Почему расход топлива уменьшается с увеличением высоты самолета?

У меня есть график где тяга( Ф ) и удельный расход топлива по тяге (TSFC) нанесены в зависимости от скорости полета самолета для нескольких высот (т.е. уровень моря, 3000 метров и 11000 метров). Это для обычного турбореактивного двигателя.

диаграмма01

Я не знаю источник изображения, прошу прощения за это.

Слева мы видим, что тяга уменьшается с высотой. Справа мы видим, что TSFC также уменьшается с высотой.

Однако я думаю, что это контринтуитивно. Я это понимаю Ф уменьшается с высотой, поскольку плотность (и, следовательно, массовый расход) уменьшается, когда самолет поднимается вверх.

Чего я не понимаю, так это того, что TSFC, определяемый как:

ТСФК ≡ массовый расход топлива Ф
уменьшается с высотой. Другими словами, чем выше мы летим, тем термодинамически эффективнее самолет. Как это происходит?

С чисто математической точки зрения не имеет смысла, что TSFC уменьшается с высотой, поскольку, следуя вышеупомянутой формуле, Ф уменьшается, что наводит меня на мысль, что массовый расход топлива уменьшается с высотой быстрее, чем тяга.

В двух словах: почему TSFC уменьшается с высотой полета, принимая во внимание последнее уравнение?

Этот ответ должен ответить на большую часть этого.
Это отличный ответ (спасибо за ссылку), но я, скорее всего, искал математический ответ, учитывая уравнение, которое я опубликовал ранее. Я бы хотел, чтобы @PeterKampf вмешался и пролил свет!
Привет Хосе, это прикладная термодинамика. Как обычно, в Википедии много формул. Я связан с циклом Карно; цикл Брайтона — это всего лишь частный случай, и в его статье в Википедии меньше формул.

Ответы (4)

Я не могу предоставить математику, но да, это правильно. Расход топлива уменьшается по мере уменьшения плотности воздуха. Двигатель становится более эффективным из-за большей разницы температур между впускными и выхлопными газами в сочетании с меньшим расходом топлива.

Привет, Нейт. Чтобы принять этот ответ, не могли бы вы хотя бы немного рассказать о нем подробнее? Вам не нужно использовать математику, чисто «текстовый» ответ будет работать. Может быть, вы можете предоставить диаграмму вместе с дополнительной информацией?
Мне придется покопаться в некоторых справочниках и посмотреть, не смогу ли я найти что-нибудь более полезное. Я вернусь с тобой на это
Хосе, вот несколько хороших ссылок для получения дополнительной информации об эффективности газотурбинного двигателя на высоте: Это видео для математики: youtube.com/watch?v=E8VfieYhsjg
Эта статья в Википедии может помочь вам кратко понять КПД газовых турбин по циклу Брайтона: en.wikipedia.org/wiki/Thermal_efficiency И, наконец, ознакомьтесь с этим сообщением ребят на форуме пилотов авиакомпаний об эффективности реактивных двигателей. Это не глубоко, но вы можете найти его заметки полезными: theairlinepilots.com/forum/viewtopic.php?t=476 Надеюсь, что это поможет
Хорошо @Nate, спасибо за помощь и ваше время.
Под эффективностью вы имеете в виду тепловую эффективность? (Прошло более 30 лет с тех пор, как я провел курс по сжатому потоку, смутные воспоминания о том, что это нужно уточнять...)
Чтобы немного уточнить, двигатели предназначены для крейсерской высоты, и поэтому их необходимо искусственно ограничивать на малых высотах, чтобы избежать превышения пределов температуры и напряжения. На большой высоте как уменьшенный массовый расход, так и пониженная температура на входе позволяют увеличить степень сжатия на входе [с соответствующим относительным повышением температуры и статическим пределом абсолютной температуры].

Газотурбинный двигатель работает эффективнее на больших высотах

Высота увеличивается - Плотность воздуха уменьшается - Массовый расход уменьшается - Максимальная тяга уменьшается.

Чтобы поддерживать тягу при увеличении высоты, компрессоры должны вращаться быстрее.

Большая высота - Меньшая плотность воздуха - Меньшее сопротивление - Меньше топлива требуется для более быстрого вращения компрессора.

Существует оптимальная высота относительно скорости и тяги, которая увеличивается по мере уменьшения веса.

Увеличение высоты - Поддержание постоянной TAS - Уменьшение расхода топлива и SFC от уровня моря до оптимальной высоты. для получения дополнительной информации посетите http://www.theairlinepilots.com/forum/viewtopic.php?t=476

В этом играют роль несколько параметров, но большие высоты в целом не являются лучшими условиями работы двигателя: см. горячие и высокие испытания, но они являются лучшими для самолета!

Большая высота означает - меньшую тягу из-за меньшей плотности воздуха - меньшую мощность газогенератора из-за меньшей плотности кислорода - гораздо меньшие потери фюзеляжа от сопротивления воздуха

На больших высотах присутствует меньше кислорода, поэтому, если не уменьшить расход топлива во время набора высоты, в конечном итоге смесь воздух-топливо выйдет из равновесия настолько, что двигатель будет работать с перебоями или даже выключится или загорится. По определению вы получите лучшую экономию топлива на больших высотах, но я бы не сказал, что это «более эффективно» из-за значительного снижения мощности, которая фактически может быть развита из-за недостатка кислорода. Любой двигатель будет производить больше энергии в результате сжигания топлива и максимально доступного кислорода на уровне моря. Однако в реактивных двигателях необходимо учитывать перепады температур EGT и возникающее в результате расширение выхлопных газов, которые действительно создают дополнительную тягу, зависящую от больших перепадов температур.

Почему расход топлива уменьшается с увеличением высоты самолета?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v