Как влияет увеличение высоты на ЭШП турбовинтового двигателя?

Это один из вопросов в материале СПС:

Какое влияние окажет увеличение высоты на доступную эквивалентную мощность на валу (ESPH) турбовинтового двигателя?

A) Более низкая плотность воздуха и расход двигателя приведут к снижению мощности
B) Более высокий КПД гребного винта приведет к увеличению полезной мощности (ESHP) и тяги
C) Мощность останется прежней, но КПД гребного винта уменьшится

Я выбрал (С), но правильный ответ был (А). Кто-нибудь может объяснить, почему? Разве вся цель двигателя с турбонаддувом не в том, чтобы поддерживать мощность двигателя на большой высоте (ниже критической высоты)? Почему меньшая плотность на большой высоте вызывает снижение мощности?

Ответы (3)

Вы перепутали турбовинтовой двигатель с турбированным двигателем. Они очень разные и имеют очень мало общего.

Турбовинтовой двигатель приводится в движение газотурбинным двигателем, соединенным с воздушным винтом. Турбинные двигатели имеют меньшую мощность на больших высотах, поэтому ответ «А» правильный.

Двигатель с турбонаддувом представляет собой поршневой двигатель, оснащенный небольшим компрессором, приводимым в действие давлением выхлопных газов. Компрессор (турбокомпрессор) может увеличивать давление в коллекторе, чтобы восстановить мощность на уровне моря на высоте. (Турбонормализованный) Турбонагнетатель также может обеспечивать давление в коллекторе выше уровня моря для большей мощности. (с турбонаддувом)

Оба типа поршневых двигателей с турбонаддувом могут поддерживать полную номинальную мощность при наборе высоты, но в конечном итоге они достигают предела, при котором полная мощность больше не может поддерживаться.

Хорошо, я мог спутать турбовинтовой двигатель с турбокомпрессором, но разве турбовинтовой двигатель не имеет компрессора в системе двигателя? Если да, то не может ли он поддерживать давление воздуха, поступающего в турбину на высоте?
Компрессор сжимает с определенным соотношением, скажем, 9:1. Воздух выходит из компрессора под давлением, в 9 раз превышающим давление на входе, на большей высоте давление на входе ниже, как и давление на выходе.
@Koyovis Когда вы говорите о компрессоре в своем комментарии, он ограничен компрессором турбовинтовых двигателей или включает компрессор турбокомпрессоров?
Я имел в виду турбокомпрессор. Турбокомпрессор имеет устройство, в котором турбина в выхлопном газе приводит в действие компрессор всасываемого воздуха, что на самом деле очень похоже на устройство турбокомпрессора. «Турбонормализованный» турбокомпрессор сохраняет мощность в лошадиных силах на уровне моря, когда он достигает больших высот.
@lemonincider, на самом деле турбовинтовые и турбированные двигатели очень похожи и имеют почти все общее. Оба (и безнаддувные тоже) ограничены плотностью воздуха и их мощность падает с высотой. Однако все типы двигателей также ограничены другими факторами — максимальным давлением и температурой, которые может выдержать двигатель, — когда плотность выше определенного значения, поэтому ниже соответствующей высоты они имеют постоянную мощность (имеют «постоянную номинальную мощность»). Единственная разница заключается в типичной высоте, до которой разные виды имеют фиксированную ставку.
@MikeSowsun, нет, компрессор газотурбинного двигателя не теряет эффективность с увеличением высоты. Он по-прежнему обеспечивает ту же степень сжатия , что и поршневой компрессор (в поршневом двигателе). Однако, поскольку это соотношение , половина плотности на впуске по-прежнему означает половину массы рабочего газа в камере сгорания, что ограничивает мощность. Потеря эффективности будет означать, что потребуется извлекать больше энергии из выхлопных газов (более высокая степень сжатия на турбине), чтобы добавить ту же энергию на впуск (такая же степень на компрессоре), но это не так.

Потому что производительность турбовинтового двигателя, как и любого другого теплового двигателя с воздушным циклом, прямо пропорциональна плотности воздуха, проходящего через двигатель. Чем плотнее воздух, тем больше рабочей жидкости и большее количество энергии можно получить из него, сжигая его вместе с топливом. По мере подъема на высоту воздух становится менее плотным, и чем выше вы поднимаетесь, тем меньше работы, которую можно выполнить при данном объемном расходе воздуха, становится все меньше и меньше. Это также снижает эквивалентную мощность на валу, которую можно получить от турбовинтового двигателя, поскольку это снижает как мощность на валу гребного винта, так и дополнительную тягу от выхлопа.

Производители турбовинтовых двигателей иногда компенсируют это занижением рейтинга турбовинтовых двигателей. То есть блок управления подачей топлива для турбовинтового двигателя задает величину выходной мощности, которую будет производить двигатель. Газовое ядро ​​турбовинтового двигателя может производить гораздо больше энергии на уровне моря или на более низких высотах, чем вы можете получить с помощью команды полного газа из кабины. Максимальная мощность, которую газовый сердечник турбовинтового двигателя с фиксированной номинальной мощностью может производить на уровне моря в стандартной атмосфере, называется термодинамической номинальной мощностью двигателя. Двигатель с фиксированной номинальной мощностью будет продолжать производить одинаковую выходную мощность по мере того, как самолет продолжает набор высоты, пока фиксированная номинальная выходная мощность не станет равной термодинамической выходной мощности двигателя на текущем эшелоне полета. Если самолет продолжает набор высоты, двигатель

Турбовинтовой двигатель выдает меньшую мощность на высоте, потому что массовый поток через двигатель меньше: меньше воздуха. Поршневой двигатель с турбонаддувом также производит меньшую мощность на высоте из-за меньшего количества воздуха, поступающего в цилиндр. У обоих есть компрессор, и некоторое влияние высоты на выработку энергии действительно похоже, но условия проектирования различаются из-за большого дифференциала: веса.

Вес турбовинтового двигателя увеличивается гораздо меньше в зависимости от максимальной мощности на уровне моря, чем вес поршневого двигателя. Турбовинтовой двигатель может быть спроектирован для крейсерских условий и использовать избыток мощности на уровне моря как:

  • бонус, так что на уровне моря доступно гораздо больше энергии, а выходная мощность постепенно уменьшается с высотой;
  • ответственность за коробку передач, так что ограничения мощности на меньшей высоте применяются FADEC.

Если бы тот же подход применялся для поршневого двигателя, штраф за вес был бы намного выше, чем для газотурбинного двигателя. Таким образом, поршневые двигатели рассчитаны на максимальную мощность на уровне моря, и эта мощность поддерживается как можно дольше с увеличением высоты за счет нагнетания большего количества воздуха через супер/турбокомпрессор.

Обратите внимание, что турбовинтовой двигатель со сниженной мощностью и поршневой двигатель с турбонаддувом имеют очень похожие характеристики, оба обеспечивают постоянную мощность при увеличении высоты, вплоть до критического давления воздуха...

Преимущество турбовинтовых двигателей в весе над поршневыми было продемонстрировано в 1960-х годах переделкой Cessna Skymaster в Conroy Stolifter: два поршневых двигателя Skymaster выдавали на 155 л. .

введите описание изображения здесь Источник изображения Источник изображениявведите описание изображения здесь

Как влияет увеличение высоты на ЭШП турбовинтового двигателя?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v