Они годами говорили о переоснащении B-52 чем-то более современным, чем его турбовентиляторные двигатели TF33-P-3/JT3D, которые имеют довольно низкий байпас (1,42:1 для JT3D).
Современные двигатели имеют намного большую двухконтурность — как у GE Passport 5,6:1, аналогичны CF34 — в той же весовой категории и тяге, что и TF33. Более крупный двигатель, такой как LEAP, имеет еще более высокую степень двухконтурности, например 11:1.
Теперь B-52 имеет опубликованный рабочий потолок в 50 000 футов. 737, A320, Bombardier RJ и т. д. имеют потолок 41 000.
Однако KC-135, оснащенные полусовременными ТРДД CFM56 с большим байпасом, имеют потолок 50 000 футов.
Так что я в замешательстве. Влияет ли степень двухконтурности на практический потолок самолета? Может ли B-52 соответствовать текущим характеристикам с такими двигателями, как GE Passport?
Побочный вопрос... TF33 заявляет , что удельный расход топлива составляет 0,56 фунта (фунт-сила-ч). Кажется, я не могу найти эту цифру для самых последних ТРДД с большим байпасом. Это неприменимо к ТРДД с большой степенью двухконтурности? Если нет, то есть ли реальный способ понять, как современный двигатель повлияет на дальность полета B-52?
Да в принципе, но желательны некоторые модификации.
Что ограничивает максимальную рабочую высоту реактивного двигателя (помимо тяги, необходимой для подъема туда), так это длина камеры сгорания и абсолютное давление поступающего в нее воздуха. Поскольку атмосферное давление падает с высотой, а степень сжатия компрессора остается постоянной , абсолютное давление в камере сгорания падает с высотой.
Чтобы произошло сгорание, необходимо сначала испарить капли топлива, впрыснутые в поток воздуха. Это облегчается за счет более высоких температуры и давления, и чем они ниже, тем больше времени пребывания топливно-воздушной смеси (внимание, ссылка PPT) в камере сгорания требуется для хорошего сгорания. Более длинные камеры сгорания имеют более высокие потери давления и весят больше, поэтому разработчики двигателей стараются ограничить их длину.
Простое дросселирование уже может привести к остановке зажигания на большой высоте. В случае возгорания двигатель быстро остывает, и перезапуск на меньшей высоте может быть невозможен. В турбовентиляторных двигателях, пригодных для работы на большой высоте, используются специальные меры для стабилизации пламени . Когда они на месте, нет никаких причин, по которым B-52 не может продолжать полет на высоте 50 000 футов.
Если мы определим тягу T ТРДД как
с:
мы можем видеть, что тяга пропорциональна массовому расходу. На большей высоте плотность воздуха ниже, поэтому массовый расход через двигатель ниже, но до тех пор, пока может поддерживаться сгорание, двигатель на высоте все еще может создавать часть своей тяги на уровне моря. Конечно, этой доли должно быть достаточно для движения самолета на крейсерской скорости, плюс избыточная мощность набора высоты для достижения крейсерской высоты, поэтому тяга TO должна быть достаточной для этого. Просто дело в размерах двигателя.
Эксплуатационный потолок самолета зависит от геометрии крыла: нагрузки на крыло, удлинения, профиля крыла, степени конусности, крутки. Для данного самолета с новым двигателем эксплуатационный потолок не изменится.
Двухконтурный двигатель приводится в действие газогенератором, идентичным однопоточному ТРД - более высокие эксплуатационные пределы двухконтурного двигателя такие же, как и у однопоточного ТРД.
Хотя, конечно, двигатели будут иметь важное значение для достижения воздушным судном своего потолка службы, выбор потолка службы в данном случае больше связан с самолетом, чем с двигателями.
Авиалайнеры спроектированы так, чтобы быть экономичными в эксплуатации. Полет выше создает большую нагрузку на фюзеляж для поддержания того же давления в кабине. Чтобы защититься от более высоких рисков в случае декомпрессии, правила, касающиеся аварийного снабжения кислородом, могут предъявлять более высокие требования к самолетам, летящим на такой высоте. Питер обсуждает вопросы конструкции двигателей для этих высот. Все эти затраты просто не стоят каких-либо преимуществ полета выше. См. также: Почему многие реактивные самолеты рассчитаны на полеты на эшелонах полета 350–370? , включая еще один хороший ответ от Питера.
Военные самолеты предназначены для различных требований. Они не будут накапливать циклы полета почти так же быстро, как авиалайнеры, что снижает нагрузку на фюзеляж. В случае B-52 герметизированы только зоны экипажа в носовой части фюзеляжа, что уменьшает количество необходимого усиления. Таким образом, затраты ниже, а военным самолетам больше внимания уделяется характеристикам, что дает стимул для более высоких потолков. Бизнес-джеты предъявляют такие же требования к малоцикловым характеристикам.
Вы упоминаете CFM56 и GE Passport. Как вы заметили, 737 и A320 используют двигатель CFM56 и имеют более низкие потолки, в то время как у KC-135R потолок составляет 50 000 футов. Паспорт GE используется для самолетов Bombardier Global 7000/8000, потолки которых составляют 51 000 футов. Так что нет оснований сомневаться в том, что ТРДД большой двухконтурности могут работать на этих высотах.
Удельный расход топлива по тяге (TSFC) сильно зависит от условий. Это доступно, если вы потратите некоторое время на поиск, но вы должны быть осторожны, сравнивая одни и те же условия. На этом сайте перечислены двигатели для военных самолетов. JT3D / TF33 оригинального KC-135 и B-52 составляет около 0,535 фунта (фунт-сила-ч). F108-CF-100 на KC-135R указан как 0,363 фунта (фунт-сила-ч).
В этой таблице перечислены характеристики коммерческих реактивных двигателей.