Как изменяется степень сжатия, если вообще изменяется, от уровня моря к большей высоте?

Насколько я понимаю, степень сжатия - это максимальное давление внутри двигателя, деленное на давление окружающего воздуха. Это для турбореактивных и турбовентиляторных двигателей.

Давление на уровне моря около 100 кПа. На высоте 10 км давление окружающего воздуха будет около 26 кПа.

Таким образом, вы могли бы подумать, что степень сжатия должна упасть в 4 раза, но дело в том, вращается ли турбина быстрее на больших высотах, чтобы компенсировать это?

Так как же изменяется степень сжатия, если вообще изменяется, от малых высот к большим?

Редактировать: Может быть, мне следовало начать с точных цифр. Каковы типичные степени сжатия для турбореактивных и турбовентиляторных двигателей?

Соотношение не должно падать, эффективное давление упадет, но оно по-прежнему принимает X атмосферного давления и сжимает его в некотором отношении. Точно так же, как поршневой двигатель, который имеет, например, степень сжатия 13:1, он принимает 13 единиц объема и сжимает их до 1 единицы объема, какой бы ни была эта единица объема, когда двигатель ее принимает.
@RonBeyer Итак, вы говорите, что если окружающий воздух упадет в 4 раза, максимальное давление в двигателе также упадет в 4 раза? Означает ли это, что турбины вращаются с одинаковыми оборотами?
На это должен ответить «эксперт» по реактивным двигателям, но, насколько я понимаю, степень сжатия не меняется для заданных оборотов в зависимости от проглоченного объема воздуха. Разница в том, что «степень сжатия» газотурбинного двигателя немного отличается от степени сжатия поршневого двигателя, поскольку общая степень сжатия реактивного двигателя представляет собой соотношение давлений, измеренных в передней и задней части двигателя. Это означает, что соотношение не меняется в зависимости от высоты или скорости вращения.
Строго говоря, степень сжатия — это коэффициент объема. В реактивных двигателях мы используем (и вы говорите) степень сжатия . Но грубо говоря, работа компрессора определяется именно этим отношением давлений (вместе с основными свойствами воздуха и температурой), а не абсолютным давлением. С высотой соотношение и обороты (примерно) остаются, а абсолютные значения: давление, расход топлива и тяга - падают.

Ответы (1)

Степень сжатия турбомашины не будет меняться с высотой до тех пор, пока не изменится скорость компрессора (исключая влияние числа Рейнольдса). Это снизит максимальное давление параллельно с внешним давлением.

Однако для создания такой же подъемной силы на высоте самолет должен лететь быстрее. На 10 км, где плотность воздуха составляет примерно 1/4 плотности на уровне моря, самолет должен лететь в два раза быстрее. Кроме того, температура воздуха падает с высотой, поэтому число Маха полета увеличивается еще больше. И это число Маха определяет, насколько сильно происходит сжатие поршня перед и во впуске. Быстрый полет повысит уровень давления на впуске, что частично компенсирует более низкое атмосферное давление. Поскольку давление растет пропорционально квадрату числа Маха, у быстрых самолетов здесь явное преимущество.

Возьмем Concorde : его Olympus 593 имел степень сжатия всего лишь 12, но предварительное сжатие вокруг впуска добавляло еще 7 к коэффициенту 2 Маха, поэтому общая степень сжатия между пиковым давлением в двигателе и наружным воздухом составляла более 80! Правда, это давление воздуха составляло всего 76 мбар на крейсерской высоте «Конкорда», так что абсолютное пиковое давление в двигателе составляло гораздо менее впечатляющие 6 бар.

Типичные степени сжатия

Чтобы ответить на вопрос о типичных степенях сжатия: это сильно коррелирует с возрастом конструкции: первый действующий турбореактивный двигатель Junkers Jumo 004 1943 года имел степень сжатия всего 3,2 при использовании 7 ступеней компрессора. Более поздний Eurojet EJ200 от Eurofighter достигает степени сжатия около 26 при аналогичном размере и весе, используя 8 сжатых ступеней, но производит почти в 7 раз большую тягу. Главное отличие — лучшая аэродинамика.

Самые последние гражданские двигатели достигают степени повышения давления около 50 с использованием 15 ступеней компрессора. Они могут позволить себе больше сжимать воздух, потому что стараются как можно меньше нагревать и ускорять воздух в процессе горения. Поскольку максимальное тепло внутри двигателя ограничено используемыми материалами, более высокая степень сжатия в военных двигателях оставит меньший тепловой запас для нагрева сгорания. Более высокие скорости сопла сверхзвуковых двигателей лучше всего достигаются при меньшем сжатии и большем нагреве при сгорании.

Вот график тенденций степени повышения давления для двигателей коммерческого транспорта ( Эпштейн, 1998 г. )Тенденции соотношения давлений для двигателей коммерческого транспорта (Эпштейн, 1998 г.)

Еще раз спасибо, но учитывает ли OPR какое-либо давление поршня в начале?
@ DrZ214: Нет, в этой таблице используется статическое значение (двигатель на испытательном стенде).
Как изменяется степень сжатия, если вообще изменяется, от уровня моря к большей высоте?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v