В чем измеряется мощность двигателя самолета
Перейти к содержимому

В чем измеряется мощность двигателя самолета

  • автор:

Тяга самолета. Тяга двигателя самолета. Тяга реактивного двигателя.

Тяга – сила, выработанная двигателем. Она толкает самолет сквозь воздушный поток. Единственное, что противостоит тяге – лобовое сопротивление. В прямолинейном горизонтально установившемся полете они сравнительно равны. Если летчик увеличивает тягу путем добавления оборотов двигателя и сохраняет постоянную высоту, тяга начинает превосходить сопротивление воздуха. Летательный аппарат (ЛА) при этом ускоряется. Очень быстро сопротивление увеличивается и снова уравнивает тягу. ЛА стабилизируется на постоянной высокой скорости. Тяга – один из самых важных факторов для определения скороподъемности самолета, а именно насколько быстро ЛА может подняться на определенную высоту. Вертикальная скорость зависит не от подъемной силы, а от запаса тяги, которым обладает самолет.

Тяга реактивного двигателя самолета

Сила тяги двигателя, или его движущая сила, равноценна всем силам давления воздуха на внутреннюю поверхность силовой установки. Тяга некоторых видов реактивных двигателей зависит от скорости и высоты полета. Для вычисления силы тяги реактивного двигателя часто приходится определять тягу на конкретной высоте, у земли, на взлете и во время какой-либо скорости. Для ЖРД сила тяги равноценна произведению массы исходящих газов на скорость, с которой они вылетают из сопла двигателя.

Тяга самолета 3434

Для ВРД (воздушно-реактивный двигатель) сила тяги измеряется как результат массы газов на разность скоростей, а именно скорости воздушной струи, выходящей из сопла двигателя, и скорости поступающего воздуха в двигатель. Проще говоря, данная скорость уравнивается к скорости полета самолета с реактивным двигателем. Тяга ВРД обычно измеряется в тоннах или килограммах. Важным качественным показателем ВРД является его удельная тяга. Для турбореактивного двигателя – тяга, отнесенная к конкретной единице веса воздуха, который проходит через двигатель в секунду. Этот показатель позволяет понять, насколько высока эффективность эксплуатации воздуха в двигателе для образования тяги. Удельная тяга измеряется в килограммах тяги на 1 кг воздуха, расходуемого за секунду. В некоторых случаях применяется другой показатель, который также называется удельной тягой, показывающей отношение количества топлива, которое расходуется, к силе тяги за секунду. Естественно, что чем выше показатель удельной тяги ВРД, тем меньше поперечный вес и размеры самого двигателя.

Показатель полетной или тяговой мощности – это сила, которая задействует реактивный двигатель при конкретной скорости полета. Как правило, измеряется в лошадиных силах. Величина лобовой тяги говорит о степени конструктивного оптимума реактивного двигателя. Лобовая тяга – это отношение наибольшего показателя площади поперечного сечения к тяге. Лобовая тяга равна тяге, в кг поделенной на площадь в метрах квадратных.

Тяга самолета силы

В мировой авиации наиболее ценится тот двигатель, который обладает высокой лобовой тягой.

Чем совершеннее ВРД в конструктивном отношении, тем меньший показатель его удельного веса, а именно общий вес двигателя вместе с приборами и обслуживающими агрегатами, поделенный на величину собственной тяги.

Реактивные двигатели, как и тепловые вообще, отличаются друг от друга не только по мощности, весу, тяге и другим показателям. При оценивании ВРД огромную роль играют параметры, которые зависят от собственной экономичности, а именно от КПД (коэффициент полезного действия). Среди данных показателей главным считается удаленный расход топлива на конкретную единицу тяги. Он выражается в килограммах топлива, которое расходуется за час на образование одного килограмма тяги.

Мощность ракетного двигателя

Мощность, развиваемая двигателем, т. е. механическая работа, совершаемая им в единицу времени (секунду), является важнейшей характеристикой любого двигателя. Это и естественно, если иметь в виду, что именно совершение этой механической работы за счет израсходования определенного количества энергии другого вида — тепловой, электрической или еще какой-либо — и является назначением всякого двигателя. В соответствии с этим двигатели подразделяются на электрические, тепловые и т. д.

Обычно мощность, развиваемая каким-либо двигателем, может быть использована самыми разнообразными способами. Для этого вал двигателя связывают с тем или иным потребителем механической работы. Так, например, поршневой двигатель внутреннего сгорания может быть установлен на электростанции и вращать ротор динамомашины, тогда мощность двигателя будет преобразовываться в электрическую энергию; он может вращать трансмиссию в цехе и приводить таким образом в движение станки; может быть установлен на автомобиле для привода его ведущих колес; наконец, может вращать пропеллер самолета и т. д. Во всех этих случаях мощность двигателя будет неизменной, она будет только по-разному расходоваться. В частности, для нас очень важно, что мощность такого двигателя, установленного, допустим, на самолете, будет также одинаковой, вне зависимости от того, неподвижен ли самолет, стоящий на аэродроме, или летит со скоростью в сотни километров в час.

Именно этим свойством обычного поршневого авиационного двигателя объясняется то, что он перестал удовлетворять требованию непрерывного роста скорости полета, характерному для современной авиации.

Действительно, мощность, потребная для полета данного самолета, очень быстро растет при увеличении скорости полета, пропорционально кубу этой скорости. Значит, при увеличении скорости полета в два раза потребная мощность вырастет соответственно в восемь раз. Еще значительнее становится рост потребной мощности при приближении скорости полета к скорости звука, т. е. скорости, с которой звук распространяется в воздухе (немногим более 1200 км/час вблизи земли), что объясняется дополнительным сопротивлением, связанным с явлением сжимаемости воздуха при этих скоростях.

Установка на самолетах все более мощных двигателей приводит лишь к незначительному увеличению скорости полета. Более мощные двигатели оказываются и более тяжелыми (вес двигателя увеличивается почти пропорционально его мощности), а также большими по размерам, вследствие чего для их установки требуются и большие по размерам самолеты. Но это в свою очередь увеличивает мощность, потребную для полета с данной скоростью.

Выход из этого заколдованного круга был найден применением двигателей принципиально иного типа — двигателей прямой реакции в частности, ракетных. Поэтому не без основания говорят что применение реактивных двигателей в авиации представляет собой настоящую техническую революцию.

Ракетный двигатель в смысле развиваемой им мощности ведет себя совсем иначе, чем, например, поршневые двигатели внутреннего сгорания.

B этом легко убедиться.

Как известно, мощность — это работа, произведенная за секунду, работа же есть действие силы на некотором пути. Поэтому величина работы определяется произведением силы на пройденный в направлении ее действия путь, а мощность соответственно равна произведению силы на скорость. Если мощность измерять в лошадиных силах, то, как известно, величину секундной работы в килограммометрах нужно еще разделить на 75, так как 1 л. с. = 75 кгм/сек; таким образом:

Чему же равна мощность ракетного двигателя? Так как реактивная сила, т. е. тяга, развиваемая двигателем, от скорости передвижения не зависит, то мощность ракетного двигателя оказывается прямо пропорциональной скорости полета.

Когда двигатель неподвижен — например, испытывается на станке, — его мощность равна нулю, несмотря на то, что тяга, развиваемая двигателем, может быть при этом очень велика. Мощность становится значительной лишь при больших скоростях передвижения.

Это свойство ракетного двигателя характеризует его как двигатель специфически транспортный; мало того, как двигатель для аппаратов, передвигающихся с очень большими скоростями, возможными лишь в воздухе и вне пределов атмосферы, т. е. двигатель для самолетов, снарядов, ракет.

На малых скоростях ракетный двигатель развивает весьма незначительную мощность, но зато при увеличении скорости мощность возрастает и может достигать значений, недосягаемых для других тепловых двигателей. Это обстоятельство позволяет получить с помощью ракетного двигателя скорость полета значительно большую, чем с помощью обычных (поршневых) авиационных двигателей.

Как велика может быть мощность ракетного двигателя, видно из следующего примера, относящегося к одной дальнобойной ракете.

На этой ракете установлен ракетный двигатель (он будет описан подробно в разделе о жидкостно-реактивных двигателях), развивающий тягу в 25 тонн. При запуске ракеты, когда скорость ее равна нулю, мощность двигателя также равна нулю. Но когда ракета, примерно через 1 мин. после старта, достигает высоты около 40 км, ее скорость становится очень большой, порядка 1500 м/сек (около 5500 км/час). Подсчитаем по нашей формуле мощность, которую развивает двигатель в этот момент:

Конечно, такую колоссальную мощность (полмиллиона лошадиных сил!) не в состоянии развить ни один тепловой двигатель при тех размерах и весе, которые имеет двигатель этой ракеты.

Ракетный двигатель совершает полезную работу за счет израсходования скоростной энергии газов, вытекающих из двигателя в атмосферу.

Доля тепловой энергии топлива, переходящей в скоростную энергию газов и, следовательно, величина этой скоростной энергии, от скорости полета не зависит.

В то же время мощность двигателя при изменении скорости полета меняется.

Это означает, что в зависимости от скорости полета скоростная энергия вытекающих из двигателя газов по-разному используется для совершения полезной работы[3].

Преобразование скоростной энергии газов в полезную работу двигателя полностью определяется скоростью полета. Некоторые характерные в этом отношении (режимы полета ракеты или самолета с ракетным двигателем представлены на фиг. 8. Верхний рисунок на этой фигуре соответствует режиму взлета — двигатель работает, но ракета неподвижна, скорость полета равна нулю. При этом полезная работа, т. е. мощность двигателя, тоже равна нулю. Куда же расходуется скоростная энергия струи газов, с большой скоростью вытекающих из двигателя? Очевидно газы, которые в этом случае мчатся относительно земли со скоростью, равной скорости истечения, уносят с собой эту скоростную энергию, которая затем бесполезно рассеивается в атмосфере.

Но вот ракета взлетела и начинает полет со все увеличивающейся скоростью. При этом разность между скоростью истечения и скоростью полета становится все меньше. Поэтому молекулы газа движутся относительно земли в сторону, противоположную направлению полета, со все меньшей скоростью. Это значит, что скоростная энергия, уносимая с собой молекулами, становится все меньшей. Следовательно, все большая часть скоростной энергии струи преобразовывается в полезную работу, сообщается ракете.

Весьма характерным является момент, когда увеличивающаяся скорость полета становится равной скорости истечения газов из двигателя, что соответствует среднему рисунку на фиг. 8. Очевидно что при этом скорость газов относительно земли становится равной нулю, т. е. относительно неподвижного наблюдателя газы будут неподвижными. Но это означает, что скоростная энергия этих газов равна нулю и, следовательно, вся скоростная энергия струи переходит в полезную работу. Однако следует иметь в виду, что это отвечает очень большой скорости полета, так как скорость истечения газов из ракетного двигателя равна 1500–2500 м/сек, т. е. примерно 5000-10000 км/час. Следовательно, этот случай может иметь место только при полете в самых верхних слоях атмосферы и вне ее. При скоростях полета до 1000–1200 км/час в полезную работу переходит менее четверти скоростной энергии струи.

Фиг. 8. Характерные режимы полета ракеты (точками условно обозначены молекулы газа, стрелками — направление их скорости относительно неподвижного наблюдателя).

При дальнейшем увеличении скорости полета молекулы газа, как это показано на нижнем рисунке фиг. 8, движутся относительно неподвижного наблюдателя в том же направлении, что и ракета, со скоростью, равной разности скорости полета и скорости истечения. При этом энергия, отдаваемая струей ракете, т. е. совершаемая ракетой полезная работа, даже превышает скоростную энергию струи. Противоречие здесь, конечно, лишь кажущееся, что становится очевидным, если рассматривать не только тепловую, но и скоростную энергию сжигаемого топлива, приобретенную им в результате ускорения ракеты в течение предшествующего полета.

Для уменьшения потерь скоростной энергии отходящих газов на малых скоростях полета на выходе из ракетного двигателя могут быть установлены специальные насадки, расположенные с некоторым зазором вокруг выходного сечения реактивного сопла[4]. При полете в атмосфере через кольцевую щель между таким насадком и соплом подсасывается воздух, который примешивается к струе отходящих газов, уменьшая их скорость, но зато увеличивая массу. Это может привести к существенному повышению тяги и, следовательно, мощности; например, когда двигатель неподвижен, т. е. скорость полета равна нулю, то такой, как говорят, эжекционный подсос воздуха, увлекаемого струей выходящих газов, увеличивает тягу двигателя на 1/3. Но когда скорость полета увеличивается, этот выигрыш в тяге резко падает: так, при скорости полета, составляющей всего 5 % от скорости истечения, выигрыш в тяге уменьшается наполовину. При еще больших скоростях вместо выигрыша может получиться даже уменьшение тяги.

Читайте также

4. МОЩНОСТЬ ВЗРЫВА

4. МОЩНОСТЬ ВЗРЫВА При постройке железной дороги Кангауз — Сучан на Дальнем Востоке необходимо было проложить выемку в Бархатном перевале в скальном грунте. Специалисты подсчитали, что по старому способу, без применения взрывчатых веществ, прокладка выемки потребует не

ТАКТИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ РАКЕТ И РАКЕТНОГО ВООРУЖЕНИЯ. ВЕЛИКОБРИТАНИЯ

ТАКТИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ РАКЕТ И РАКЕТНОГО ВООРУЖЕНИЯ. ВЕЛИКОБРИТАНИЯ О разработках ракет и реактивных снарядов в Великобритании почти нет опубликованных данных. Однако нужно признать, что сделано не многое. Официально сообщается, что все разработки

4. Мощность взрыва

4. Мощность взрыва При постройке железной дороги Кангауз — Сучан на Дальнем Востоке необходимо было проложить выемку в Бархатном перевале в скальном грунте. Специалисты подсчитали, что по старому способу, без применения взрывчатых веществ, прокладка выемки потребует не

КЛАССИФИКАЦИЯ РАКЕТНОГО ОРУЖИЯ

КЛАССИФИКАЦИЯ РАКЕТНОГО ОРУЖИЯ БАЛЛИСТИЧЕСКИЕ РАКЕТЫ (СУХОПУТНЫЕ И МОРСКИЕ)Межконтинентальные баллистические ракеты (МБР) Баллистические ракеты подводных лодок (БРПЛ) Баллистические ракеты средней дальности (БРСД) Баллистические ракеты оперативно-тактические и

Выхлоп двигателя дымный. В картер двигателя поступает повышенный объем газов

Выхлоп двигателя дымный. В картер двигателя поступает повышенный объем газов Диагностирование двигателя по цвету дыма из выхлопной трубы Сине-белый дым – неустойчивая работа двигателя. Рабочая фаска клапана подгорела. Оценить состояние газораспределительного

2. СВОЙСТВА РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ

2. СВОЙСТВА РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ Основные свойства ракетного двигателя мы уже знаем.Первое свойство заключается в отсутствии специального движителя, назначение которого выполняет сам двигатель. Это оказывается возможным потому, что тяга представляет собой реакцию

Тяга ракетного двигателя

Тяга ракетного двигателя Создание реактивной тяги есть назначение всякого ракетного двигателя; поэтому величина тяги является важнейшей характеристикой двигателя.Тяга современных ракетных двигателей колеблется от нескольких килограммов до десятков тонн, в

Экономичность ракетного двигателя

Экономичность ракетного двигателя Наряду с мощностью важнейшей характеристикой каждого двигателя является его экономичность. Если речь идет о тепловом двигателе, то экономичность его определяется расходом топлива на единицу мощности, т. е. на 1 л. с. Экономичный

3.4.1. Что такое мощность микроволн

3.4.1. Что такое мощность микроволн В микроволновых печах в зависимости от приготавливаемого блюда можно изменять уровень мощность микроволн:80-150 Вт – режим поддержания готового блюда в горячем состоянии;• 160–300 Вт – размораживание и приготовление «деликатных»

Электрические измерения: напряжение, ток, сопротивление, мощность

Электрические измерения: напряжение, ток, сопротивление, мощность Измерять в быту электрические параметры приходится не часто, а некоторым — и никогда.Напряжение в сети либо есть, либо его нет, и определяют это просто подключив нагрузку — проще всего настольную лампу.

Двигатель не развивает полную мощность. Его приемистость недостаточна

Двигатель не развивает полную мощность. Его приемистость

Как оценить мощность двигателя в л. с.

После успеха с анализом спектра вибраций с помощью электронного датчика ускорений http://www.reaa.ru/cgi-bin/yabb/YaBB.pl?num=1201987900/1267 самоуверенности у меня прибавилось, так что возникло желание найти практический ответ на следующий вопрос. По оценочной таблице из этого раздела

у меня на максимале 4500 оборотов и тяга 90 кг — отсюда мощность в районе 22 лс. При том что двигатель Виза по паспорту должен давать 34 лс, правда, при оборотах 5200. Даже если предположить что момент при увеличении оборотов не падает, 22 лс при 4500 оборотах пересчитываются в 25,5 лс при 5200 — все равно очень мало. Да и график основан на взятом с потолка КПД винта.

Вобщем, это была прелюдия. А серьезно: как экспериментально оценить мощность двигателя? Речь не идет о десятых долях лс, но так, чтобы можно было надежно отличить 24 лс от 34 лс. Скажем, погрешность 10 % вполне устроит. Однако, без того чтобы строить стенд с водяным насосом или электрогенератором, в идеале оценка должна проходить без снятия мотора с самолета.

Что имеем: мощность это сила, умноженная на скорость, или обороты*2пи*момент. Обороты я меряю тахометром очень точно, вопрос в том как померять момент, желательно на валу винта уже после редуктора. Идеи две:

1) наклеить тензодатчики на лопасти винта, включив их последовательно. Подключить в качестве R к релаксационному RC генератору на 555 микросхеме и путем индуктивной (трансформаторной) связи вывести частоту на цифровой частотомер. Момент откалибровать на неподвижном винте. Проблема здесь в чём: как найти направление вдоль лопасти, в котором сила тяги вращающегося винта не будет приводить к деформации. Если этого точно не сделать — можно запросто вылететь за пределы точности 10%.

2)совсем другой подход может использовать измерение натяжения ремня редуктора с двух сторон. Ремень представляет собой струну известной длины, так что собственная частота колебаний будет зависеть от силы натяжения. Частоту можно посчитать, если известна сила натяжения, длина и удельная масса ленты ремня. Колебания ремня можно определить оптическим датчиком, состоящим из светодиода и фотодиода, примерно таким, каким я мерял фазу вращения винта. Потом предстоит копаться в спектре вибраций чтобы найти собственную частоту колебаний ремня. Проблема здесь в том, что натяжение ремня непостоянно, уже потому что винт мотору заменяет маховик. Натяжение может меняться за цикл двигателя на сотни %.

Такие вот мысли. Может у кого есть еще идеи на эту тему?

Знать 8 деталей о двигателях самолетов

Вы находитесь в самолете, направляющемся к взлетно-посадочной полосе. Вы останавливаетесь на мгновение, а затем слышите рев двигателей, мощность настолько мощная, что самолет вибрирует при ускорении, мягко прижимая вашу спину к сиденью. Пейзаж начинает быстро исчезать, пока вы не покинете землю. Вы летите! Все это было бы невозможно без мощных авиационных двигателей.

Таким образом, блог KLM через специалистов по двигателям Джеки ван Дамма и Миранду Столк-Оэле решил показать некоторые любопытные факты о реактивных двигателях.

1. Насколько мощный двигатель самолета?

Движущая сила реактивного двигателя эквивалентна мощности 28 гоночных автомобилей Формулы 1. Неудивительно, что механики и любители двигателей из KLM Engine Services без ума от них.

2. Какой самый большой авиационный двигатель в мире?

General Electric GE90-115B является самым мощным из них, его диаметр составляет 3,25 метра, а тяга составляет 115000 XNUMX фунтов. вы найдете это «мальчики» висящие под крыльями KLM Boeing 777-300ER, которые легко узнать, потому что все они названы в честь объектов всемирного наследия, таких как Йеллоустонский национальный парк.

3. Это как отвезти машину в гараж, верно?

При покупке нового автомобиля производитель рекомендует проводить периодические проверки, указанные в руководстве по эксплуатации. Вам, владельцу, решать, прислушаться ли к этому совету.

В авиации такого нет. Техническое обслуживание, ревизия и модификации являются обязательными пунктами, невозможно летать на Боинге 777 без соблюдения процедур, указанных производителем. Органы летной годности, такие как FAA или EASA, внимательно следят за KLM и другими эксплуатантами воздушных судов, чтобы гарантировать, что все техническое обслуживание проводится вовремя и в соответствии с инструкциями.

И в то время как техническое обслуживание автомобилей основано на пройденном расстоянии, техническое обслуживание самолетов основано на циклах полета и налете.

4. Что такое полетный цикл?

Ресурс двигателя измеряется в часах полета и циклах полета. Один цикл = один взлет + одна посадка или полный полет.

Таким образом, полет в одну сторону из Амстердама в Нью-Йорк эквивалентен примерно 8 часам полета и 1 циклу (т. е. взлет в Амстердаме + посадка в Нью-Йорке). Поездка туда и обратно между Амстердамом и Нью-Йорком займет 16 часов, что составит 2 цикла.

5. Когда двигатель нуждается в обслуживании?

Все двигатели должны проходить мелкое или капитальное техническое обслуживание после определенного количества полетных циклов. Это зависит от типа двигателя. Например, двигатель CF6-80E производства GE, на котором установлен самолет KLM Airbus A330, требует технического обслуживания примерно каждые 7300 циклов, а мелкое техническое обслуживание — каждые 200–400 циклов.

6. Насколько велик «ангар»?

Наш «ангар» размером с шесть футбольных полей, около 40000 XNUMX квадратных метров.

7. Сколько времени занимает разборка и сборка двигателя?

KLM имеет собственный отдел технического обслуживания и собственный моторный цех, где обслуживаются и ремонтируются реактивные двигатели. Для каждого типа самолетов, эксплуатируемых KLM, имеется запасной двигатель, что означает, что их можно немедленно заменить, если потребуется техническое обслуживание. Наши команды могут заменить двигатель примерно за 24 часа, и самолет будет готов к работе.

Двигатель, который был снят для обслуживания, «грязный двигатель», как мы его называем, тщательно упаковывается и транспортируется в наш моторный цех. В зависимости от типа двигателя и требуемого обслуживания он будет работать так же хорошо, как и новый двигатель. (когда будет полный обзор)и готов к полету через 50-60 дней в моторном цехе. Следует отметить, что KLM Engine Services также оказывает услуги по техническому обслуживанию двигателей для других авиакомпаний.

8. Сколько стоит авиационный двигатель?

Это интересный вопрос, но на него удивительно сложно ответить. Большинство самолетов полностью укомплектованы двигателями при покупке, так что можно сказать, что это комплексная сделка. Кроме того, существует несколько различных типов двигателей, каждый из которых имеет свою тягу, то есть несколько двигателей, подходящих для разных типов самолетов. В целом двигатель может стоить от 12 до 35 миллионов долларов. (дорого, нет?)

Перевод и адаптация — Aeroflap

Хотите получать наши новости из первых рук? Нажмите здесь, и вступайте в нашу группу в Whatsapp или Telegram.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *