В чем измеряется тяга двигателя: Тяга ракетного двигателя. Ракетные двигатели

Тяга ракетного двигателя. Ракетные двигатели

Тяга ракетного двигателя

Создание реактивной тяги есть назначение всякого ракетного двигателя; поэтому величина тяги является важнейшей характеристикой двигателя.

Тяга современных ракетных двигателей колеблется от нескольких килограммов до десятков тонн, в зависимости от назначения и размеров двигателя.

Двигатели тяжелых дальнобойных ракет развивают тягу, превышающую тягу наиболее мощных паровозов, с могучей силой увлекающих за собой железнодорожные составы в тысячи тонн.

Фиг. 7. Принципиальная схема ракетного двигателя.

Как определить величину реактивной тяги? Обратимся для этой цели к фиг. 7, на которой представлена принципиальная схема ракетного двигателя.

Тяга образуется потому, что из двигателя вытекают газы. Чтобы вытолкнуть газы, двигатель должен действовать на них с какой-то силой; обратная сила — сила воздействия газов на двигатель — и есть реактивная тяга. Поэтому направление тяги обратно скорости вытекающих газов, а величина тяги равна силе, с которой выталкиваются газы.

Очевидно, что величина этой силы зависит от количества вытекающих газов и их скорости. Механика учит, что эта сила, а следовательно, и сила тяги, равна произведению массы выталкиваемых в секунду газов на скорость их истечения.

Так как масса равна весу, деленному на ускорение земного притяжения (g=9,81 м/сек²), то для определения силы тяги служит следующая простая формула:

Каждый килограмм вытекающих в секунду газов создает тягу, численно равную, очевидно, 1/10 от скорости истечения. Эта тяга, носящая название удельной тяги или удельного импульса (размерность удельной тяги кг сек/кг), является основной характеристикой любого ракетного двигателя. Чем больше удельная тяга, т. е. чем большую тягу создает каждый килограмм газа, вытекающего в секунду из двигателя, тем совершеннее двигатель.

В современных ракетных двигателях скорость истечения колеблется от 1500 до 2500 м/сек, вследствие чего удельная тяга равна 150–250 кг сек/кг.

Какими же способами можно увеличить скорость истечения и вместе с нею удельную тягу проектируемого ракетного двигателя?

Скорость истечения газов из двигателя зависит от топлива, давления газов в двигателе и его конструкции.

Влияние топлива на скорость истечения сказывается в основном в том, что скорость истечения тем больше, чем больше теплотворная способность топлива, т. е. тепло, которое выделяет при сгорании каждый килограмм топлива.

Чтобы отчетливее представить себе влияние на скорость истечения теплотворной способности топлива, попробуем повнимательнее присмотреться к явлениям, происходящим в любом ракетном двигателе, т. е. к рабочему процессу двигателя.

Пусть в двигателе произошла химическая реакция (будем считать для определенности — сгорание), в результате которой выделилось какое-то количество тепла.

Вследствие этого газообразные продукты реакции — пары углекислоты, пары воды, азот и др. — сильно нагреваются, так что температура их достигает 2500 °C и более. Мы знаем из физики, что температура газа есть мера скорости движения его молекул; когда газ очень нагрет, то молекулы его движутся с очень большими скоростями. Однако непосредственно эту скорость движения молекул газа использовать для создания реактивной тяги нельзя, потому что молекулы внутри двигателя движутся беспорядочно, неорганизованно, во всех направлениях; имеет место так называемое тепловое движение молекул. Каждая молекула, отражаясь от стенок двигателя, создает, конечно, микроскопическую реактивную силу, но суммарная равнодействующая — результат бесчисленного множества таких молекулярных ударов, равна нулю. Благодаря хаотичности движения молекул давление на все стенки двигателя одинаково и никакого реактивного эффекта не получается.

Чтобы создать реактивную силу, необходимо обеспечить упорядоченное, организованное истечение молекул газа из двигателя в одном направлении; тогда реактивный эффект всех вытекающих молекул суммируется, давая в результате нужную нам реактивную силу. Поэтому всякий ракетный двигатель по идее представляет собой машину для извержения молекул газа с максимально возможной скоростью в одном, общем для всех молекул, направлении, следовательно, машину для преобразования химической энергии топлива сначала в тепловую энергию беспорядочного движения молекул, а затем в скоростную (кинетическую) энергию их упорядоченного истечения из двигателя.

Таким образом первая часть рабочего процесса ракетного двигателя заключается в преобразовании химической энергии топлива в тепловую. Это преобразование осуществляется в ходе химической реакции внутри двигателя, в той его части, которую называют камерой сгорания, и происходит обычно при постоянном давлении.

Вторая часть рабочего процесса двигателя заключается в преобразовании тепловой энергии хаотического движения молекул в скоростную энергию их организованного истечения, т. е. в скоростную энергию реактивной струи газов, вытекающих из двигателя. Это преобразование осуществляется в процессе расширения газов от давления, имеющего место в камере сгорания двигателя, до атмосферного давления, т.  е. до давления на выходе из двигателя, и обычно происходит в той его части, которая носит название сопла.

В современных ракетных двигателях указанный выше рабочий процесс происходит непрерывно, хотя возможны двигатели прерывного действия, в которых подача топлива в камеру сгорания и все последующие процессы происходят периодически.

Таким образом общим результатом рабочего процесса ракетного двигателя является преобразование химической энергии топлива в скоростную энергию струи газов, вытекающих из сопла в атмосферу. Однако при этом далеко не вся химическая энергия топлива (теплотворная способность) переходит в скоростную энергию струи, а только определенная часть ее. Чем совершеннее рабочий процесс, тем больше эта полезно используемая часть теплотворной способности топлива. В современных; ракетных двигателях в скоростную энергию струи газов переходит меньше половины тепла, заключенного в топливе[2]. Большая часть (до 2/3) этого тепла представляет собой потери рабочего процесса. Часть тепла теряется из-за неполного сгорания топлива, а другая, большая, теряется вместе с газами, выходящими из двигателя, так как их температура очень высока (1000–1500 °C). Уменьшение этих потерь рабочего процесса приводит к увеличению скорости истечения и, следовательно, увеличению тяги. Однако, как учит термодинамика — наука о преобразовании тепла в работу, — все тепло не может перейти в скоростную энергию газов. Некоторая часть этого тепла представляет собой неизбежные потери.

Теперь ясно, как теплотворная способность топлива влияет на скорость истечения. Чем больше теплотворная способность, тем больше тепловой энергии, при данной степени совершенства рабочего процесса двигателя, переходит в скоростную энергию газов, т. е. тем больше скорость истечения. И физически очевидно, что чем больше скорость теплового движения молекул после сгорания, тем больше и скорость истечения газов из двигателя.

С другой стороны, чем совершеннее рабочий процесс двигателя, тем также больше скорость истечения. Поэтому, например, более удачная конструкция двигателя, в частности, сопла, позволяющая лучше организовать истечение, т. е. добиться, чтобы скорости молекул газа на выходе из двигателя имели одинаковое направление и были большими по величине, также приводит к увеличению тяги.

Такое же влияние оказывает давление газов в камере сгорания двигателя. Чем больше это давление по сравнению с атмосферным, т. е. с давлением газов на выходе из двигателя, тем большая доля тепла переходит в скоростную энергию газов и поэтому больше скорость истечения и тяга двигателя, рассчитанного на это увеличенное давление.

Из всех внешних условий (скорость полета, состояние атмосферы и др.) только атмосферное давление оказывает некоторое, да и то небольшое, влияние на рабочий процесс ракетного двигателя. Эта независимость рабочего процесса от внешних условий является важным свойством ракетного двигателя. Благодаря этому свойству скорость истечения и секундный расход газов, а следовательно, и тяга ракетного двигателя, также остаются постоянными при изменении внешних условий.

Только при изменении атмосферного давления, например с изменением высоты полета, тяга несколько изменяется — с увеличением высоты тяга растет.

Особенно важным является то, что тяга остается постоянной при изменении скорости полета.

Толкать — Thrust — qaz.wiki

Сила реакции

Pratt & Whitney F100 реактивный двигатель проходит испытания. Этот двигатель производит струю газа для создания тяги. Его цель — привести в движение реактивный самолет.

Тяга — это сила реакции, количественно описываемая третьим законом Ньютона . Когда система выталкивает или ускоряет массу в одном направлении, ускоренная масса вызывает приложение силы равной величины, но в противоположном направлении, к этой системе. Сила , приложенная на поверхности в направлении , перпендикулярном или нормали к поверхности также называют тяги.

Сила и, следовательно, тяга измеряется с помощью Международной системы единиц (СИ) в ньютонах (символ: N) и представляет собой величину, необходимую для ускорения 1 килограмма массы со скоростью 1 метр в секунду в секунду . В машиностроении сила, перпендикулярная основной нагрузке (например, в параллельных косозубых зубчатых колесах ), называется статическим усилием .

Примеры

Силы на поперечном сечении крыла

С неподвижным крылом самолета создает тягу вперед , когда воздух выталкивается в направлении , противоположном направлению полета. Это можно сделать несколькими способами, включая вращающиеся лопасти пропеллера или вращающийся вентилятор, выталкивающий воздух из задней части реактивного двигателя , или выбрасывая горячие газы из ракетного двигателя . Прямая тяга пропорциональна массе воздушного потока, умноженной на разницу в скорости воздушного потока. Обратную тягу можно создать для облегчения торможения после приземления путем изменения шага лопастей винта с переменным шагом или с помощью реверсора тяги на реактивном двигателе.

Винтокрылые летательные аппараты и летательные аппараты V / STOL с вектором тяги используют тягу двигателя, чтобы выдерживать вес самолета, и векторную сумму этой тяги вперед и назад для управления скоростью движения.

Катер создает тягу (или обратную тягу) , когда пропеллеры обращены к ускорению воды в обратном направлении (или вперед). Возникающая в результате тяга толкает лодку в направлении, противоположном сумме изменения количества движения воды, протекающей через гребной винт.

Ракета продвигается вперед с помощью силы тяги равны по величине, но противоположны по направлению, к времени скорости изменения импульса отходящего газа ускоряется из камеры сгорания через сопло ракетного двигателя. Это скорость истечения относительно ракеты, умноженная на скорость выброса массы, или в математических терминах:

Т знак равно v d м d т {\ Displaystyle \ mathbf {T} = \ mathbf {v} {\ frac {\ mathrm {d} m} {\ mathrm {d} t}}}

Где T — создаваемая тяга (сила), — это скорость изменения массы во времени (массовый расход выхлопных газов), а v — скорость выхлопных газов, измеренная относительно ракеты. d м d т {\ displaystyle {\ frac {\ mathrm {d} m} {\ mathrm {d} t}}}

Для вертикального пуска ракеты начальная тяга при взлете должна быть больше веса.

Каждый из трех главных двигателей космического корабля «Шаттл» мог производить тягу 1,8  меганьютона , а каждый из двух твердотопливных ракетных ускорителей космического корабля — 14,7  МН (3 300 000  фунтов силы ), вместе взятые — 29,4 МН.

Напротив, упрощенная система помощи при EVA Rescue (SAFER) имеет 24 подруливающих устройства по 3,56 Н (0,80 фунт-силы) каждый.

В воздушно-реактивной категории реактивный двигатель AMT-USA AT-180, разработанный для радиоуправляемых самолетов, обеспечивает тягу 90 Н (20 фунт-сила-сила ). Двигатель GE90 -115B, установленный на Boeing 777 -300ER, признанный Книгой рекордов Гиннеса «Самым мощным в мире коммерческим реактивным двигателем», имеет тягу 569 кН (127 900 фунтов силы).

Концепции

Тяга к власти

Мощность, необходимая для создания тяги, и сила тяги могут быть связаны нелинейным образом. {3}} {4 \ rho A}}}

Обратите внимание, что эти расчеты действительны только для случая, когда входящий воздух ускоряется с места — например, при зависании.

Обратная величина константы пропорциональности, «эффективность» идеального двигателя малой тяги, пропорциональна площади поперечного сечения перемещаемого объема жидкости ( ) и плотности жидкости ( ). Это помогает объяснить, почему передвигаться по воде легче и почему у самолетов гораздо большие винты, чем у судов. А {\ displaystyle A} ρ {\ displaystyle \ rho}

Тяга к движущей силе

Очень часто возникает вопрос, как сравнить тягу реактивного двигателя с номинальной мощностью поршневого двигателя. Такое сравнение затруднительно, поскольку эти величины не эквивалентны. Поршневой двигатель не перемещает самолет сам по себе (винт делает это), поэтому поршневые двигатели обычно оцениваются по тому, какую мощность они передают на винт. За исключением изменений температуры и давления воздуха, эта величина в основном зависит от настройки дроссельной заслонки.

У реактивного двигателя нет пропеллера, поэтому тяговая сила реактивного двигателя определяется по его тяге следующим образом. Сила — это сила (F), необходимая для перемещения чего-либо на некоторое расстояние (d), деленная на время (t), необходимое для перемещения на это расстояние:

п знак равно F d т {\ displaystyle \ mathbf {P} = \ mathbf {F} {\ frac {d} {t}}}

В случае ракеты или реактивного самолета сила в точности равна тяге (Т), создаваемой двигателем. Если ракета или самолет движется примерно с постоянной скоростью, то расстояние, разделенное на время, будет просто скоростью, поэтому мощность равна силе тяги, умноженной на скорость:

п знак равно Т v {\ Displaystyle \ mathbf {P} = \ mathbf {T} {v}}

Эта формула выглядит очень удивительно, но она верна: тяговая мощность (или доступная мощность ) реактивного двигателя увеличивается с его скоростью. Если скорость равна нулю, то тяговая мощность равна нулю. Если реактивный самолет работает на полностью открытой дроссельной заслонке, но прикреплен к статическому испытательному стенду, то реактивный двигатель не производит тяги, однако тяга все равно создается. Комбинированный поршневой двигатель-гребной винт также имеет тяговую мощность с точно такой же формулой, и она также будет равна нулю при нулевой скорости — но это для набора двигатель-гребной винт. Сам по себе двигатель будет продолжать вырабатывать свою номинальную мощность с постоянной скоростью, независимо от того, движется самолет или нет.

А теперь представьте, что прочная цепь разорвана, и реактивный самолет и поршневой самолет начинают двигаться. На малых скоростях:

Поршневой двигатель будет иметь постоянную 100% мощность, а тяга винта будет изменяться в зависимости от скорости
. Реактивный двигатель будет иметь постоянную 100% тягу, а мощность двигателя будет изменяться в зависимости от скорости.

Избыточная тяга

Если летательный аппарат с двигателем создает тягу T и испытывает сопротивление D, разница между ними, T — D, называется избыточной тягой. Мгновенные характеристики самолета во многом зависят от избыточной тяги.

Избыточная тяга — это вектор, который определяется как разность векторов между вектором тяги и вектором сопротивления.

Ось тяги

Ось тяги для самолета — это линия действия полной тяги в любой момент времени. Это зависит от расположения, количества и характеристик реактивных двигателей или гребных винтов. Обычно она отличается от оси сопротивления. Если это так, расстояние между осью тяги и осью сопротивления вызовет момент, которому необходимо противодействовать за счет изменения аэродинамической силы на горизонтальном стабилизаторе. Примечательно, что Boeing 737 MAX с более крупными двигателями с более низкой посадкой, чем предыдущие модели 737, имел большее расстояние между осью тяги и осью сопротивления, в результате чего носовая часть поднималась вверх в некоторых режимах полета, что требовало системы управления по тангажу, MCAS . Ранние версии MCAS катастрофически работали со сбоями в полете, что привело к гибели более 300 человек в 2018 и 2019 годах.

Смотрите также

Рекомендации

Что такое тяга электромотора и как её расчитать, зависимость скорости от тяги

Поиск

Тяга электромотора

Тяга — еще одна часто используемая характеристика электромоторов для лодок. Она измеряется в фунтах или ньютонах (lbs) и характеризует силу, возникающую при вращении винта. Тяга определяется в ходе испытаний, во время которых лодка соединена с пирсом, а ее двигатель работает на полную мощность. Испытания проводятся в спокойной воде, в безветренную погоду, на достаточной глубине и расстоянии от берега.

Тягу используют при выборе электромотора для лодки определенного размера и веса. Если предполагаемые условия эксплуатации лодки отличаются от тестовых, то выбирают мотор с большей тягой.

Тяга и мощность связаны следующим образом. Во время вращения лодочного винта возникает сила, которая заставляет лодку двигаться и преодолевать сопротивление воды и ветра. Перемещая лодку сила совершает работу. Мощность, которую необходимо подводить к винту для выполнения этой работы равна сопротивлению воды, умноженному на скорость лодки.

N = R*v

Так как из-за неэффективности системы часть энергии теряется, мощность, затрачиваемая на движение судна, меньше потребляемой двигателем.

Тяга, указываемая производителем электромотора для лодки — это максимальная тяга, которую он развивает.

Тяга и скорость лодки

Поскольку тяга — это статическая характеристика силы, толкающей лодку, не обязательно, что большая тяга приведет к большей скорости движения.  Скорость лодки с электромотором в первую очередь зависит от шага винта и числа оборотов двигателя.

Если известно число оборотов двигателя и шаг винта 4” (винт Minn Kota) можно вычислить скорость с которой электромотор толкает или тянет небольшую лодку. Для этого воспользуемся следующей формулой:

Шаг винта в дюймах, умножим на число оборотов двигателя в минуту и на 0,85 (коэффициент проскальзывания винта). Получим дюймы в минуту. Разделив результат на 12 — футы в минуту. Футы в минуту, умноженные на 60 равны футам в час. Футы в час, деленные на 5280 (количество футов в миле) дадут мили в час.

((4 х 1540 х 0,85) / 12) х (60/5280) = 4,96 м/час или 7.98 км/ч

Сравнение эффективности и мощности электромоторов для лодок и лодочных бензиновых двигателей. (по данным компании Torqeedo)

Сколько лошадиных сил может быть у самолетов, поездов и пароходов

Авиация

Airbus A380 располагает четырьмя моторами и где-то 110 000 л.с. «на круг«Первому самолету (братьев Райт — верно), чтобы подняться в воздух, хватило 40 л.с., а теперь давайте сразу к разоблачениям: современные самолеты, располагая сотнями «лошадей», вряд ли даже оторвутся от полосы. Это крохотная Cessna-182 массой в 900 кило может довольствоваться всего 230 л.с., а вот коммерческому Boeing-737 с его 190 посадочными местами (кстати, такой себе средний самолетик по меркам пассажировозов с крыльями) не помешала бы пара тысяч «лошадок». Они у него есть: два турбовентиляторных мотора CFM выдают тягу до 12 тонн силы каждый, что в общей сложности можно назвать 25 000 лошадиными силами на взлете.

Нужны штуки помощнее? Что ж, у дальнемагистрального Boeing 777 есть два двигателя размером с торговый ларек, по 570 000 ньютонов (примерно по 45 000 лошадиных сил) каждый. А самый крутой из «Эйрбасов» — двухэтажный 280-тонный Airbus A380 — располагает четырьмя моторами и где-то 110 000 силами «на круг».

Кстати, эта цифра не так уж далека от той, что выдают шесть моторов Ан-225 — самого большого транспортника в мире. Самолет, способный взять на борт что угодно вплоть до 200-тонной электростанции или космического челнока и поднять это хозяйство на высоту 12 км, «выдает» эквивалент 111 000 лошадиным силам. Как говорится, вот тебе, бабушка, и Golf GTI…

Суда

На флоте (военном или гражданском) все немножечко проще. Чтобы понять и оценить мощность плавсредства (авианосца «Мистраль» или лодочного мотора), необязательно вооружаться калькулятором и учебником по математике и переводить все эти килограммы силы и килоньютоны во что-то привычно-осязамое — как правило, здесь мощность мотора указана именно в «кониках».

Крейсер «Петр Великий» оснащен атомным двигателем мощностью 140 000 л.с.Простой пример — рыбалка. Чтобы поохотиться на карпа с середины озера, вам нужна лодка. Пожалуйста, на выбор подвесные моторы мощностью от 2 до 300 лошадиных сил. Конечно, для более крупной охоты и целой тысячи сил мало. Например, мощность двух газотурбинных установок General Electric американского эсминца Carney класса «Арли Берк» (с управляемыми ракетами), направленного ВВС США в Средиземное море, составляет 108 000 лошадиных сил. Кстати, форсажная мощность уже дежурящего там российского ракетного крейсера «Москва» чуть-чуть ниже — около 90 000 л.с. Зато крейсер «Петр Великий», гордость военного флота России, все же помощнее — 140 000 «лошадей», правда, по большей части атомных.

А что на гражданке? Ну, теплоход «Москва», что курсирует по водным артериям столицы, по мощности сопоставим с горячей Audi RS 3 или самым слабым из Mercedes-Benz Gelandewagen (несмотря на силовую установку из двух танковых V12). Штуки побольше, типа австралийского парома The Cat, располагают тысячами лошадиных сил (у аэродинамического The Cat их 38 000, как у 25 Bugatti Chiron). В классе частных суперъяхт сейчас лидируют штуки в миллиард долларов, но у них редко отыщешь больше 40 тысяч сил. И чтобы пощекотать себе нервы реально большими цифрами, лучшее решение — смотреть в сторону океанских лайнеров. Например, мировой гигант — Oasis of the Seas, оснащенный тремя 1050-литровыми V12 и тремя 1400-литровыми V16, имеет суммарный объем 7 350 литров и суммарную же мощность 136 900 сил. Туше!

Поезда

Брянский тепловозов ТЭМ18 снабжен четырехтактным дизелем мощностью как у Bugatti Veyron Grand Sport VitesseЖелезные дороги — мир больших цифр в плане расстояний, но никак не мощности. Верно? А если вспомнить типичный прогон товарного состава через переезд, когда в ожидании проезда десятков составов успеваешь выспаться? То-то же. Причем, что удивительно: на то чтобы тягать почти сотню вагонов угля, нефтепродуктов, тачек и прочей почты, хватает усилий двух-четырех тепло- или электровозов. Какая мощность у этих силачей?

Ну, пожалуй, самый известный и узнаваемый из тепловозов — маневровый (читай, для работы на небольших расстояниях) брянский ТЭМ18. Он снабжен четырехтактным дизелем и обладает мощностью целого Bugatti Veyron Grand Sport Vitesse — солидными 1 200 лошадиными силами. Правда, скорость у «восемнадцатого» никакие не 400 км/ч, а жестко конструкционная «сотка». Впрочем, и она для 126-тонной махины — почти что достижение.

6 000 «лошадей» — цифры поинтереснее. Примерно столько выдают два дизеля двухсекционного магистрального 2ТЭ10В — как правило, именно этот тепловоз можно встретить во главе длинного товарного состава из цистерн, платформ и хопперов. Что касается новинок, то, к примеру, часовая мощность новенького электровоза 2ЭС10 «Гранит» (с возможной нагрузкой в 7 000 тонн) составляет 8 800 кВт, что эквивалентно 12 000 привычным нам лошадиным силам. А знаменитый «Сапсан» (или Siemens Velaro), курсирующий из Москвы в Питер и Нижний Новгород и способный разгоняться до 250 и даже 300 км/ч, имеет выходную мощность в 8 000 кВт — условно говоря, как у двух электричек, ездящих от Казанского вокзала.

Космос

Если споры о мощности зашли так далеко, то лучше сразу забыть про десятки, сотни и даже тысячи лошадиных сил. В сфере, построенной на желании преодолеть притяжение Земли, такие вещи как чип-тюнинг или расточка блока ради лишних 10 л.с. — все равно что пшик. Еще в 1960-е годы (полвека назад, на секундочку) часто произносимой фразой в мире ракетостроения была — приготовьтесь! — «расчетные 20 миллионов лошадиных сил». Съели?! Ракета «Протон» с ее 900 тонн тяги — 60 миллионов «лошадей». «Сатурн-5» — 3 000 тонн тяги и 200 миллионов «лошадей». И плевать на то, что эти «лошади», по сути, мало что говорят о характеристиках ракеты. Цифры — просто космос.

Фото © Ironjohn | Dreamstime.com

Новости: Очень важный момент — Эксперт

По словам московских дилеров, уже очень многие покупатели сегодня кропотливо сравнивают различные характеристики моделей, просят объяснить, какие качества мотора будут больше востребованы в тех или иных условиях эксплуатации, как поведет себя машина, к примеру, на скверном покрытии или с прицепом. И здесь одним из важнейших показателей становится максимальный крутящий момент, который имеет не меньшее значение, чем «поголовье» механических лошадей.

Недавно тестировали во Франции «заряженную» версию Peugeot 206 RC со 177-сильным бензиновым двигателем, и часть маршрута пролегала по лабиринту второстепенных дорог. Эскортировала по нему сотрудница Peugeot за рулем той же 206-й, но с двухлитровым турбодизелем HDi. И хотя эта машина имела вдвое меньше «лошадей» под капотом, держаться у нее на хвосте оказалось непросто. На автостраде же бензиновый RC не оставил «соляроядному» родственнику никаких шансов. А дело в том, что в первом случае свою роль сыграл больший крутящий момент (или тяга) дизеля на низких оборотах, влияющий на способность автомобиля ускоряться. Во втором же сказалось подавляющее преимущество бензинового мотора в мощности, которая при прочих равных условиях определяет максимальную скорость машины.

На деле разграничить крутящий момент и мощность сложнее, чем разделить сиамских близнецов. Достаточно сказать, что на испытательных стендах измеряется (при разном числе оборотов и полностью выжатой педали газа) именно тяга двигателя, а затем с помощью нехитрой формулы рассчитывается его мощность. Схематично это выглядит как произведение величины крутящего момента и числа оборотов мотора. Возможности наращивания тяги не беспредельны, и, достигнув максимума, она начинает снижаться. Пока эту убыль компенсирует рост оборотов, мощность продолжает расти, а автомобиль — набирать скорость.

Сегодня «гроссмейстерским» нормативом для бензиновых безнаддувных двигателей считается, если максимальная тяга выражается цифрой (в Ньютон/метр), равной 1/10 кубатуры мотора. Если у вас соотношение заметно меньше, следует обратить внимание на снаряженную массу машины. Так, трехлитровый итальянский двигатель V6 с тягой в 265 Нм способен разогнать полуторатонную Alfa Romeo 166 с места до «сотни» за 7,9 с. Но результат оказывается намного скромнее, когда тот же мотор установлен на Lancia Thesis, которая на 300 кг тяжелее.

Проблема тягового голодания незнакома дизелям, от природы обладающим на треть лучшей эффективностью, чем бензиновые двигатели. Проще говоря, дизели меньше работают на обогрев атмосферы и больше — на ускорение автомобиля. Вот еще один пример. При разгоне с 80 до 120 км/ч на четвертой передаче новая «пятерка» BMW с трехлитровым турбодизелем почти на две секунды превосходит версию 530i с бензиновым мотором того же объема. Это происходит потому, что «соляроядный» мотор выдает 500 Нм крутящего момента уже при 2000 об./мин. против максимальных 300 Нм при 3500 об./мин. у 530i. Наиболее явно подобное преимущество в тяге проявляется, к примеру, на горном серпантине или при перестроениях в сутолоке городских улиц — там, где сложно раскрутить мотор до пиковой мощности, обозначенной в лошадиных силах.

Правда, сила отталкивания покрышек ведущих колес от полотна трассы зависит не только от величины крутящего момента двигателя. В шоссейно-кольцевых гонках нередко используют шины с уменьшенным внешним диаметром. Это позволяет без переделки коробки передач полнее реализовать тяговое усилие, пусть и в ущерб максимальной скорости. В случае с серийными моделями эстетическими соображениями пренебречь невозможно (покрышки большего диаметра смотрятся эффектно), поэтому единственным «трансформатором» генерируемой мотором тяги служит трансмиссия. Растянутые низшие передачи рекомендуются моделям с высоким крутящим моментом на «низах». В противном случае при разгоне они будут шлифовать покрышки даже о сухой асфальт. Но одними механическими средствами проблему не решить. Попробуйте, например, совладать с лавиной крутящего момента в 750 Нм, которую создает фольксвагеновский десятицилиндровый битурбодизель уже при 2000 об./мин.! Тут без электронной «уздечки» в виде систем контроля тяги и стабилизации не обойтись.

Для полноты представления о динамике машины помимо максимальной величины крутящего момента важно знать, насколько быстро он достигает пика и как долго удерживается на нем. Наглядное представление об этом дает график тягово-мощностных характеристик двигателя. Моторы, у которых кривая крутящего момента имеет выраженную вершину в зоне высоких оборотов, предназначены в основном для гоночных моделей, чей удел — борьба на пределе возможного. В обычных дорожных условиях они теряют свой пыл или обрекают владельцев на постоянное «подтыкание» низших передач и, как следствие, на частое посещение бензоколонок.

Если кривая крутящего момента стремительно взлетает вверх и столь же стремительно идет вниз (ситуация характерна для высокомощных турбодизелей), то, скорее всего, для интенсивного разгона вам понадобится часто жать на педаль сцепления и активно орудовать рычагом коробки передач, число которых в этом случае увеличивается до шести. Можно переложить заботу о смене диапазонов на коробку-автомат, но тогда придется поступиться динамикой и экономичностью.

Чаще инженеры стремятся получить спрямленную характеристику крутящего момента и приблизиться к его максимуму уже в диапазоне низких-средних (до 3500 об./мин.) оборотов — такие моторы называют приемистыми. Городским моделям это позволяет резво уходить со светофора и юрко сновать в плотном потоке. Двигателям внедорожников приемистость необходима не только в качестве «противовеса» большой массе автомобиля (к тому же нередко выступающего как буксировщик прицепа) при движении по дорогам, но и вне их. Взять с места крутой холм или спуститься с него, не набрав опасной скорости при отпущенной педали газа, позволяют высокий крутящий момент на «низах» и его антипод — тормозящий момент мотора.

На днях довелось испытать Jeep Grand Cherokee в исключительно тяжелых условиях. Машины преодолевали чрезвычайно крутые горные подъемы и спуски, перебирались через огромные валуны и ямы. Внедорожник, весящий две с половиной тонны, проходил эти препятствия без видимых усилий, деловито и уверенно. И ключевую роль здесь играл именно большой крутящий момент, который иногда еще образно называют «прущим» моментом: на понижающей передаче дизельный мотор объемом 3,7 литра действительно просто пер машину на самые крутые склоны.

Впрочем, дилемма — приемистость или взрывной спортивный темперамент на «верхах» — стала утрачивать прежнюю остроту с появлением совершенных электронных систем управления двигателем: бензиновые моторы BMW и Honda доказывают это со всей очевидностью. Возможно, лет через двадцать-тридцать проблема приемистости вообще будет снята с повестки дня. На смену двигателям внутреннего сгорания придут электромоторы, которые мгновенно выходят на пик тяги.

Тягово-мощностные характеристики 4,4-литрового бензинового V8 модели BMW 745i и 3-литрового рядного 6-цилиндрового турбодизеля модели BMW 530dBMW 745i: спортивность — отличительная черта моделей BMW, поэтому характеристика крутящего момента двигателей «баварцев» всегда имеет выраженный пик.

BMW 530d: такая кривая крутящего момента характерна для высокомощных турбодизелей. Чтобы полнее использовать их максимальную тягу, сосредоточенную в узком диапазоне оборотов, необходима 6-ступенчатая коробка передач.

Возможны варианты
В гамме автомобильных концернов обычно соседствуют модели нескольких классов, моторы которых должны обладать разным характером. Однако это не означает, что каждый раз с нуля проектируется новый двигатель — это слишком дорого. Гораздо дешевле «перенастроить» тягу уже имеющейся силовой установки.

 

Вариантов несколько, но все они основаны на одном принципе. Увеличивая или уменьшая количество топлива, подаваемого в цилиндры за рабочий цикл, можно менять величину крутящего момента. Использовать ли впускные коллекторы иной длины, другой механизм газораспределения, варьировать ли параметры турбонаддува — это уже дело техники. Главное, что в итоге получаются разные моторы даже при сохранении равной мощности.

 

Так, прежний 1,9-литровый турбодизель минивэна Fiat Multipla выдавал практически ровный крутящий момент в рабочем диапазоне оборотов в полном соответствии с характером семейного авто. Но такая тяговая прямолинейность для спортивной модели оказалась недостаточной — здесь важно чувствовать пик ускорения. Поэтому оставшийся неизменным в своей основе 105-сильный мотор стараниями инженеров изменил настройку, получив иную максимальную величину и характеристику крутящего момента. Это позволило ему занять место под капотом стремительной Alfa Romeo 156.

 

★ Удельная тяга — авиация .. Информация

Пользователи также искали:

формула тяги жрд, суммарный импульс тяги ракетного двигателя, удельная тяга двигателя формула, удельная тяга единица измерения, удельная тяга формула, удельная тяга трд, тяга, удельная, Удельная, Удельная тяга, двигателя, формула, ракетного, импульс, тяги, удельная тяга трд, тяга ракетного двигателя, формула тяги жрд, суммарный, единица, измерения, удельный, удельная тяга формула, удельная тяга двигателя формула, удельная тяга и удельный импульс, удельная тяга единица измерения, суммарный импульс тяги ракетного двигателя, удельная тяга, авиация. удельная тяга,

Почему мощность двигателя измеряется в лошадиных силах?

Почему мощность двигателя измеряется в лошадиных силах?

Выпуски программы «Тест-драйв онлайн» / 23 января 2019

Когда кто-то спрашивает: какую мощность развивает твоя машина? Мы отвечаем: столько-то лошадей. При этом, почему отдачу дизельного или бензинового мотора измеряют в лошадиных силах, а не в мулах или быках, мы не задумываемся. Так от чего же мощностные показатели измеряют в лошадях? И кто первым придумал этот метод? Давайте разбираться вместе.

На самом деле достоверных, на все сто процентов сведений, о происхождении этой единицы измерения нет. Принято считать, что ввел «лошадиную» систему шотландский инженер Джеймс Уатт. Этот человек изобрел паровой двигатель нового поколения в 1780 году. Дело в том, что пароатмосферная машина Томаса Ньюкомена, хоть и получила широкое распространение, тем не менее, была довольно опасной в эксплуатации. Она иногда взрывалась. К тому же львиная доля энергии тратилась впустую. Так вот, Уатт решил усовершенствовать принцип работы машины Ньюкомена, на это ему потребовалось более двадцати лет. Тем не менее, он добился своего и придумал, как сделать паровой двигатель универсальным.

Дело в том, что модель Ньюкомена нашла применение лишь на мельницах и в горном деле, тогда как Уатт расширил рамки применения двигателя и приспособил его для использования во всех отраслях. И именно его можно считать отцом промышленной революции в Великобритании. Но сегодня речь собственно не о паровых машинах. Джеймс Уатт был не только изобретателем, но и предпринимателем. Он первоначально пытался продавать свои машины по системе «роялти». Фактически в рассрочку. Клиенты платили ему треть денег, сэкономленных на эксплуатации топлива.

По разным данным, убеждая первого покупателя пивовара, в целесообразности усовершенствовать процесс, Уатт предложил тому сравнить производительность лошади и его агрегата. Пивовар был хитер и решил сжульничать, поставив за насос, самую сильную лошадь и заставил ту работать на пределе возможностей. Паровая же машина Джеймса не только сравняла результаты, но и превысила их. Более того, Уатт придумал измерять мощность в лошадях. Не знаю какие точно он проделывал испытания, одно доподлинно известно, что, по его мнению, 60 секунд работы животного равны 43 тысячам Джоулей. Он округлил результат до 45 тысяч и получил тем самым одну лошадиную силу.

Тут правда возникает много вопросов. Лошадь не может работать 24 часа, тогда как машине отдых не нужен. То есть Уатт переоценил возможности парнокопытного. А значит и мощность эта приблизительна, и паровая машина обладала большей производительностью. Было ли именно так, на самом деле, мне не ведомо. Но факт остается фактом. Именно с конца восемнадцатого века мощность моторов измеряют в лошадиных силах. По другой версии он просто проанализировал то, как работают лошади в шахтах. Дело в том, что в Англии существовала в то время единица объема «Баррель», это приблизительно 173 килограмма. Так вот, воду, породу и людей вытаскивали в то время из шахты именно в бочках. Вытянуть же такой вес могло лишь две лошади впряженных в дышло, со скоростью около 4 километров в час. Рассчитав, что за восемь часов работы каждое животное проходит 30 километров, а усилие составляет 15 процентов от ее веса, Уатт помножил эти значения и вывел искомую лошадиную силу.

 Забавно, что уже в 1882 году на конгрессе Британской научной ассоциации была принята новая единица измерения мощности – Ватт. И назвали ее в честь создателя усовершенствованной паровой машины Джеймса Уатта. Да, разночтение в фамилии – это особенность английского языка, ведь первая буква в фамилии ученого W. Так, что транскрибировать ее можно по-разному.

Тяга и мощность

Определения

Работа

[Dole, стр. 8] Работа требует, чтобы сила перемещала объект в направлении силы:

Работа = сила x расстояние

Работа измеряется в фут-фунтах.

Энергия

[Dole, стр. 8] Энергия — это способность выполнять работу, которая проявляется во многих формах, таких как солнечная, химическая или тепловая. В авиации нас интересует механическая энергия, которая имеет две формы:

• Потенциальная энергия положения, или, проще говоря, потенциальная энергия (PE).Это можно назвать как вес объекта (W), умноженный на высоту (H) объекта над некоторой базовой плоскостью:

PE = Wh

• Кинетическая энергия (KE) — это энергия, возникающая в результате движения (V) массы (м):

KE = 1/2 мВ ²

Полная механическая энергия TE объекта составляет:

TE = PE + KE

л.с.

Джеймс Ватт использовал существующую идею сравнения производительности машин и лошадей, чтобы помочь продвинуть свой улучшенный паровой двигатель.Ватт определил, что лошадь может вращать мельничное колесо 144 раза за час (или 2,4 раза в минуту). Колесо было 12 футов в радиусе; следовательно, лошадь прошла 2,4 × 2π × 12 футов за одну минуту. Ватт решил, что лошадь могла тянуть с силой 180 фунтов. Итак:

		Вт		Fd		(180 фунтов) (2,4 x 2Π x 12 футов)			фут • фунт-сила
п.	=	——	=	——	=	————————————————	=	32 572	——————
		т		т		1 мин			мин.

С этого момента считается, что мощность в лошадиных силах составляет 33 000 фут-фунт / мин или 550 фут-фунт / сек.

Мощность

[Dole, стр. 9] Мощность определяется как скорость выполнения работы:

		работа		сила x расстояние
Мощность	=	———————————	=	———————————
		время		время

Но поскольку расстояние / время = скорость:

Мощность = сила x скорость

Поскольку 1 л.с. = 550 фунт-сила-футов в секунду, формула для расчета мощности может быть следующей:

		сила x скорость
лошадиные силы	=	———————————	(фут-фунт / сек)
		550

Поскольку морская миля составляет 6076 футов, а в часе 3600 секунд, уравнение можно переписать, используя узлы для скорости как таковые:

		тяга x V		телевизор
лошадиные силы	=	———————————	=	———————————
		325		325

Тормозная мощность (л.

с.)

Гаспар де Прони, французский инженер, в 1821 году придумал способ измерения производительности двигателя, обернув шнур или ремень вокруг выходного вала и измерив силу, передаваемую на ремень за счет трения.

[Dole, стр. 99] Тормозная мощность — это мощность, измеренная на коленчатом валу (поршневые двигатели) или на валу турбины (газотурбинные двигатели).

Вал л.с. (SHP)

[Dole, стр. 99] Мощность на валу меньше, чем л. С. Из-за потерь в передаче при снижении оборотов двигателя до числа оборотов гребного винта. Измеряется на карданном вале.

Тяговая мощность (THP)

[Dole, стр. 99] Тяговая мощность — это полезная мощность.Это меньше, чем SHP из-за потери КПД винта. Не путайте THP с тягой. Тяговая мощность — это разновидность лошадиных сил, которая должна быть преобразована в единицы тяги следующим образом:

		325 x HP
Тяга	=	————
		В

Эквивалентная мощность на валу, л.

с. (ESHP)

[Dole, стр.99] Турбовинтовые самолеты производят как мощность, так и тягу. Количество создаваемой тяги составляет всего около 15% от общей. Поэтому они классифицируются как производители электроэнергии. Величина тяги, которую они производят, преобразуется в единицы мощности и добавляется к мощности на валу. Результат называется эквивалентной мощностью на валу:

				телевизор
EHSP	=	SHP	+	————————————————————
				325 x (КПД винта)

Тяга

Тяга, которую вы уже знаете, это просто сила реакции, описанная Вторым и Третьим законами движения Ньютона:

Второй закон: Ускорение тела прямо пропорционально и в том же направлении, что и результирующая сила, действующая на тело, и обратно пропорционально его массе. Таким образом, F = ma, где F — результирующая сила, действующая на объект, m — масса объекта, а a — ускорение объекта.

Третий закон: Когда одно тело оказывает силу на второе тело, второе тело одновременно оказывает силу, равную по величине и противоположную по направлению силе первого тела.

Самолет-энергетик

[Dole, стр. 94] Все летательные аппараты должны создавать тягу, чтобы преодолевать сопротивление самолета. В турбореактивных и других самолетах, создающих тягу, эта тяга создается непосредственно двигателем.В самолетах с воздушными винтами (или роторами) двигатель напрямую не создает тягу. Эти самолеты называются производителями энергии, потому что мощность вращает винт. Пропеллер, в свою очередь, развивает аэродинамическую силу, когда он вращается по воздуху; эта сила — тяга.

• Самолеты, создающие тягу, имеют более пологую кривую требуемой тяги, чем самолеты, создающие тягу; они могут работать рядом с стойлом, не требуя настройки очень высокой мощности.
• Турбинные двигатели наиболее эффективны на высоких оборотах; поршневые двигатели наиболее эффективны при более низких оборотах.

Тяговооруженный самолет

[Dole, стр. 68] Турбореактивные, прямоточные и ракетные самолеты являются примерами производителей тяги.

F = T = Q (V ₂ — V ₁ )

Где T = тяга (фунты)
Q = массовый расход воздуха
V ₁ = скорость на входе (фут / с)
V ₂ = скорость на выходе (фут / с)

[Dole, стр. 71] Турбореактивные самолеты рассчитаны на статическую тягу. Самолет удерживается от движения, а тяга измеряется и преобразуется в стандартные условия на уровне моря.

• Выходная тяга двигателя может быть увеличена либо за счет увеличения массового расхода воздуха, либо за счет увеличения отношения выходная скорость / скорость полета.
• Доступная тяга практически постоянна в зависимости от скорости полета.
• Тяга изменяется в зависимости от числа оборотов, но уменьшение тяги не является линейным с уменьшением числа оборотов.
• Тяга уменьшается с увеличением высоты.
• Более низкая температура повышает эффективность.

Самолет с турбовентилятором

Что насчет турбовентиляторного самолета? Например, CF-6 на этом B-747, как утверждается, пропускает 85% входящего воздуха вокруг внутреннего капота, где, как говорят, находится настоящая струя реактивного двигателя.Означает ли это, что это 85% вентилятор и 15% жиклер? Нисколько. На самом деле мощность и / или тяга таким образом не измеряются. Как и в случае с самолетом, создающим тягу, тяга двигателя измеряется в статических условиях и поэтому выражается в фунтах тяги. (Фактически, 65 000 фунтов тяги на двигатель.) Но что это значит? Посмотрите эту историю, демонстрирующую тягу в 58 000 фунтов: Jet Blast.

без названия

% PDF-1.7 % 57 0 объект > / OCGs [59 0 R] >> / PageLabels 51 0 R / Pages 14 0 R / Тип / Каталог >> эндобдж 58 0 объект > / Шрифт >>> / Поля 63 0 R >> эндобдж 56 0 объект > поток application / pdf

без названия

2011-10-29T15: 41: 51 + 08: 002012-06-25T13: 32: 30 + 02: 002012-06-25T13: 32: 30 + 02: 00 Acrobat Distiller 9. 4.6 (Windows) uuid: 529ee8f0-f924-5141-80a9-447342b51598uuid: fc485b81-840a-e04f-90c8-0d1d333dc003 конечный поток эндобдж 54 0 объект > эндобдж 51 0 объект > эндобдж 14 0 объект > эндобдж 1 0 obj > / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 15 0 объект > / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 20 0 объект > / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / Type / Page >> эндобдж 103 0 объект > поток HWkob xf-‘h] dE * $ W} cEj8; qw \ Z] 2 & i (c [% ^ _ VY4T ە ‘Ji8V5D «IXf @ 4 & 㟽 ݱ fU V (2ixҗTGB ܮ d퟽ҏkz} cWxqVYz: Ud; D և%, (> uq) gO7 ~ L: Ffu_Qe228c кДж8? ~%: GG ^ ԆV {9ZlQ + WUm ^ * Px Ս (Fm6qJ: ю = v, NuNXy +) f; pO0 \

Измерение тяги двигателя и оптического крутящего момента

VAF T-Sense и TT-Sense

Использование системы измерения крутящего момента T-Sense или системы измерения тяги и крутящего момента TT-Sense от VAF Instruments имеет разные последствия.

Система T-Sense предоставит вам необходимые данные; повышение эффективности, защита от перегрузки и предотвращение затрат на поломки.

С помощью TT-Sense вы получите представление об эффективности вашего гребного винта, сопротивлении корпуса и оптимизации шага судна. Данные, которые могут снизить ваши эксплуатационные расходы, поскольку они помогут вам установить оптимальную силовую установку и выявить возможные неисправности в двигательной установке на ранней стадии.Оба варианта довольно дороги.

И T, и TT-Sense предназначены для значительного снижения затрат на топливо. Например, в судоходстве их применение в некоторых случаях приводило к экономии топлива до 5%.

Свяжитесь с нашим специалистом для получения дополнительной информации о использовании , реализации и цене .

Как это работает

Хотя обе системы позволяют собирать ценные данные о производительности, их объем различен.

Оптическое устройство измерения крутящего момента T-Sense

Измерения крутящего момента T-sense помогут расширить ваши знания о характеристиках, поскольку измерения предоставят вам точную информацию о характеристиках двигателя, связанных с потребляемой энергией. T-Sense обеспечивает непрерывные измерения крутящего момента, скорости и мощности в режиме реального времени и, таким образом, дает вам ценную информацию о вашей работе и изменениях в ней, позволяя более эффективно управлять установкой с приводом от двигателя.

TT-Sense для измерения оптического усилия и крутящего момента

С другой стороны, измерения тяги и крутящего момента TT-Sense предоставляют вам точные измерения эффективности вашего гребного винта в зависимости от потребляемой энергии. TT-Sense обеспечивает непрерывные измерения в реальном времени тяги, крутящего момента, скорости и мощности, что позволяет отслеживать и контролировать рабочие изменения.

Это означает, что регистрация мощности, тяги, числа оборотов, крутящего момента и отношения гребного винта кН (тяга) / кВт (крутящий момент) может привести к оптимизации в виде:

Измерения эффективности гребного винта и оптимальной уставки в реальном времени предоставят экипажу информацию, позволяющую адаптировать управление гребным винтом к условиям плавания, и оказать им поддержку в принятии решений.

Имея измерения вашего дифферента в реальном времени, ваша команда может адаптироваться к условиям плавания.

Эта информация также позволит экипажу прогнозировать производительность на основе эффективности корабля в дополнение к отслеживанию эффективности гребного винта и двигателя. Это поможет принять решение в отношении планирования технического обслуживания, и экипаж сможет увидеть последствия очистки корпуса.

Использование данных морских испытаний и мониторинга данных позволит вам описать судовую силовую передачу и улучшить процесс принятия решений о замене гребного винта, а также поможет снизить уровень шума и износ гребного винта.

Что касается измерений тяги, эта информация улучшит вашу работу, контроль ее позиционирования и снижение вибраций.

Таким образом, установка TT-sense имеет широкий спектр преимуществ, которые в конечном итоге приведут к снижению эксплуатационных расходов и увеличению вашей прибыли.

Характеристики

T и TT-Senses удобны в использовании, а их интеллектуальный дизайн основан на проверенной и точной технологии с точными оптическими датчиками. Оба сенсора имеют прочную и долговечную конструкцию, способную противостоять суровым и меняющимся условиям морской индустрии.

Они имеют гарантированную высокую точность и общую погрешность менее 0,5% от полной шкалы.

T и TT-Sense поставляются с интерфейсным блоком, позволяющим легко подключаться к судовой сети передачи данных, системе мониторинга или управления.

Установка

T-Sense может быть установлен вокруг вала экипажем судна или верфью без помощи инженера или ввода в эксплуатацию.Однако TT-Sense требует помощи при установке. Обе измерительные системы не требуют обслуживания.

Свяжитесь с нашим специалистом для получения дополнительной информации о использовании , реализации и цене .

Тяга и тяга | Протокол

Гидравлические двигательные установки повсеместно используются в механической конструкции и используются каждый раз, когда требуется приложить относительную силу между механической системой и жидкостью.Все воздушные и водные суда используют жидкостные двигательные системы для создания движущих сил или толчков, необходимых для ускорения и управления через окружающую жидкость. Однако их использование не ограничивается транспортными средствами. Стационарные системы, такие как оборудование HVAC, также используют двигательные установки. Но в этих случаях они управляют циркуляцией самой жидкости. Это видео покажет, как тяга создается открытыми жидкостными двигательными установками, в категорию которых входят гребные винты и вентиляторы. И продемонстрируйте, как тяга и эффективность тяги можно оценить и измерить в лаборатории.

Тяга от жидкостных силовых установок открытого типа, таких как пропеллеры самолетов или гребные опоры лодок, создается за счет ускорения окружающей жидкости до высокой скорости. Эти системы втягивают жидкость из большой области вверх по потоку и выпускают ее вниз по потоку в виде узкой струи. С выходным сечением примерно такое же, как и с лицевой стороны гребного винта. Давайте посмотрим, как создается тяга при использовании подхода с контрольным объемом. Начните с создания контрольного объема вдоль линий потока вокруг гребного винта, простираясь от области всасывания до области выхода потока.Массовый расход в контрольном объеме на впуске является произведением плотности жидкости на входе, площади впуска и скорости жидкости на входе. Точно так же массовый расход из контрольного объема на выходе является произведением плотности жидкости ниже по потоку, площади выхода и скорости жидкости ниже по потоку. По определению, массовый поток через границу линии тока не возникает. Во время стабильной работы масса внутри контрольного объема должна оставаться постоянной. Тогда, за счет сохранения массы, скорость массы, выходящей через зону оттока, должна равняться скорости массы, поступающей через зону впуска.Теперь, поскольку плотности впуска и выпуска примерно равны, скорость истечения будет равна скорости впуска, масштабируемой отношением площади впуска к площади выпуска. Поскольку площадь всасывания намного больше площади выхода, скорость истечения будет намного выше скорости всасывания. Аналогичным образом, сохранение количества движения требует, чтобы любая разница в скорости потока количества движения из и в контрольный объем проявлялась как сила, действующая на винт, т. Е. Тяга. Поскольку массовые расходы на входе и выходе уравновешены, а скорость истечения намного выше, чем скорость всасывания, вкладом члена скорости всасывания можно пренебречь.Расширение члена массового расхода в этом результате показывает, что тяга хорошо аппроксимируется площадью и скоростью истечения. В любой двигательной установке мощность подается от внешнего источника для создания тяги. Эффективность тяги системы, обозначаемая здесь греческой буквой эта, определяется как отношение создаваемой тяги к входной мощности. Например, пропеллеры авиамоделей и вентиляторы ПК приводятся в движение электродвигателем. Если тяга известна, деление ее на входную электрическую мощность даст эффективность тяги.В следующих разделах мы будем измерять тягу и тяговую эффективность некоторых небольших двигательных установок с помощью статического испытательного стенда. А затем сравните измеренную тягу с оценкой, основанной на скорости истечения.

Соберите испытательный стенд, как описано в тексте, и установите его на верстак. Стенд имеет жесткую L-образную секцию, поддерживаемую шарниром на стыке. Поместите прецизионную шкалу под конец короткого горизонтального рычага. Крутящий момент на цифровой шкале на коротком плече уравновесит любой крутящий момент, создаваемый усилием на длинном плече.А разница в длине увеличивает силу, измеряемую шкалой, для получения более точных показаний. Собрав испытательный стенд, установите самый маленький гребной винт на длинную вертикальную штангу и выровняйте ось гребного винта так, чтобы она была параллельна короткой штанге. Измерьте и запишите диаметр стойки и диаметр ступицы. Теперь измерьте и запишите длину обоих рычагов. Длина длинного плеча должна измеряться от оси поворота до оси гребного винта. А короткое плечо следует измерять от оси поворота до точки контакта на шкале.Подключите двигатель к источнику переменного тока постоянного тока и включите его, чтобы проверить направление воздушного потока, который должен быть направлен так, чтобы на шкале присутствовала направленная вниз сила. Выключите подачу и при необходимости откорректируйте направление воздушного потока, поменяв местами электрические соединения. Когда двигатель полностью остановится, тарируйте весы. Включите питание и увеличьте напряжение от нуля вольт с шагом в четыре вольта до максимального напряжения питания двигателя, но не превышая его. Для каждого шага напряжения дождитесь стабилизации двигателя, а затем запишите напряжение, ток, среднее значение шкалы и диапазон шкалы. Если имеется термоанемометр, измерьте скорость выходящего воздуха при низком входном напряжении и высоком входном напряжении. Обратите внимание, что скорость истечения будет меняться в зависимости от положения, так что это всего лишь измерение порядка величины. Повторите этот процесс для большего двигателя и вентилятора ПК. После завершения измерений вы готовы анализировать данные.

Посмотрите данные, собранные для малого гребного винта. Для каждого напряжения питания также указан ток питания и показания шкалы. Вы также должны иметь несколько измерений скорости выходящего воздуха.Выполните следующие расчеты для каждого значения напряжения питания. Рассчитайте тягу по показаниям шкалы. Сила на шкале — это значение, умноженное на ускорение свободного падения. И тяга — это сила, увеличенная на соотношение измеренных ранее рычагов момента. Теперь вычислите входную мощность двигателя, которая является просто произведением напряжения и тока. Затем вычислите эффективность тяги, взяв соотношение тяги и входной мощности. Если скорость истечения была измерена, вы можете использовать ее для прогнозирования тяги.Сначала рассчитайте приблизительную площадь оттока, взяв разницу между площадями стойки и ступицы. Затем объедините этот результат с измеренной скоростью, чтобы оценить тягу, используя приведенное выше уравнение тяги. Распространите неопределенности ваших измерений, как показано в тексте, чтобы определить неопределенность ваших окончательных результатов. Повторите эти расчеты для большого гребного винта и вентилятора.

Начните с построения графика зависимости тяги от входной мощности для всех трех устройств. Вентилятор ПК производит самую высокую тягу из трех и имеет гораздо более высокую максимальную входную мощность.Маленький пропеллер создает чуть большую тягу, чем большой, при любой заданной входной мощности, но большой вентилятор способен работать на более высоких мощностях. Теперь сравните эффективность тяги как функцию входной мощности. Эффективность тяги большого гребного винта остается довольно постоянной, но эффективность падает с увеличением мощности для двух других устройств. Если вы производили какие-либо измерения скорости истекающего воздуха, сравните предполагаемый диапазон тяги, основанный на них, с тягой, измеренной на испытательном стенде.Вы должны найти хорошее согласие между предсказанием и измерением. Но из-за приблизительного измерения скорости истечения этот анализ следует интерпретировать только как качественный.

Гидравлические двигательные установки используются повсеместно в различных механических и естественных системах. Подвижность имеет решающее значение для выживания многих подводных существ, и в результате появилось большое количество естественных силовых установок. Реактивное движение головоногих моллюсков, плавников рыб и жгутиков амеб — лишь несколько примеров.Изучение того, как работают эти системы, важно для понимания того, как эти животные живут и взаимодействуют со своей средой. Ветряные мельницы и турбины работают по тем же принципам, что и в этом видео, но в обратном порядке. Вместо того, чтобы использовать накопленную мощность для создания тяги, эти системы извлекают импульс и энергию из воздуха. Вращающийся вал ветряной мельницы может приводить в действие механический процесс или быть соединенным с генератором для производства электроэнергии.

Вы только что смотрели введение Юпитера в движение и тягу.Теперь вы должны понимать основные принципы создания тяги с помощью гидравлической двигательной установки с открытым режимом работы. Вы также узнали, как проводить небольшие испытания на статическую тягу и определять эффективность тяги. Спасибо за просмотр.

Испытания газотурбинных авиационных двигателей | DSIAC

Газотурбинные авиационные двигатели, которые используются почти во всех современных самолетах (истребители, штурмовики, вертолеты и транспортные средства), должны быть испытаны в США.Министерству обороны (DoD) проверить их характеристики и характеристики безопасности (безопасные рабочие температуры, скорости ротора и уровни вибрации). Эти тесты производительности очень дороги, поэтому их необходимо тщательно планировать и проводить с опытом и терпением.

На рис. 1 показан пример инструментов и аппаратуры в испытательном центре J2 Engine, которые обычно используются при испытании двигателя, что указывает на сложность и опыт, необходимые для правильного проведения такого испытания.На этом объекте испытательные группы Центра инженерных разработок Арнольда успешно завершили испытания в рамках программы разработки адаптивных технологий Исследовательской лаборатории ВВС США.

Рис. 1. Центр испытаний двигателей J2 для Pratt & Whitney, база ВВС Арнольд, Теннесси ( Источник: Pratt & Whitney ).

Эксплуатационные испытания газотурбинного авиационного двигателя сложны, потому что они бывают различных конфигураций, от турбин с одним золотником до турбин с тремя золотниками.В каждом случае важно определить тип двигателя — от чистого жиклера до веерного жиклера или винтового жиклера. Кроме того, широкий спектр испытательных миссий включает в себя стандартное производство, приемочные испытания на уровне моря и испытательные испытания на высоте с большим количеством приборов. Новые конструкции требуют нескольких различных испытательных ячеек. Данные испытаний практически в каждом случае должны быть скорректированы с учетом различий между наблюдаемыми и заданными, указанными условиями. Используемые методы основаны на правилах гидродинамического подобия и сохранения массы и энергии.

Основная цель состоит в том, чтобы определить характеристики тяговых и энергетических газотурбинных авиационных двигателей в условиях испытаний в условиях окружающей среды и привести эти результаты в соответствие с указанными стандартными условиями эксплуатации.

ЗАДАЧИ ИСПЫТАНИЙ

В этой статье описываются испытания газотурбинных авиационных двигателей в установившемся режиме, включая турбореактивные, двухконтурные, турбовинтовые и турбовинтовые двигатели, в условиях испытаний на высоте и на уровне моря. Результаты тестирования включают множество проблем, которые необходимо исследовать или доказать, например:

• Тяга, мощность и КПД
• Операционные линии и наценка
• Отвод вспомогательной энергии
• Расход топлива
• Удельный расход топлива
• Расход воздуха в двигателе
• Удаление воздуха из потока
• Уровни вибрации
• Давление и температура
• Влажность
• Обороты ротора
• Коэффициент давления в двигателе

Перед тестированием тестировщики, операторы и оценщики должны письменно согласовать объект, объем и план. Если возможно, испытание следует проводить в заданных условиях, таких как тяга и / или выходная мощность, давление и температура, или как можно ближе к заданным условиям, чтобы впоследствии избежать чрезмерных поправок. Перед испытанием следует определить допустимые диапазоны для атмосферных условий и соответствующие поправки, а также соответствующие методы, модели и формулы поправок. Точные испытания двигателя в установившемся режиме обычно приводят к погрешности менее ± 1,0%, как правило, ± 5 ° F (± 2.8 ° C) для температуры и ± 0,5% для давления. В современных системах сбора данных прямые показания приборов обычно не нужны. Данные могут храниться в цифровом виде и дискретизироваться через определенные промежутки времени. При необходимости прямые наблюдения за показаниями приборов следует записывать через частые промежутки времени во время испытаний. Во время приемочных испытаний обычно используется цифровая система сбора данных, способная вести запись в установившемся режиме и в переходных процессах.

Входы, выходы и методы измерения при тестировании

По сути, чтобы измерить мощность воздушно-реактивного авиационного двигателя, мы должны определить массовые потоки потребляемого кислорода и топлива, а затем мощность, передаваемую двигателем, в виде тяги или мощности на валу.Другие интересные переменные, измеренные во время испытания, включают температуру газовой турбины на входе в турбину высокого давления, отношение количества топлива к воздуху для камеры сгорания и удельный расход топлива на тормоз, который представляет собой расход топлива на единицу мощности. . Эти измерения производительности основаны на фундаментальных физических и химических уравнениях, некоторые из которых модифицированы эмпирическими факторами, определенными в результате отдельных испытаний (например, влияние уникальной геометрии испытательной ячейки). Первичные переменные, измеряемые и / или вычисляемые по результатам испытания, необходимы для ввода в уравнения физики и термодинамики, чтобы можно было определить тягу, мощность и эффективность.

Поток воздуха в сердечнике

В качестве предисловия: воздух — это смесь газов. Только около 21% воздуха составляет кислород, используемый для сгорания топлива, в то время как 78% — это азот, водяной пар (влажность) и список из более чем восьми следовых количеств редких инертных газов. Существует несколько измеряемых потоков воздуха, представляющих интерес при испытании газовых турбин: масса воздуха, потребляемого двигателем для создания тяги или мощности (основной поток), поток выхлопных газов и количество отбираемого воздуха, отбираемого из секции компрессора, которое составляет обычно указывается как ограничивающее условие.Разница между этими потоками — количество воздуха, доступного для сгорания, чтобы создать тягу или мощность.

Чтобы измерить мощность воздушно-реактивного двигателя самолета, мы должны определить массовые потоки потребляемого кислорода и топлива.

В тестовой среде поток воздуха в ядре, поступающий в двигатель, определяется комбинацией данных испытаний и анализа. Прямое измерение непрактично, но есть несколько методов, которые объединяют фундаментальные уравнения потока и термодинамику, исправленные полуэмпирическими устаревшими инженерными уравнениями, чтобы вывести этот поток.Эти несколько методов воздушного потока в сердечнике двигателя также полезны в турбовальных двигателях, даже несмотря на то, что прямое измерение потока воздуха на впуске выполняется с помощью впускного раструба, отверстия или Вентури (один из методов проверки этих полуэмпирических уравнений).

Расход топлива

Расход топлива можно измерить с помощью калиброванной диафрагмы или турбинного расходомера, обычно в трубе диаметром менее 2 дюймов. Для определения расхода тепла (энергии) при работе на жидком топливе необходимо знать три параметрических фактора: (1) плотность топлива при температуре испытания (с объемными расходомерами), (2) объемный расход топлива и (3) теплотворная способность топлива. .Общее количество подводимого тепла является продуктом этих факторов.

Измерение температуры

Температура измеряется с помощью различных датчиков для оценки аэродинамических характеристик, состояния полости или температуры материала (в порядке точности это резистивные датчики температуры, термопары и пирометры). Как отмечалось ранее, на двигателе есть множество локусов, что вызывает интерес и озабоченность по поводу прочности и срока службы компонентов материала, подверженных воздействию избыточных температур.

Измерение влажности

Водяной пар, содержащийся в воздухе, влияет на двигатель и его работу. Хотя последствия являются сложными, они делятся на две основные категории: конденсация на входе в двигатель и изменение свойств газа. В то время как относительная влажность напрямую связана со степенью конденсации на входе, абсолютная влажность на входе является основным параметром, представляющим интерес. Это связано с тем, что абсолютная или удельная влажность влияет на свойства газа в цикле двигателя (поступающий воздух и продукты сгорания) и, следовательно, на производительность. Следовательно, это следует учитывать, когда требуются точные измерения. Чтобы свести к минимуму эти эффекты, следует ввести ограничения на влажность в испытательной ячейке во время испытаний.

Поскольку абсолютная влажность не изменяется, поскольку воздух, поступающий извне, является статическим, можно взять образец абсолютной влажности окружающей среды за пределами испытательной камеры и использовать измерения. Это действительно до тех пор, пока условия испытаний исключают конденсацию перед входом. Датчики влажности или психрометр могут использоваться для измерения влажности окружающей среды.

Другой эксплуатационной проблемой является фактическая конденсация на входе в двигатель, которая зависит от ряда факторов: относительной влажности, температуры воздуха, давления воздуха, числа Маха на входе и времени выдержки или холостого хода. Для заданных условий влажности вероятность конденсации выше в длинных входных каналах и ниже в воздухозаборниках с раструбом.

Измерение вибрации

Цель вибрационных испытаний — убедиться, что двигатель не подвержен разрушающим вибрациям при всех оборотах двигателя, усилиях, уровнях мощности или крутящем моменте во время устойчивых и переходных операций во всем рабочем диапазоне двигателя. Всегда существуют пределы вибрации двигателя, которые необходимо проверять во время производства двигателя, приемочных испытаний, подтверждения конструкции и диагностических испытаний. Большинство из них являются чисто механическими и выполняются до того, как двигатель войдет в камеру. Однако испытательная ячейка подвергает двигатель реалистичным аэроупругим нагрузкам, что является первоочередной задачей.

Вибрационное оборудование может состоять из оперативного измерительного оборудования (преобразователи для считывания показаний ячейки) и автономного аналитического оборудования (анализаторы спектра).Вот некоторые из наиболее часто используемых датчиков вибрации:

а. Наиболее распространенным типом преобразователей, используемых при измерении вибрации авиационных двигателей, является акселерометр. Положения для определения амплитуды и частоты в трех взаимно перпендикулярных плоскостях в соответствующих местах являются частью схемы испытания. Акселерометры легко монтируются на корпусе газовой турбины. Поскольку они установлены на корпусе, они принимают на себя проблемы вибрации, передаваемые другими компонентами.Акселерометры более надежны, чем датчики скорости, для более высоких температур. Акселерометр лучше всего подходит для измерений на высоких частотах, таких как прохождение лопастей, зацепление шестерен, флаттер лопастей, сухой фрикционный вихрь, помпаж и износ зубьев шестерен.

г. Датчики перемещения измеряют перемещение вала в месте расположения датчика. Их нельзя очень успешно использовать для измерения изгиба вала в сторону от места расположения зонда. Бесконтактный вихретоковый датчик наиболее эффективен для мониторинга и измерения вибраций, близких к вращательной и субвращательной, и способен измерять частоты вибрации более 2 кГц.

г. Звукосниматели скорости часто используются из-за их плоского отклика амплитуды как функции частоты в качестве устройства «работает / нет». Средняя амплитуда скорости часто используется в качестве критерия приемлемости, поскольку она чувствительна ко многим важным источникам вибрации, связанным с газотурбинными двигателями самолетов.

Когда любой двигатель превышает пределы вибрации, указанные в спецификации производителя, испытание прекращается до тех пор, пока источник вибрации не будет определен и устранен.

ЯЧЕЙКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ УРОВНЯ МОРЯ

Основная функция испытательной камеры двигателя заключается в обеспечении контролируемой среды для испытаний, которая совместима с двигателем и не препятствует его работе.Поэтому необходимо проводить испытания на предприятии, которое может обеспечить точные и последовательные измерения производительности. Все средства тестирования обладают уникальными характеристиками, которые влияют на среду тестирования и на полученные данные. Это особенно верно для внутренних испытательных ячеек, работающих в условиях окружающей среды на поверхности. На рисунке 2 показана одна из типичных конфигураций для испытаний газотурбинных двигателей на уровне моря [1].

Рисунок 2: Ячейка для испытания на уровне моря для вентиляторных или турбореактивных двигателей ( Источник: Американское общество инженеров-механиков [ASME] ).

В дополнение к областям, обозначенным на рисунке, имеется контрольно-испытательная комната для системы контрольно-измерительных приборов, оборудования для сбора и обработки данных, измеряемой подачи топлива, а также вспомогательной системы питания и управления.

Основы конфигурации испытательных ячеек двигателя

Вход для испытательной ячейки. Входное отверстие испытательной ячейки улучшает поступающий воздушный поток, чтобы уменьшить влияние скорости, направления и экстремальных температур внешнего атмосферного ветра.Эта система может включать выпрямители потока, нагреватели, экраны и шумоглушители. Эти компоненты создают потерю давления, которую необходимо зафиксировать в протоколе испытаний и анализе. Все пространства внутри испытательных ячеек спроектированы таким образом, чтобы обеспечивать равномерный профиль скорости при приближении к двигателю — так же, как двигатель при полете в чистом воздухе; однако это непросто.

Секция испытаний двигателя. Секция испытания двигателя — это область, непосредственно приближающаяся к испытываемому двигателю.Как правило, эта область будет иметь достаточное поперечное сечение, чтобы скорость воздуха, приближающегося к впускному отверстию двигателя, не превышала примерно 15 м / с (50 футов / с). В этой секции хорошо спроектированной испытательной камеры воздушный поток имеет тенденцию к равномерному распределению давления. Конструкция испытательной секции может включать конические или вогнутые углы на переходе, где воздух поступает в аугментер. Внутренние стены и потолок должны быть гладкими и без выступов. Вихри, турбулентность, а также неоднородные температуры и давления в зоне, окружающей двигатель, могут существенно повлиять на характеристики двигателя и повторяемость испытаний.Поэтому все испытательные камеры предназначены для обеспечения стабильных условий испытаний и сведения к минимуму турбулентного потока за счет сведения к минимуму потерь давления, изменений температуры и колебаний давления.

Крепления двигателя. Опоры двигателя поддерживают двигатель во время испытаний и позволяют точно измерить тягу двигателя. Тяга двигателя обычно создается по средней линии двигателя и передается через опоры на упорную раму. Затем упорная рама толкает или тянет датчик нагрузки, позволяя измерить реакцию.Самый распространенный способ крепления двигателя — потолочная подвеска. Однако в некоторых испытательных центрах двигатель устанавливается на подставку, опирающуюся на пол испытательной камеры. Верхняя опора более точно имитирует установку на многих самолетах и ​​легко позволяет очистить испытательную секцию двигателя и получить доступ к расположенным снизу вспомогательным устройствам двигателя. Опора двигателя должна быть спроектирована таким образом, чтобы предотвращать поперечное движение, «рыбий хвост» или любую боковую нестабильность, а также обеспечивать сохранение осевого соосности двигателя во время испытаний.В случае турбовентиляторных двигателей низкая боковая устойчивость, вызванная гибкостью опоры, может привести к сильным колебаниям двигателя во время испытаний.

Испытательная ячейка выхлопной системы. В выхлопной системе испытательной камеры усилитель удаляет выхлопные газы двигателя, вызывая поток вторичного воздуха для охлаждения, обеспечивая некоторое снижение шума. Смешивание выхлопных газов с охлаждающим вторичным воздушным потоком, который проходит через форсунку, затем направляется через выхлопную трубу перед выходом из помещения.Следующие характеристики выхлопной системы могут повлиять на производительность двигателя, и их следует тщательно учитывать:

• Конфигурация аугментера (например, сходящаяся или расходящаяся)
• Длина и диаметр трубки аугментера
• Диаметр выхлопной трубы
• Осевое расстояние между выхлопом двигателя и впускным отверстием бункера
• Отношение площадей выхлопа двигателя к аугментеру
• Охлаждение стека (воздушное или водяное)

Хорошая испытательная камера не допускает рециркуляции выхлопных газов двигателя из выхлопной трубы во входное отверстие ячейки и должна предотвращать повторное попадание выхлопных газов во входное отверстие двигателя в большинстве условий окружающей среды.

ИСПЫТАТЕЛЬНЫЕ ЯЧЕЙКИ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ И ТУРБОВАЛА

Второй класс испытанных газотурбинных авиационных двигателей — мощность передается через приводной вал. Поэтому определение выходной мощности на валу турбовинтовых и турбовальных двигателей представляет первостепенный интерес и составляет основное отличие от двигателей, создающих тягу. На рисунке 3 показана типичная конфигурация испытательной камеры для турбовинтовых двигателей [1].

Рисунок 3: Концептуальный испытательный стенд для турбовинтовых двигателей ( Источник: ASME ).

Произведение крутящего момента на скорость дает мощность на валу двигателя. Существует два основных метода измерения крутящего момента: (1) измерение реактивного момента абсорбирующего устройства или (2) прямое измерение крутящего момента вала. Динамометры обычно обеспечивают управляемую нагрузку крутящего момента на турбовальные и турбовинтовые двигатели во время испытаний, как показано на рисунке 3. Существует несколько типов динамометров, обычно используемых для измерения мощности, крутящего момента и скорости двигателя — водяной тормоз (по сути, очень неэффективный водяной насос), динамометр вентилятора (работает как водяной тормоз, но в качестве рабочей жидкости использует воздух) и электромагнитный поглотитель (очень неэффективный электрический генератор). По сути, они просто тратят энергию, производимую двигателем, и производят тепло с минимальным потоком.

Хорошая испытательная камера не допускает рециркуляции выхлопных газов двигателя из выхлопной трубы во входное отверстие ячейки.

Обычно крутящий момент устанавливается системой управления динамометра, в то время как система управления двигателем поддерживает требуемую скорость. Типичные реакционные конфигурации включают в себя опору цапфы без трения с датчиком нагрузки или торсионное кольцо, прочно прикрепленное к земле.Установка предназначена для минимизации или устранения сил со стороны шлангов, проводов, приборов и т. Д., Которые могут искажать результаты измерения и увеличивать неопределенность. Обычно измерение крутящего момента вала выполняется путем непосредственного измерения крутящего момента вала. Обычно это делается путем измерения деформации вала тензодатчиком или измерения его углового скручивания с помощью фазометра.

Иногда бывает необходимо испытать турбовальный двигатель на стенде для пропеллера с предполагаемым воздушным винтом.Если вал двигателя или гребной винт оборудован датчиком крутящего момента, его можно использовать для измерения мощности на валу. Этот датчик должен быть откалиброван с помощью моментного рычага и калиброванных грузов или на динамометрическом испытательном стенде перед испытанием винтового стенда.

ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ЯЧЕЙКА НА ВЫСОТУ

Третий класс испытательных камер требуется для измерения характеристик двигателя, указанных на высотах, значительно превышающих средний уровень моря. Для подтверждения таких характеристик, особенно для принятия недавно разработанного газотурбинного двигателя, его необходимо испытать на земле в условиях, имитирующих требуемые высоты.

Ячейка для высотных испытаний — это сосуд с вакуумным давлением, в котором газотурбинный двигатель самолета испытывается в смоделированных условиях полета на большой высоте. Камера подключена к сложной промышленной установке компрессоров подачи воздуха, оборудования для кондиционирования температуры и вытяжных компрессоров. Ячейки для высотных испытаний могут также иметь воздухонагреватели, охладители и осушители или осушители на входе для кондиционирования поступающего воздуха. Высота устанавливается путем «откачки» камеры до более низкого атмосферного статического давления для указанной высоты.Число Маха полета устанавливается путем подачи воздуха с надлежащим общим давлением и общей температурой на вход двигателя для указанного числа Маха на этой высоте. Типичная испытательная ячейка на высоте показана на рисунке 4.

Рисунок 4: Типовая испытательная ячейка на высоте ( Источник: ASME ).

Типы испытаний, обычно проводимые на смоделированных высотах в высотной испытательной камере, предназначены для разработки, аттестации и сертификации двигателя [1].

Для измерения потока воздуха на входе в ячейку для высотных испытаний в настоящее время предпочтительной практикой является использование коллектора звуковых сопел перед входным отверстием раструба, ведущего к входу в двигатель, или использование самого измерительного устройства входного раструба для измерения расхода. Эти два метода взаимосвязаны, потому что калиброванные звуковые сопла используются для калибровки раструба. Общее давление входящего потока контролируется. Входной поток измеряется путем изменения количества сопел, через которые разрешен поток, и регулирования давления перед этими соплами.

Впускной раструб очень похож на большое стандартное сопло, установленное в большой трубе. Однако каждый такой раструб уникален, и его конфигурация трубопроводов и установка на двигатель также уникальны.Следовательно, калибровочная кривая для каждого раструба зависит от особенностей его конфигурации и остается действительной только до тех пор, пока его установленная конфигурация остается неизменной. Поскольку эти устройства не находятся в строгом соответствии с геометрическими характеристиками и допусками стандартизированных форсунок и Вентури, общие калибровочные кривые, опубликованные в главе 5 ASME — Performance Test Code (PTC) 19.5 [2], не применяются. Однако после калибровки по указанным в нем правилам он становится первичным проточным устройством. Использование граблей Пито или других приборов для измерения скорости перед первой ступенью двигателя также может использоваться для измерения входного потока.

НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ

Анализ неопределенности играет очень важную роль при испытании газотурбинных двигателей — от разработки испытания до интерпретации результатов — поскольку он определяет качество испытания и соответствие двигателя желаемым характеристикам. Чем меньше общая погрешность, тем точнее результаты испытаний.Сам характер испытания будет зависеть от термодинамического цикла двигателя и компьютерной модели, используемой для расчета характеристик двигателя. Лучшая инженерная практика — выполнить предварительный анализ неопределенности с использованием известных или опубликованных значений датчиков, предназначенных для использования в номинальных или исторических условиях эксплуатации. Затем улучшения в измерительной системе могут быть включены в план испытаний. Во время и после программы тестирования наблюдаемые неопределенности измеряемых переменных могут быть исследованы, чтобы увидеть, соответствуют ли они прогнозируемым. Этот анализ часто занимает гораздо больше времени, чем обработка данных и расчеты производительности двигателя. Рекомендуется использовать несколько кодов и спецификаций, определяющих эти процессы [3, 4].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Испытания очень дорогих авиационных двигателей на очень дорогих объектах должны быть тщательно спланированы и выполнены с опытом и терпением. Для тех, кто не имеет опыта в таком подробном экспертном тестировании, общедоступность правил такого тестирования, систематизированных сбалансированными комитетами экспертов-добровольцев, является отличным ориентиром для покупателей, подрядчиков и молодых инженеров.Практически все производители оригинального оборудования и агентства Министерства обороны написали свои собственные процедуры тестирования. Во время переговоров полезно и рентабельно иметь под рукой американский национальный стандарт для получения второго мнения.

Хорошо сформированный комитет по разработке стандартов включает инженеров, представляющих производителей, правительство, службы Министерства обороны и консультантов. С такими документами следует обращаться, поскольку они предназначены для использования в качестве руководства.

Ссылки:

1. Коды и стандарты Американского общества инженеров-механиков (ASME). Газотурбинные авиационные двигатели . ASME PTC 55, 2013.
2. Коды и стандарты Американского общества инженеров-механиков (ASME). Измерение расхода . ASME PTC 19.5, 2004.
3. Международная организация по стандартизации (ISO). Руководство по выражению неопределенности в измерениях . ISO / IEC Guide 98, 1993.
4. Коды и стандарты Американского общества инженеров-механиков (ASME). Неопределенность теста. ASME PTC 19.1, 2005.

Измерение удельного расхода топлива маломасштабного реактивного двигателя

Используйте этот идентификатор для цитирования или ссылки на этот элемент: http://arks.princeton. edu/ark:/88435/dsp012n49t189z

Название:	Измерение удельного расхода топлива маломасштабного реактивного двигателя
Авторы:	Джонс, Кэтлин
Консультанты:	Мартинелли, Луиджи
Авторы:	Мюллер, Майкл
Отдел:	Машиностроение и аэрокосмическая техника
Класс Год:	2014
Аннотация:	Характеристики маломасштабного реактивного двигателя охарактеризованы и представлены оценки для параметров двигателя, актуальных на этапе проектирования конфигурации небольшого беспилотного летательного аппарата.Тестируемый двигатель представляет собой двигатель P20-SX JetCat. Измеряется его тяга и удельный расход топлива тяги. Его максимальная тяга составляет 5,8 фунта-силы. Его измеренный удельный расход топлива на уровне моря и нулевой скорости полета составляет 1,9 ч 1 при максимальном дросселе и 9,3 ч and 1 при малом дросселе. При максимальном открытии дроссельной заслонки измеренный удельный расход топлива P20-SX примерно на 40% больше, чем расчетное значение, полученное с помощью традиционных методов оценки характеристик двигателя в тех же условиях.Этот эксперимент предоставляет данные, которые дают более точную оценку характеристик двигателей аналогичного размера, чем эти традиционные методы, тем самым снижая потребность в испытаниях двигателей на начальных этапах проектирования небольшого самолета. Также представлена ​​конструкция испытательного стенда, используемого для ограничения двигателя во время испытаний, и схема сбора данных, используемая для измерения соответствующих параметров двигателя. Дается лабораторное руководство с подробным описанием того, как можно провести эксперимент в качестве педагогического упражнения.
Объем:	48 страниц
URI:	http://arks.princeton.edu/ark:/88435/dsp012n49t189z
Тип материала:	Старшие тезисы Принстонского университета
Язык:	en_US
Встречается в коллекциях:	Машиностроение и аэрокосмическая промышленность, 1924-2020 гг.

Файлы в этом элементе:

Файл	Размер	Формат
Jones_Katiethesis_filecopy.pdf	16,13 МБ	Adobe PDF	Запросить копию

Элементы в Dataspace защищены авторским правом, все права сохранены, если не указано иное.

Вес и геометрия самолета | Аэродинамика для студентов

ТЯГА И МОЩНОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ

Тяга для преодоления сопротивления создается двигателями обычно используется одна из следующих конфигураций,

1. поршневой поршень Двигатель, приводящий в движение пропеллер.

2. Газотурбинный двигатель

   управление воздушным винтом (турбовинтовым).

3. Подача газа с высоким перепуском Турбина (дозвуковая) (турбовентилятор).

4. Газовая турбина с внутренним малым байпасом (сверхзвуковая).

Тяга гребного винта

Для случаев (1) и (2) данные о мощности двигателя в лошадиных силах будет предоставлен производителем двигателя. Чтобы найти тягу, требуется разумная оценка эффективности воздушного винта.

Эффективность воздушного винта можно измерить по коэффициенту опережения ( Дж ), отношение скорости движения вперед к скорости вращения пропеллер,

$$ J = V / {nD} $$

где V — скорость самолета вперед, n — пропеллер скорость вращения в об / сек, а D — диаметр пропеллер.

Типичный график характеристик гребного винта фиксированного шага будет как показано на следующем рисунке.

Пропеллер Эффективность по сравнению с коэффициентом опережения.

Для подробных методов расчета характеристик воздушного винта. см. главу о Blade Элементная теория.

Обычно максимальная эффективность составляет около 80%, а для винт фиксированного шага это будет достигнуто заранее передаточное число, соответствующее настройкам крейсерской скорости и оборотов двигателя. Поскольку коэффициент опережения при взлете ниже, это может привести к взлетный КПД винта всего 50%.

За счет использования блока постоянной скорости на двигателе и, следовательно, изменяя тангаж в полете, можно поддерживать высокий эффективность для ряда передаточных чисел. Пропеллер будет затем работать с максимальной эффективностью (80%) от взлетной скорости, от скорости набора высоты до круиза и круиза на высокой скорости. В блоки с постоянной скоростью обычно имеют фиксированный диапазон шага измените так, чтобы скорость снова была ниже взлетной и выше высокой. на круизе эффективность пропеллера будет быстро снижаться.

Более совершенные турбовинтовые агрегаты имеют больший диапазон шага в том числе варианты реверса тяги и оперения (совмещены с потоком воздуха, минимальное сопротивление без вращения) положения.

При заданных значениях КПД воздушного винта двигатель мощность и скорость автомобиля, тяга производимый винтом может быть спрогнозирован на,

$$ T = {P_ {вал} × η} / V $$

Двигатель Выходная мощность должна быть получена от двигателя. паспорта производителя и должны включать эффекты высоты и умеренного климата, чтобы получить точное значение для любого особые условия полета.п $$

, где n изменяется от 0,7 на уровне моря до 1,0 на уровне моря. круизные условия в стратосфере.

Изменение тяги в зависимости от скорости приблизительно линейно между статические и крейсерские условия,

$$ T_v = T_ {static} -KV $$

Уклон K относительно невелик и потребует подробные рабочие данные производителя двигателя для определения точно.

Во всех случаях для всех двигателей, когда самолет находится в равновесие при устойчивом горизонтальном полете,

Усилие (T) = сопротивление (D)

Требования к питанию

Мощность, необходимая для поддержания постоянного уровня самолета.