Меня интересует, как влияет тяга турбовентиляторного двигателя на более высоких скоростях полета (TAS). Я знаю (я верил), что тяга двигателя (при постоянном N1) была относительно постоянной, как на следующем графике (лишь небольшие отклонения):
Этот график обычно находится в книгах/руководствах, описывающих работу двигателя в зависимости от скорости.
Потом я наткнулся на данные ТРД CFM56-5C, в которых указано, что максимальная тяга двигателя в крейсерском режиме составляет примерно 29 360 ньютонов, а максимальная тяга в стационарном режиме составляет 140 000 Н. Это почти в 5 раз больше мощности на земле, чем в крейсерском режиме. Вот ссылка: Сколько воздуха по массе входит в средний крейсерский ТРД CFM56 в минуту?
Это явно противоречивые утверждения или я что-то упускаю. Какой из них правильный и почему? Почему тяга двигателя меняется со скоростью? Кроме того, какие две кривые на графике выше образуют результирующую тягу двигателя?
После того, как я сделал несколько расчетов, используя уравнение тяги (F = массовый расход * разница скоростей выхлопа и впуска, обозначенная как дельта V -> мы не будем учитывать массовый расход топлива и предположим, что давление на выходе равно давлению набегающего потока благодаря соплу ) и следуя данным, указанным выше по ссылке, я выяснил, что дельта V в крейсерском режиме и на взлете постоянна (на полной мощности) и ее значение составляет 295 м/с, что говорит о том, что скорость выхлопа двигателя всегда будет 295 м/с быстрее скорости на входе (для установки максимальной мощности на любой скорости). Я думаю, что это логично, потому что работа, выполняемая двигателем, используется для увеличения кинетической энергии (дельта Ek) воздушного потока, который всегда увеличивает скорость на постоянную величину при настройке удельной мощности / N1 (конечно, меньшая мощность равна меньшему значению дельта V).
Первая диаграмма, на которую вы ссылаетесь, показывает три линии, но не указывает, что они представляют. Я предполагаю, что жирная линия нажата на скорость. Тогда эта схема верна для турбореактивного двигателя .
Толкать есть разница между выходным импульсом двигателя и входным импульсом:
При более высоких числах Маха предварительное сжатие из-за эффекта набегания на впуске повышает уровень давления (и, следовательно, массовый расход ) внутри двигателя, поэтому он будет развивать большую тягу, чем в статических условиях. Этот эффект заставляет линию тяги изгибаться вверх при более высокой скорости, и, поскольку предкомпрессия растет нелинейно со скоростью , начальное падение тяги вскоре меняется на противоположное. Конечно, теперь массовый расход топлива будет расти таким же образом, поэтому топливная экономичность (тяга на израсходованное топливо) будет продолжать падать с увеличением скорости.
Только когда скорость полета приблизится к выходной скорости струи, тяга снова уменьшится. Типичная выходная скорость турбореактивного двигателя легко достигает сверхзвука, поэтому этот тип двигателя хорошо подходит для сверхзвукового полета .
максимальная тяга двигателя в крейсерском режиме составляет примерно 29 360 ньютонов, а максимальная тяга в неподвижном состоянии составляет 140 000 Н.
Здесь у вас есть два эффекта, которые объединяются для снижения тяги. Одним из них является уменьшение разницы между скоростью входа и выхода. Это более заметно в турбовентиляторном двигателе , потому что обводной поток будет ускоряться намного меньше, чем основной поток, а более высокая скорость полета вызовет пропорционально большее падение тяги.
Второй эффект возникает из-за разницы в плотности воздуха на земле и в крейсерском режиме: плотность воздуха на типичной крейсерской высоте 35 000 футов составляет всего 0,38 кг/м³ или 31% от плотности воздуха на уровне моря . В первоисточнике значения крейсерской тяги не указано, для какой высоты эта цифра действительна, но вы можете быть уверены, что она соответствует примерно одной трети плотности земли. Массовый поток прямо пропорциональна плотности окружающей среды, и оба эффекта сочетаются. Однако большинство источников дают лишь четверть статической тяги — последняя таблица в связанном ответе выглядит так, будто кто-то перепутал значения для CFM56-5A и CFM56-5C.
При сравнении значений тяги двигателя необходимо учитывать плотность воздуха или барометрическую высоту. На крейсерском эшелоне полета FL400 плотность воздуха будет примерно одна пятая. Максимальная тяга (или максимальная мощность для поршневых двигателей) также будет равна одной пятой, как и сопротивление воздуха/паразитное сопротивление. Массовый расход воздуха будет составлять одну пятую, так же как и расход/сгорание топлива. Даже подъемная сила будет составлять одну пятую для данной воздушной скорости (TAS).
Я предполагаю, что вы имели в виду TAS в своем вопросе, однако, если мы рассмотрим IAS / CAS, это совсем другая история. На эшелоне полета 400 у вас будут такие числа, как 0,82 Маха, 470 узлов TAS и 250 узлов IAS. Авиалайнеры редко совершают горизонтальный полет, за исключением крейсерской высоты, однако было бы возможно поддерживать скорость 250 уз IAS/CAS с 20% статической тяги (плюс-минус) на высотах ниже крейсерской, например, в трюме.
Игра с ними может быть полезной:
IAS/TAS против высоты: https://aerotoolbox.net/airspeed-conversions/
Мощность двигателя в зависимости от высоты над уровнем моря: http://www.csgnetwork.com/relhumhpcalc.html
иксавьер
Питер Кордес