Удельный расход топлива
Удельный расход топлива по тяге ( TSFC ) — это топливная эффективность конструкции двигателя по отношению к выходной тяге . TSFC также можно рассматривать как расход топлива (граммы в секунду) на единицу тяги (ньютоны или Н), следовательно, специфичную для тяги . Этот показатель обратно пропорционален удельному импульсу , который представляет собой количество тяги, производимой на единицу израсходованного топлива.
TSFC или SFC для тяговых двигателей (например , турбореактивных , турбовентиляторных , прямоточных воздушно-реактивных двигателей , ракет и т. д.) — это масса топлива, необходимая для обеспечения чистой тяги в течение заданного периода, например фунт/(ч · фунт-сила) (фунты топлива в час-фунт тяги) или г/(с·кН) (граммы топлива на секунду-килоньютон). В качестве меры топлива используется масса топлива, а не объем (галлоны или литры), поскольку он не зависит от температуры. [1]
Удельный расход топлива воздушно-реактивных двигателей при их максимальном КПД более или менее пропорционален скорости истечения. Расход топлива на милю или километр является более подходящим сравнением для самолетов, которые движутся с очень разными скоростями. [ нужна ссылка ] Также существует удельный расход топлива по мощности , который равен удельному расходу топлива по тяге, деленному на скорость. Он может иметь единицы фунты в час на лошадиную силу.
Значение SFC
[ редактировать ]SFC зависит от конструкции двигателя, но различия в SFC между разными двигателями, использующими одну и ту же базовую технологию, как правило, весьма малы. Увеличение общей степени сжатия в реактивных двигателях имеет тенденцию к снижению SFC.
В практических применениях другие факторы обычно имеют большое значение при определении топливной эффективности конкретной конструкции двигателя в этом конкретном применении. Например, в самолетах турбинные (реактивные и турбовинтовые) двигатели обычно намного меньше и легче, чем поршневые двигатели эквивалентной мощности, причем оба этих свойства снижают уровень лобового сопротивления самолета и уменьшают количество энергии, необходимой для перемещения самолета. Таким образом, турбины более эффективны для приведения в движение самолетов, чем можно было бы предположить при упрощенном взгляде на таблицу ниже.
SFC зависит от настройки дроссельной заслонки, высоты над уровнем моря и климата. Для реактивных двигателей скорость полета воздуха также является важным фактором. Скорость полета воздуха противодействует скорости выхлопа самолета. (В искусственном и предельном случае, когда самолет летит точно со скоростью истечения, можно легко представить, почему чистая тяга реактивного самолета должна быть близка к нулю.) Более того, поскольку работа равна силе ( т . е. тяге), умноженной на расстояние, механическая мощность равна сила, умноженная на скорость. Таким образом, хотя номинальный SFC является полезным показателем топливной эффективности, его следует делить на скорость при сравнении двигателей на разных скоростях.
Например, «Конкорд» двигался со скоростью 1354 миль в час, или 7,15 миллиона футов в час, а его двигатели давали SFC 1,195 фунт/(фунт-сила·ч) (см. ниже); это означает, что двигатели передали 5,98 миллиона футов фунтов на фунт топлива (17,9 МДж/кг), что эквивалентно SFC 0,50 фунта/(фунт-сила·ч) для дозвукового самолета, летящего со скоростью 570 миль в час, что было бы лучше, чем даже у современных двигателей. ; Olympus 593, использованный в Concorde, был самым эффективным реактивным двигателем в мире. [2] [3] Однако в конечном итоге Конкорд имеет более тяжелый планер и, поскольку он сверхзвуковой, менее аэродинамически эффективен, то есть отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению намного ниже. В целом, общий расход топлива всего самолета имеет гораздо большее значение для заказчика.
Единицы
[ редактировать ] | Этот раздел может сбивать с толку или быть неясным для читателей . В частности, неясно, о чем идет речь. Как его следует использовать? Для чего его следует использовать? Если предполагается указывать единицы для разных величин, то следует использовать устоявшиеся определения наименования единицы, условного обозначения единицы, наименования величины и т. д. См. примеры в статье о Международной системе единиц: https://en.wikipedia.org/wiki/International_System_of_Units#Derived_units . ( февраль 2020 г. ) |
| Удельный импульс (по весу) |
Удельный импульс (по массе) |
Эффективный скорость выхлопа |
Удельный расход топлива | |
|---|---|---|---|---|
| И | = Х секунд | =9,8066 X Н·с/кг | =9,8066 Х м/с | =101,972 (1/ X ) г/(кН·с) / {г/(кН·с)=с/м} |
| Имперские единицы | = Х секунд | = X фунт-сила·с/фунт | =32,16 X фут/с | =3600 (1/ X ) фунт/(фунт-сила·ч) |
Типовые значения SFC для двигателей тяги
[ редактировать ]| Ракетные двигатели в вакууме | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Модель | Тип | Первый бегать |
Приложение | ТСФК | Я сп (по весу) | Я сп (по массе) | |
| фунт/фунт-сила·ч | г/кН·с | с | РС | ||||
| Реактивные двигатели с подогревом , статика, уровень моря | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Модель | Тип | Первый бегать |
Приложение | ТСФК | Я сп (по весу) | Я сп (по массе) | |
| фунт/фунт-сила·ч | г/кН·с | с | РС | ||||
| Сухие реактивные двигатели , статические, на уровне моря | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Модель | Тип | Первый бегать |
Приложение | ТСФК | Я сп (по весу) | Я сп (по массе) | |
| фунт/фунт-сила·ч | г/кН·с | с | РС | ||||
| Реактивные двигатели , круизный | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Модель | Тип | Первый бегать |
Приложение | ТСФК | Я сп (по весу) | Я сп (по массе) | |
| фунт/фунт-сила·ч | г/кН·с | с | РС | ||||
| Гражданские двигатели [19] | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Модель | SL тяга | БПР | ОПР | СЛ СФК | круиз ЮФК | Масса | Макет | стоимость (млн долл. США) | Введение |
В следующей таблице показан КПД нескольких двигателей при работе с дроссельной заслонкой 80%, что примерно соответствует тому, что используется в крейсерском режиме, обеспечивая минимальный SFC. КПД – это количество энергии, приводящей в движение самолет, деленное на уровень потребления энергии . Поскольку мощность равна тяге, умноженной на скорость, КПД определяется выражением
где V - скорость, а h - содержание энергии на единицу массы топлива ( здесь используется более высокая теплота сгорания , а при более высоких скоростях кинетическая энергия топлива или топлива становится существенной и ее необходимо учитывать).
| ТРДД | эффективность |
|---|---|
| GE90 | 36.1% |
| PW4000 | 34.8% |
| PW2037 | 35,1% (М.87 40К) |
| PW2037 | 33,5% (М.80 35К) |
| CFM56 -2 | 30.5% |
| TFE731ТФЭ731-2 | 23.4% |
См. также
[ редактировать ]- Удельный расход топлива тормозов — показатель топливной эффективности двигателей внутреннего сгорания.
- Энергии на единицу массы – Энергия на объем.
- Удельный импульс - изменение скорости в зависимости от количества топлива.
- Метрики транспортных средств — метрики, обозначающие относительные возможности различных транспортных средств.
Примечания
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Удельный расход топлива .
- ^ Сверхзвуковая мечта
- ^ « Турборевентиляторный двигатель. Архивировано 18 апреля 2015 г. в Wayback Machine », страница 5. Институт науки и технологий SRM , факультет аэрокосмической техники.
- ^ «НК33» . Энциклопедия космонавтики.
- ^ «ССМЕ» . Энциклопедия космонавтики.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д р с т в v В х и С аа аб и объявление но из в Натан Мейер (21 марта 2005 г.). «Технические характеристики военных турбореактивных/турбореактивных двигателей» . Архивировано из оригинала 11 февраля 2021 года.
- ^ Jump up to: а б «Фланкер» . Международный журнал AIR . 23 марта 2017 г.
- ^ Jump up to: а б «Турбовентиляторный двигатель EJ200» (PDF) . МТУ Аэро Двигатели. Апрель 2016.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к Коттас, Ангелос Т.; Бозудис, Михаил Н.; Мадас, Майкл А. «Оценка эффективности турбовентиляторного авиационного двигателя: комплексный подход с использованием двухступенчатой сети VSBM DEA» (PDF) . дои : 10.1016/j.omega.2019.102167 .
- ^ Jump up to: а б с Элоди Ру (2007). «Турбовентиляторные и турбореактивные двигатели: Справочник по базе данных» (PDF) . п. 126. ИСБН 9782952938013 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к Натан Мейер (3 апреля 2005 г.). «Характеристики гражданских турбореактивных/турбовентиляторных двигателей» . Архивировано из оригинала 17 августа 2021 года.
- ^ Jump up to: а б Илан Кроо. «Сведения о больших турбовентиляторных двигателях» . Проектирование самолетов: синтез и анализ . Стэнфордский университет. Архивировано из оригинала 11 января 2017 года.
- ^ Jump up to: а б с Дэвид Калвар (2015). «Интеграция турбовентиляторных двигателей в предварительный проект высокопроизводительного ближне- и среднемагистрального пассажирского самолета и анализ топливной эффективности с помощью доработанного программного обеспечения для параметрического проектирования самолетов» (PDF) .
- ^ «Веб-страница Школы аэронавтики и астронавтики Пердью — TFE731» .
- ^ Jump up to: а б Ллойд Р. Дженкинсон и др. (30 июля 1999 г.). «Проектирование гражданских реактивных самолетов: файл данных двигателя» . Эльзевир/Баттерворт-Хайнеманн.
- ^ Jump up to: а б с д «Газотурбинные двигатели» (PDF) . Авиационная неделя . 28 января 2008 г. стр. 137–138.
- ^ Элоди Ру (2007). «Турбовентиляторные и турбореактивные двигатели: Справочник по базе данных» . ISBN 9782952938013 .
- ^ Jump up to: а б Владимир Карнозов (19 августа 2019 г.). «Авиадвигатель» рассматривает возможность замены ПС-90А ПД-14 большей тяги» . АЙН онлайн .
- ^ Ллойд Р. Дженкинсон; и др. (30 июля 1999 г.). «Проектирование гражданских реактивных самолетов: файл данных двигателя» . Эльзевир/Баттерворт-Хайнеманн.
- ^ Илан Кроо. «Удельный расход топлива и общий КПД» . Проектирование самолетов: синтез и анализ . Стэнфордский университет. Архивировано из оригинала 24 ноября 2016 года.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Веб-сайт GE CF6. Архивировано 4 сентября 2011 г. на Wayback Machine.
- Круиз НАСА SFC в сравнении с годом
- SFC от Engine/Mfg. Архивировано 27 июня 2019 г. на Wayback Machine.