Как влияет число Маха на КПД, тягу и удельный расход топлива прямоточного воздушно-реактивного двигателя?

Тяга прямоточного воздушно-реактивного двигателя зависит от динамического давления планера, поскольку оно определяет, насколько высоким может стать давление внутри прямоточного воздушно-реактивного двигателя. Поэтому тяга сначала растет пропорционально квадрату скорости.

Эффективность тепловых двигателей зависит от отношения температуры и давления в их цикле, и опять же скорость помогает улучшить это. Специфическим термодинамическим процессом ПВРД является цикл Джоуля (в США называемый циклом Брайтона ).

Почему это не растет бесконечно, связано с нелинейностями при высокой температуре. Когда температура газа превышает 2000–4000 К, кислород начинает диссоциировать в зависимости от давления. Азот следует за 8000К. Теперь теплота сгорания не будет преобразовываться в дальнейшее повышение температуры, а будет растрачиваться на диссоциацию воздуха. По мере приближения к этому пределу остается меньше запаса для нагрева, и SFC падает. Оптимум с современными технологиями составляет примерно 2,4 Маха .

Возможное решение состоит в том, чтобы меньше замедлять воздух, чтобы можно было ограничить максимальное тепло внутри камеры сгорания. Однако скорость распространения пламени обычных углеводородов накладывает на это жесткий и низкий предел. Более высокая скорость просто означает, что смешивание, испарение и сгорание будут происходить в основном после того, как топливовоздушная смесь покинет двигатель. Здесь нужно переходить на водород и сверхзвуковой прямоточный реактивный двигатель, но это принесет массу новых проблем.

Толкать

Для данного топлива зависимость тяги прямоточного воздушно-реактивного двигателя от числа Маха может приблизительно (см. примечание 1) определяться выражением

Тяга = число Маха полета(кв.м(2000/(температура воздуха *(1+(7*мах полета^2)/40))) - 1)

ТСФК

Если мы поддерживаем заданное соотношение воздух/топливо, количество потребляемого топлива увеличивается линейно с увеличением числа оборотов, поскольку скорость потока воздуха увеличивается с той же тенденцией.

Примечания

Примечание 1: Уравнение источника было упрощено, а некоторые значения округлены для получения текущего уравнения.