Почему мы говорим о «мощности» для турбовинтовых двигателей и «тяге» для турбореактивных/вентиляторных двигателей?

В конечном счете, от всех трех типов двигателей требуется количественная оценка тяги, необходимой для толкания самолета в небе. Турбовентиляторные/реактивные двигатели автономны и создают тягу напрямую, но турбовинтовой двигатель требует добавления воздушного винта, характеристики которого могут различаться в зависимости от установки.

Поскольку тяга турбовинтового двигателя неизвестна до тех пор, пока не будет определена его установка, производители вместо этого определяют мощность, доступную для привода винта. Это позволяет сравнивать двигатели, чтобы производитель планера мог сделать правильный выбор.

Затем расход топлива соотносится либо с тягой, либо с мощностью в качестве меры эффективности, в зависимости от типа двигателя. Как правило, нет опубликованной математической зависимости между мощностью и тягой для данного двигателя. Он не требуется для турбовентиляторных/реактивных двигателей и не может быть определен во время изготовления турбовинтовых двигателей.

Реактивные двигатели напрямую создают тягу за счет выхлопных газов (а в современном турбовентиляторе также перемещают вокруг себя много воздуха), поэтому расход топлива напрямую связан с создаваемой тягой.

В турбовинтовом двигателе вырабатывается мощность, которая через коробку передач вращает винт, создающий тягу. Поскольку большинство турбовинтовых двигателей имеют возможность регулировать шаг винта, выходная мощность двигателей не всегда напрямую связана с тягой, создаваемой в данный момент времени.

Чтобы расширить то, что сказал Дэйв, термин «мощность» используется для турбовинтовых двигателей, потому что тяга, создаваемая винтом, является функцией мощности, приложенной к винту, то есть крутящего момента при оборотах в минуту.

Газогенератор турбовинтового двигателя - часть реактивного двигателя - имеет выходную мощность, указанную в процентах от максимального крутящего момента, который он может приложить к редуктору воздушного винта, тогда как чистый реактивный двигатель, толчок которого является результатом массового потока воздуха, ускоряющегося через двигатель, имеет свою мощность, указанная коэффициентом давления двигателя, разницей между давлением воздуха на входе и давлением на выходе.

Турбореактивные двигатели находятся где-то посередине, являясь своего рода турбовинтовыми двигателями с фиксированным шагом и множеством лопастей. Поскольку вентилятор имеет фиксированный шаг и не имеет возможности регулирования постоянной скорости, вам не нужно знать приложенный к нему крутящий момент, и достаточно просто ориентироваться на число оборотов вентилятора (N1, указанное в процентах от максимального). Турбовентиляторные двигатели также показывают число оборотов основного двигателя (N2), но скорость вращения вентилятора N1 является основным параметром настройки мощности.

Для турбовентиляторных и турбовинтовых это похоже на то, как поршневые самолеты с винтами с фиксированным шагом просто измеряют обороты, как турбовентиляторные, тогда как поршневые самолеты с винтами с постоянной скоростью должны показывать обороты и давление в коллекторе (MP более или менее эквивалентен крутящему моменту в турбовинтовой) .

Не уверен, что вы имеете в виду под математической частью.

Настоящая причина в том, что, по определению, реактивный двигатель не выдает никакой мощности, а вместо этого выдает силу тяги. Турбовинтовые двигатели не выдают силы тяги, а вырабатывают механическую мощность через вал и редуктор, обеспечиваемую указанной мощностью либо силовой турбиной, либо самим газовым сердечником.

Эта договоренность больше связана с тем, как FAA и другие руководящие органы определили эти двигатели, а не столько с точки зрения физики. Я знаю, что оба двигателя на самом деле генерируют энергию и мощность, просто мы обычно не измеряем выходную мощность реактивных двигателей таким образом.

По иронии судьбы многие турбовинтовые двигатели часто оцениваются в эквивалентной мощности на валу (ESHP). Это сумма как механической мощности, передаваемой карданным валом, так и реактивной тяги, создаваемой выхлопными газами двигателя.

Это также имеет регулирующие последствия. Пилоты реактивных самолетов не нуждаются ни в сложных, ни в высоких характеристиках в своих бортовых журналах для регистрации времени PIC в реактивном самолете, но это необходимо, если ваш самолет оснащен поршневой или турбовинтовой силовой установкой.

Вы написали в комментарии к ответу Дэйва :

почему вы написали, что турбовинтовые двигатели генерируют мощность, тогда как при написании для реактивных двигателей вы написали, что они генерируют тягу. Это был мой актуальный вопрос? Я понимаю механику обоих, но почему намеренно написано иначе? Я что-то пропустил?

Итак, похоже, что главный вопрос, который вы пытаетесь задать: в чем разница между мощностью и тягой?

Мощность и тяга — это две разные меры мощности двигателя (точно так же, как рост и вес — две разные меры размера человека). Все двигатели генерируют мощность, и все двигатели генерируют тягу, но это два разных числа с двумя разными значениями.

Тягу описать немного проще. Тяга часто измеряется в фунтах или ньютонах. Если двигатель развивает тягу в 500 фунтов, то он давит на самолет с той же силой, что и 500-фунтовый вес. Разница в том, что двигатель толкает вперед, а вес давит вниз.

Выходную мощность описать немного сложнее. Мощность часто измеряется в лошадиных силах или киловаттах.

Для ракетных двигателей формула выходной мощности проста:

К сожалению, большинство самолетов не оснащены ракетными двигателями, поэтому эта простая формула больше не применима. Но основные принципы те же:

• Поскольку двигатель производит больше тяги, он также будет производить больше мощности.
• Даже если двигатель производит постоянную тягу, поскольку самолет летит быстрее, двигатель в конечном итоге будет производить больше мощности.

Производство электроэнергии напрямую связано с потреблением энергии . Если заставить двигатель производить больше мощности, то он будет потреблять больше топлива.

Оау, много ответов и почти никто не касается реальной проблемы.

Пропеллеры создают тягу, которая уменьшается с увеличением скорости. Поскольку мощность = тяга х скорость, это означает, что двигатели будут производить (более или менее) постоянную мощность во всем диапазоне скоростей самолета. Учитывая определенный расход топлива, он будет производить определенную (рассчитываемую) мощность, которая будет переводиться в различную тягу в зависимости от текущей скорости. Поэтому топливо дает вам силу.

Реактивные двигатели будут производить постоянную тягу (почти) независимо от текущей скорости самолета. Это означает, что «мощность» на самом деле не очень полезная мера для реактивных двигателей (все они рассчитаны на расчетную тягу, а не номинальную мощность), так как вы можете просто удвоить текущую скорость, и теперь реактивный самолет производит вдвое большую мощность, даже если у вас есть не изменился расход топлива. Конкретный поток топлива к реактивному двигателю будет создавать определенную (расчетную) тягу, но он может производить любую мощность в зависимости от текущей скорости самолета. Поэтому топливо дает вам тягу

Это связано с тем, что в турбовинтовых двигателях почти вся энергия, извлекаемая турбинами двигателя, используется для вращения воздушного винта. Итак, все дело в том, какая мощность требуется для вращения винта. Чтобы измерить величину силы, необходимой для вращения гребного винта, мы используем датчик для измерения величины скручивающей силы, действующей на вал гребного винта. Этот датчик называется датчиком крутящего момента, и почти во всех турбовинтовых самолетах крутящий момент используется пилотами для контроля мощности двигателя. Но все мы знаем, что согласно уравнению мощности:

Мощность = крутящий момент х об/мин

Из уравнения мы понимаем, что мощность можно увеличить либо за счет увеличения крутящего момента, либо за счет числа оборотов в минуту. Так как же пилоты турбовинтовых двигателей используют только крутящий момент для управления мощностью двигателя? Ну, это просто. В типичном турбовинтовом двигателе пропеллеры имеют переменный шаг, или можно сказать, что они работают с постоянной скоростью или числом оборотов в минуту. Это достигается блоком управления воздушным винтом (PCU). Проще говоря, по мере того, как пилот толкает дроссели вперед и по мере увеличения крутящего момента, число оборотов в минуту остается постоянным на значении, установленном пилотом с помощью рычагов условий. Как это делается очень просто. Когда пилот увеличивает мощность или крутящий момент, винт пытается работать на более высоких оборотах. Но PCU это чувствует и увеличивает угол наклона лопастей винта и замедляет его до тех пор, пока не будет достигнуто заданное число оборотов. Сходным образом, если вы попытаетесь контролировать обороты винта с помощью рычагов состояния, крутящий момент изменится. То есть, если вы потянете рычаги состояния (увеличите угол наклона лопастей) назад, чтобы уменьшить число оборотов гребного винта, произойдет соответствующее увеличение крутящего момента двигателя. Таким образом, при высоких настройках крутящего момента вы должны быть очень осторожны, потому что вы можете перегрузить двигатель. Когда мы устанавливаем мощность в турбовинтовых двигателях и если требуется снижение оборотов винта, мы сначала немного уменьшаем крутящий момент с помощью рычагов мощности, а затем уменьшаем обороты с помощью рычагов состояния. Это особенно важно при установке мощности набора высоты после взлета, который выполняется близко к максимально допустимому крутящему моменту двигателя. при высоких настройках крутящего момента вы должны быть очень осторожны, потому что вы можете перегрузить двигатель. Когда мы устанавливаем мощность в турбовинтовых двигателях и если требуется снижение оборотов винта, мы сначала немного уменьшаем крутящий момент с помощью рычагов мощности, а затем уменьшаем обороты с помощью рычагов состояния. Это особенно важно при установке мощности набора высоты после взлета, который выполняется близко к максимально допустимому крутящему моменту двигателя. при высоких настройках крутящего момента вы должны быть очень осторожны, потому что вы можете перегрузить двигатель. Когда мы устанавливаем мощность в турбовинтовых двигателях и если требуется снижение оборотов винта, мы сначала немного уменьшаем крутящий момент с помощью рычагов мощности, а затем уменьшаем обороты с помощью рычагов состояния. Это особенно важно при установке мощности набора высоты после взлета, который выполняется близко к максимально допустимому крутящему моменту двигателя.

Таким образом, в турбовинтовом двигателе сочетание крутящего момента и числа оборотов винта дает определенную мощность на валу (SHP). На полных оборотах и ​​при полном крутящем моменте двигатель выдает максимальную мощность SHP. При типичном взлете двигатель выдает SHP, который очень близок к этому максимальному SHP.

С другой стороны, турбовентиляторные двигатели измеряют чистую выходную тягу. Некоторые двигатели измеряют его в процентах от оборотов компрессора низкого давления (N1 процент). Почему мы используем N1? Потому что компрессор низкого давления или вентилятор создают большую часть тяги в ТРДД. Величина тяги, создаваемой горячей секцией, довольно мала по сравнению с тягой, создаваемой вентилятором или байпасом. В некоторых других турбовентиляторных двигателях, включая старые турбореактивные двигатели, измерение тяги дается как отношение давлений или, более конкретно, отношение давлений в двигателе (EPR). Это более прямая мера тяги двигателя, так как это отношение давления на выходе из двигателя к давлению на входе.

Я думал, что даже дизайн двигателя будет немного отличаться в зависимости от вашего приложения. Для чистого турбореактивного двигателя вам нужна максимальная тяга сзади, поэтому максимизация крутящего момента, вращающего вал, не является целью. С другой стороны спектра, переходя от турбовентилятора к турбовинту или даже к приложениям с максимальным крутящим моментом, таким как турбогенератор, вы хотите минимизировать тягу и преобразовать всю энергию расширяющегося газа в крутящий момент.

Вот почему большинство турбовинтовых двигателей используют центробежные компрессоры по крайней мере на одной ступени, а чистые турбореактивные двигатели используют осевые компрессоры. Первый преобразует большую часть энергии расширяющегося газа в круговое движение (назовем это крутящим моментом), а второй ускоряет этот расширяющийся газ для достижения максимальной скорости воздуха/газа сзади для создания тяги.

Турбокомпрессор в автомобильном двигателе или турбонагнетатель в поршневом двигателе самолета используют центробежные компрессоры аналогичным образом, потому что они хотят создавать круговое движение (крутящий момент) на воздушном компрессоре для увеличения количества кислорода в камере сгорания.

Я не уверен, что это правильно, потому что я только что подумал об этом, но я провел некоторое исследование, чтобы подтвердить, что чистым реактивным двигателям нужна тяга, осевой поток и высокая скорость газа на выхлопе, а турбовинтовым двигателям нужен крутящий момент, чтобы провернуть вал. в psru, а затем в винт, поэтому эти двигатели имеют разные компрессоры, которые преобразуют энергию в разные типы движения.