. Вес (Н) рассчитывается путем умножения массы в килограммах (кг) на ускорение свободного падения (м/с). 2 ). Тягу также можно измерить в фунтах-силах (фунт-сила), при условии, что вес измеряется в фунтах (фунтах). Деление с использованием этих двух значений по-прежнему дает численно правильную (безразмерную) тяговооруженность. Для достоверного сравнения начальной тяговооружённости двух или более двигателей или транспортных средств тяга должна быть измерена в контролируемых условиях.
Поскольку вес самолета может значительно варьироваться в зависимости от таких факторов, как боекомплект, загрузка топлива, вес груза или даже вес пилота, тяговооруженность также является переменной и даже меняется во время полетов. Существует несколько стандартов определения веса самолета, используемых для расчета диапазона тяговооруженности.
- Пустой вес — вес самолета за вычетом топлива, боеприпасов, груза и экипажа.
- Боевая масса . В первую очередь для определения летно-технических возможностей истребителя это масса самолета с полными боеприпасами и ракетами, половиной топлива и без сбрасываемых баков или бомб.
- Максимальный взлетный вес — вес самолета при полной загрузке максимальным количеством топлива и груза, с которым он может безопасно взлететь. [1]
Самолет
[ редактировать ]Тяговооруженность и аэродинамическое качество являются двумя наиболее важными параметрами, определяющими летно-технические характеристики самолета.
Во время полета тяговооруженность постоянно меняется. Тяга варьируется в зависимости от положения дроссельной заслонки, скорости полета , высоты , температуры воздуха и т. д. Вес варьируется в зависимости от расхода топлива и изменения полезной нагрузки. Для самолетов указанная тяговооруженность часто представляет собой максимальную статическую тягу на уровне моря, деленную на максимальную взлетную массу . [2] Самолеты с отношением тяги к массе более 1:1 могут подниматься вверх и поддерживать воздушную скорость до тех пор, пока на большей высоте характеристики не упадут. [3]
Самолет может взлететь, даже если тяга меньше его веса, поскольку, в отличие от ракеты, подъемная сила создается за счет подъемной силы крыльев, а не непосредственно за счет тяги двигателя. Пока самолет может создавать достаточную тягу для движения с горизонтальной скоростью, превышающей скорость сваливания, крылья будут создавать достаточную подъемную силу, чтобы противостоять весу самолета.
Винтовые самолеты
[ редактировать ]Для винтовых самолетов тяговооруженность можно рассчитать следующим образом в британских единицах: [4]
где - КПД движителя двигателя (обычно 0,65 для деревянных гребных винтов, 0,75 для металлических гребных винтов с фиксированным шагом и до 0,85 для гребных винтов с постоянной скоростью), л.с. - мощность на валу , а истинная скорость полета в футах в секунду, вес в фунтах.
Метрическая формула:
Ракеты
[ редактировать ]
Тяговооруженность ракеты, или ракетного аппарата, является показателем ее ускорения, выражаемого в кратных ускорению свободного падения g . [5]
Ракеты и ракетные транспортные средства работают в широком диапазоне гравитационных сред, включая среду невесомости . Тяговооруженность обычно рассчитывается по начальной полной массе на уровне моря на земле. [6] и иногда его называют отношением тяги к массе земли . [7] Отношение тяги к массе Земли ракеты или ракетного аппарата является показателем ее ускорения, выраженного в кратных ускорению силы тяжести Земли, g 0 . [5]
Тяговооруженность ракеты улучшается по мере сгорания топлива. При постоянной тяге максимальное передаточное число (максимальное ускорение автомобиля) достигается непосредственно перед полным расходованием топлива. Каждая ракета имеет характерную кривую тяги к массе или кривую ускорения, а не просто скалярную величину.
Отношение тяги к весу двигателя больше, чем у всей ракеты-носителя, но, тем не менее, оно полезно, поскольку определяет максимальное ускорение, которого теоретически может достичь любой корабль, использующий этот двигатель, с минимальным количеством топлива и прикрепленной конструкции.
Для взлета с поверхности земли с использованием тяги и отсутствия аэродинамической подъемной силы тяговооруженность всей машины должна быть больше единицы . В общем, отношение тяги к весу численно равно перегрузке , которую может создать транспортное средство. [5] Взлет может произойти, когда перегрузка транспортного средства превышает местную силу тяжести (выраженную как кратное g 0 ).
Отношение тяги к весу ракет обычно значительно превышает соотношение тяги к весу воздушно-реактивных двигателей , поскольку сравнительно большая плотность ракетного топлива устраняет необходимость в большом количестве инженерных материалов для его создания давления.
На тяговооруженность влияет множество факторов. Мгновенное значение обычно меняется в течение полета с изменениями тяги в зависимости от скорости и высоты, а также с изменениями веса из-за количества оставшегося топлива и массы полезной нагрузки. Факторы с наибольшим влиянием включают температуру набегающего воздуха , давление , плотность и состав. В зависимости от рассматриваемого двигателя или транспортного средства на фактические характеристики часто влияют плавучесть и сила местного гравитационного поля .
Примеры
[ редактировать ]Самолет
[ редактировать ]| Транспортное средство | тяговооруженность | Примечания |
|---|---|---|
| Нортроп Грумман B-2 Спирит | 0.205 [8] | Максимальная взлетная масса, полная мощность |
| Аэробус А340 | 0.2229 | Максимальная взлетная масса, полная мощность (A340-300 Enhanced) |
| Аэробус А380 | 0.227 | Максимальная взлетная масса, полная мощность |
| Боинг 747-8 | 0.269 | Максимальная взлетная масса, полная мощность |
| Боинг 777 | 0.285 | Максимальная взлетная масса, полная мощность (777-200ER) |
| Боинг 737 МАКС 8 | 0.311 | Максимальная взлетная масса, полная мощность |
| Аэробус А320нео | 0.310 | Максимальная взлетная масса, полная мощность |
| Боинг 757-200 | 0.341 | Максимальная взлетная масса, полная мощность (с Rolls-Royce RB211) |
| Туполев 154Б | 0.360 | Максимальная взлетная масса, полная мощность (с Кузнецовым НК-82) |
| Tupolev Tu-160 | 0.363 [ нужна ссылка ] | Максимальная взлетная масса, полный форсаж. |
| Конкорд | 0.372 | Максимальная взлетная масса, полный форсаж. |
| Rockwell International B-1 Лансер | 0.38 | Максимальная взлетная масса, полный форсаж. |
| HESA Ковсар | 0.61 | С полным топливом, форсажными камерами. |
| БАЭ Хок | 0.65 [9] | |
| Локхид Мартин F-35 А | 0.87 [ нужна ссылка ] | При полном топливе (1,07 с 50% топлива, 1,19 с 25% топлива) |
| ХАЛ Теджас Мк 1 | 1.07 | С полным топливом |
| CAC/PAC JF-17 Гром | 1.07 | С полным топливом |
| Дассо Рафаль | 0.988 [10] | Версия М, 100% топливо, 2 ракеты ЭМ А2А, 2 ракеты ИК А2А |
| Sukhoi Su-30MKM | 1.00 [11] | Загруженный вес с 56% внутреннего топлива |
| Макдоннелл Дуглас F-15 | 1.04 [12] | Номинально загружен |
| Mikoyan MiG-29 | 1.09 [13] | Полное внутреннее топливо, 4 ААМ |
| Локхид Мартин F-22 | >1,09 (1,26 с полной массой и 50 % топлива) [14] | |
| Дженерал Дайнемикс Ф-16 | 1.096 [ нужна ссылка ] (1,24 с загруженным весом и 50% топлива) | |
| Хокер Сиддели Харриер | 1.1 [ нужна ссылка ] | СВВП |
| Еврофайтер Тайфун | 1.15 [15] | Конфигурация перехватчика |
| Сухой Су-35 | 1.30 | |
| Космический шаттл | 1.5 [ нужна ссылка ] | Снимать |
| Симорг (ракета) | 1.83 | |
| Космический шаттл | 3 | Пик |
Реактивные и ракетные двигатели
[ редактировать ]| Двигатель | Масса | Тяга, вакуум | Тяга к- весовое соотношение | |
|---|---|---|---|---|
| (кН) | (фунт-сила) | |||
| РД-0410 Ядерный ракетный двигатель [16] [17] | 2000 кг (4400 фунтов) | 35.2 | 7,900 | 1.8 |
| Pratt & Whitney J58 Реактивный двигатель ( Локхид SR-71 Блэкберд ) [18] [19] |
2722 кг (6001 фунт) | 150 | 34,000 | 5.6 |
| Роллс-Ройс/Снекма Олимп 593 турбореактивный двигатель с промежуточным перегревом ( Конкорд ) [20] |
3175 кг (7000 фунтов) | 169.2 | 38,000 | 5.4 |
| Пратт и Уитни F119 [21] | 1800 кг (4000 фунтов) | 91 | 20,500 | 7.95 |
| Реактивный двигатель PBS TJ40-G1NS [22] | 3,6 кг (7,9 фунта) | 0.425 | 96 | 12 |
| РД-0750 Ракетный двигатель трехкомпонентный режим [23] |
4621 кг (10188 фунтов) | 1,413 | 318,000 | 31.2 |
| РД-0146 Ракетный двигатель [24] | 260 кг (570 фунтов) | 98 | 22,000 | 38.4 |
| Rocketdyne RS-25 Ракетный двигатель (Главный двигатель космического корабля) [25] |
3177 кг (7004 фунта) | 2,278 | 512,000 | 73.1 |
| РД-180 Ракетный двигатель [26] | 5393 кг (11890 фунтов) | 4,152 | 78.7 | |
| РД-170 Ракетный двигатель | 9750 кг (21500 фунтов) | 7,887 | 1,773,000 | 82.5 |
| Ф-1 ( Сатурн V первая ступень) [27] |
8391 кг (18499 фунтов) | 7,740.5 | 1,740,100 | 94.1 |
| НК-33 Ракетный двигатель [28] | 1222 кг (2694 фунта) | 1,638 | 368,000 | 136.7 |
| Ракетный двигатель SpaceX Raptor 2 [29] | 1600 кг (3500 фунтов) | 2,256 | 507,000 | 143.8 |
| Мерлин 1Д , Ракетный двигатель полнофункциональная версия [30] [31] |
467 кг (1030 фунтов) | 914 | 205,500 | 199.5 |
Истребительная авиация
[ редактировать ]| Технические характеристики | Ф-15К [а] | Ф-15С | МиГ-29К | МиГ-29Б | JF-17 | Дж-10 | Ф-35А | Ф-35Б | Ф-35С | Ф-22 | ДМС Мк-1 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Тяга двигателей, максимальная (Н) | 259,420 (2) | 208,622 (2) | 176,514 (2) | 162,805 (2) | 84,400 (1) | 122,580 (1) | 177,484 (1) | 177,484 (1) | 177,484 (1) | 311,376 (2) | 84,516 (1) |
| Масса самолета пустого (кг) | 17,010 | 14,379 | 12,723 | 10,900 | 7,965 | 09,250 | 13,290 | 14,515 | 15,785 | 19,673 | 6,560 |
| Масса самолета с полным топливом (кг) | 23,143 | 20,671 | 17,963 | 14,405 | 11,365 | 13,044 | 21,672 | 20,867 | 24,403 | 27,836 | 9,500 |
| Масса самолета, макс. взлетная нагрузка (кг) | 36,741 | 30,845 | 22,400 | 18,500 | 13,500 | 19,277 | 31,752 | 27,216 | 31,752 | 37,869 | 13,500 |
| Общая масса топлива (кг) | 06,133 | 06,292 | 05,240 | 03,505 | 02,300 | 03,794 | 08,382 | 06,352 | 08,618 | 08,163 | 02,458 |
| Соотношение Т/Вт, полный топливный бак | 1.14 | 1.03 | 1.00 | 1.15 | 1.07 | 1.05 | 0.84 | 0.87 | 0.74 | 1.14 | 1.07 |
| Отношение Т/В, макс. взлетная нагрузка | 0.72 | 0.69 | 0.80 | 0.89 | 0.70 | 0.80 | 0.57 | 0.67 | 0.57 | 0.84 | 0.80 |
- Таблица для реактивных и ракетных двигателей: реактивная тяга находится на уровне моря.
- Плотность топлива, использованная в расчетах: 0,803 кг/л.
- Для метрической таблицы соотношение Т / Вт рассчитывается путем деления тяги на произведение полного веса самолета и ускорения свободного падения.
- Двигатель J-10 — АЛ-31ФН.
См. также
[ редактировать ]Примечания
[ редактировать ]- ^ Двигатели Pratt & Whitney
- ^ Технический меморандум НАСА 86352 - Некоторые тенденции в области истребителей
- ^ Джон П. Филдинг, Введение в проектирование самолетов , раздел 3.1 (стр. 21)
- ^ Никелл, Пол; Рогоуэй, Тайлер (9 мая 2016 г.). «Каково это — летать на F-16N Viper, легендарном хотроде Topgun» . Драйв . Архивировано из оригинала 31 октября 2019 г. Проверено 31 октября 2019 г.
- ^ Дэниел П. Реймер, Проектирование самолетов: концептуальный подход , уравнения 3.9 и 5.1.
- ^ Jump up to: а б с Джордж П. Саттон и Оскар Библарц, Элементы ракетной двигательной установки (стр. 442, 7-е издание) «Тяговооруженность F / W g — безразмерный параметр, идентичный ускорению ракетной двигательной установки (выраженному в кратных g 0 ), если бы он мог летать сам по себе в невесомом вакууме»
- ^ Джордж П. Саттон и Оскар Библарц, Элементы ракетной двигательной установки (стр. 442, 7-е издание) «Нагруженный вес W g - это первоначальный полный вес топлива и оборудования ракетной двигательной системы на уровне моря».
- ^ «Отношение тяги к массе земли» . Интернет-энциклопедия науки. Архивировано из оригинала 20 марта 2008 г. Проверено 22 февраля 2009 г.
- ^ Нортроп Грумман B-2 Spirit
- ^ BAE Systems Hawk
- ^ «AviationsMilitaires.net — Дассо Рафаль С» . www.aviationsmilitaires.net . Архивировано из оригинала 25 февраля 2014 года . Проверено 30 апреля 2018 г.
- ^ Сухой Су-30МКМ#Технические характеристики .28Су-30МКМ.29
- ^ «Самолет F-15 Eagle» . О.com: Изобретатели. Архивировано из оригинала 9 июля 2012 года . Проверено 3 марта 2009 г.
- ^ Пайк, Джон. «МиГ-29 ТОЧКА» . www.globalsecurity.org . Архивировано из оригинала 19 августа 2017 года . Проверено 30 апреля 2018 г.
- ^ «AviationsMilitaires.net — Lockheed-Martin F-22 Raptor» . www.aviationsmilitaires.net . Архивировано из оригинала 25 февраля 2014 года . Проверено 30 апреля 2018 г.
- ^ «Еврофайтер Тайфун» . eurofighter.airpower.at . Архивировано из оригинала 9 ноября 2016 года . Проверено 30 апреля 2018 г.
- ^ Уэйд, Марк. «РД-0410» . Энциклопедия астронавтики . Проверено 25 сентября 2009 г.
- ^ РД0410. Ядерный ракетный двигатель. Перспективные космические аппараты [РД0410. Ядерный ракетный двигатель. Перспективные ракеты-носители. КБХА — Конструкторское бюро химической автоматики . Архивировано из оригинала 30 ноября 2010 года.
- ^ «Самолет: Lockheed SR-71A Blackbird» . Архивировано из оригинала 29 июля 2012 г. Проверено 16 апреля 2010 г.
- ^ «Информационные бюллетени: Турбореактивный двигатель Pratt & Whitney J58» . Национальный музей ВВС США. Архивировано из оригинала 4 апреля 2015 г. Проверено 15 апреля 2010 г.
- ^ "Rolls-Royce SNECMA Olympus - Транспортные новости Джейн" . Архивировано из оригинала 6 августа 2010 г. Проверено 25 сентября 2009 г.
С форсажной камерой, реверсом и соплом... 3175 кг... Форсажная камера... 169,2 кН
- ^ Приобретение военных реактивных двигателей , RAND, 2002.
- ^ «ПБС TJ40-G1NS» . PBS Велка Битеш . Проверено 20 июля 2024 г.
- ^ "Конструкторское бюро химавтоматики" - Научно-исследовательский комплекс / РД0750. [«Конструкторское бюро Химавтоматики» - Научно-исследовательский комплекс / РД0750.]. КБХА — Конструкторское бюро химической автоматики . Архивировано из оригинала 26 июля 2011 года.
- ^ Уэйд, Марк. «РД-0146» . Энциклопедия астронавтики . Проверено 25 сентября 2009 г.
- ^ ССМЭ
- ^ «РД-180» . Проверено 25 сентября 2009 г.
- ^ Энциклопедия астронавтики: F-1
- ^ Уэйд, Марк. «НК-33» . Энциклопедия астронавтики . Проверено 24 августа 2022 г.
- ^ Сесник, Тревор (14 июля 2022 г.). «Raptor 1 против Raptor 2: что изменила SpaceX?» . Каждый день космонавт . Проверено 7 ноября 2022 г.
- ^ Мюллер, Томас (8 июня 2015 г.). «Можно ли поверить в то, что тяговооруженность Merlin 1D компании SpaceX составляет 150+?» . Кура . Проверено 9 июля 2015 г.
Merlin 1D весит 1030 фунтов, включая гидроприводы рулевого управления (TVC). В вакууме его тяга составляет 162 500 фунтов. это почти 158 тяги/вес. Новый вариант с полной тягой весит столько же и развивает силу около 185 500 фунтов в вакууме.
- ^ «СпейсИкс» . СпейсИкс . Проверено 7 ноября 2022 г.
Ссылки
[ редактировать ]- Джон П. Филдинг. Введение в проектирование самолетов , Издательство Кембриджского университета, ISBN 978-0-521-65722-8
- Дэниел П. Реймер (1989). Проектирование самолетов: концептуальный подход , Американский институт аэронавтики и астронавтики, Вашингтон, округ Колумбия. ISBN 0-930403-51-7
- Джордж П. Саттон и Оскар Библарц. Элементы ракетного движения , Вили, ISBN 978-0-471-32642-7