Почему поршневые двигатели имеют меньший расход топлива при более высоких температурах?

Очень часто в AFM/POH, раздел 5 большинства самолетов с поршневыми двигателями (C152, C172, PA28, BE76 и т. д.) можно найти диаграммы, указывающие расход топлива для крейсерских/экономичных режимов мощности.

Вы заметите, что во всех случаях, для данного набора барометрической высоты, числа оборотов в минуту и ​​давления в коллекторе (если винт с постоянной скоростью вращения) расход топлива будет зависеть от OAT. Возникает вопрос: почему расход топлива (в PPH или GPH) уменьшается при более высоких температурах?

Мне должно быть понятно, что более высокие температуры (горячая атмосфера) снизят общую производительность двигателя, как мы все знаем, поскольку воздух менее плотный, что напрямую влияет на работу двигателя. Если производительность двигателя ухудшается в жаркий день, почему он сжигает меньше топлива?

Все производители публикуют одинаковые результаты, но я не могу найти этому физическое объяснение. Если бы вы могли указать официальную ссылку в любом учебнике, я был бы очень признателен.

Вам все еще нужно поддерживать топливно-воздушную смесь, чтобы получить оптимальное горение. Если вы работаете в разогретом состоянии, а воздуха (кислорода) в данном цикле меньше, из этого следует, что вам потребуется меньше топлива для поддержания того же соотношения воздух-топливо. Это может быть меньше топлива, но он также производит меньше энергии.
Пожалуйста, дайте определение "лучше". Я предполагаю, что все, что вы видите, это более низкое потребление при том же проценте мощности, но эталонный показатель для этого процента снижается с повышением температуры, поэтому соотношение потребление/мощность на самом деле ухудшается.
Я просто изменил заголовок, чтобы правильно ответить на вопрос: «лучший расход топлива». Я имел в виду «более низкий расход топлива».

Ответы (3)

У меня нет ссылки, но физика не так уж сложна.

Ключ в том, что у вас есть постоянные обороты в минуту, постоянная высота давления и постоянное давление в коллекторе.

Мотор всасывает много воздуха, но поскольку дроссельная заслонка ограничивает поток воздуха на впуске, давление воздуха между дроссельной заслонкой и двигателем низкое. Это давление в коллекторе 1 . На холостом ходу, т.е. почти при закрытом дросселе, давление очень низкое, а при полностью открытом дросселе оно идеально равно атмосферному давлению. А в моторах с турбонаддувом оно даже выше атмосферного давления.

Наконец, давление во впускном коллекторе вместе с числом оборотов в минуту и ​​рабочим объемом двигателя является мерой того, какой объем воздуха всасывается двигателем за интервал времени.

Поскольку вы сохраняете все постоянным, этот объем также является постоянным. Но более теплый воздух менее плотный и содержит меньше молекул кислорода на единицу объема. Меньше молекул кислорода означает, что можно сжечь меньше топлива. Поэтому расход топлива ниже.
Но это также означает меньшую мощность. Чтобы компенсировать это, дроссельную заслонку можно было открыть немного больше, чтобы впустить немного больше воздуха. Это также повысит давление в коллекторе. Но если дроссельная заслонка уже полностью открыта, чтобы получить макс. власть, вы не можете открыть его дальше. Итак, макс. мощность ниже при более высокой температуре.

1 ) ПРИМЕЧАНИЕ. Для простоты я говорю здесь об абсолютном давлении. Манометр в кабине отображает пониженное давление по отношению к атмосферному давлению, поэтому высокое отображаемое значение означает низкое абсолютное давление. А поскольку давление окружающей среды меняется с высотой, давление в коллекторе тоже меняется, даже если отображаемое значение постоянно. Преимущество этого заключается в том, что отображаемое значение является хорошей мерой мощности по отношению к макс. достижимая мощность на этой высоте.

возможно, вам следует добавить, что более высокая температура окружающей среды означает, что термодинамический цикл менее эффективен. Физика такая же, как и у турбомашин . Таким образом, по отношению к мощности расход топлива даже увеличивается с температурой.
Проблема в том, что эти таблицы производительности показывают, что скорость полета одинакова, а расход топлива и мощность ниже. Это означает, что один и тот же объем работы выполняется за один и тот же интервал времени, поэтому одинаковую полезную мощность выдает двигатель с большей энергоэффективностью (по крайней мере, на первый взгляд, расходом топлива), а термодинамика говорит нам об обратном.
@RedGlyph, я не вижу, чтобы в вопросе упоминалась та же скорость . Скорость будет ниже, но в GA у вас обычно есть определенная крейсерская мощность, а скорость — какая она есть.
@JanHudec Это старый вопрос, поэтому я не буду читать все это снова, я думаю, что это был побочный комментарий к более общей проблеме потребления. Я просто могу сказать, что в любом руководстве, которое я видел, приведены эти таблицы в зависимости от воздушной скорости, что имеет смысл, поскольку важным моментом является расход топлива при подготовке к полету.

Это гораздо более фундаментально, чем это, и также намного проще.

Эти двигатели, работающие на ископаемом топливе, работают за счет сжигания топливно-воздушной смеси в ограниченном пространстве. Фиксированное количество сожженного топлива высвобождает фиксированное количество энергии. Если вы извлекаете энергию путем охлаждения, то для выполнения фактической работы остается меньше энергии. (Если вы охладите горячие газы, давление упадет).

Добро пожаловать на сайт Aviation.se!
Вы хорошо стартуете, но вторая половина, которую вы написали, не имеет смысла: рабочий ход происходит настолько быстро, что нет заметного охлаждения. И в самом деле, двигатель более эффективен, когда наружный воздух холоднее. Проблема с теплым воздухом и замкнутым пространством заключается в том, что теплый воздух менее плотный, поэтому меньше его помещается в этом пространстве.

Попробуем со стороны аэродинамики. Более горячий воздух на данной высоте разрежен. Это то же самое, что лететь выше: больше TAS при той же IAS.

Пока вы не перегреваетесь, и ваш двигатель/винт может развивать достаточную тягу, вы получаете те же преимущества, что и при полете выше: больше миль на галлон.

Обратите внимание, что воздушная скорость на диаграмме расхода топлива Cessna 152 указана как KTAS . Таким образом, когда вы перемещаетесь по графику от холодного к теплому, аналогичный KTAS будет ниже IAS. Это то же самое, что вы читаете расход топлива (галлонов в час) на больших высотах для того же TAS .

Обратите внимание, что плохой винт не может даже разогнаться до 2400 об/мин на высоте 2000 футов и на 20 градусов ниже стандартной температуры. То же самое для вашего крыла и фюзеляжа: вы пытаетесь протолкнуть воздух с более высокой плотностью.

Из этого мы можем заключить, что летучие рыбы на правильном пути!

Почему поршневые двигатели имеют меньший расход топлива при более высоких температурах?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v