מטוס: שימוש במנוע בוכנה, הילוך קטן

[כריסטוף]

העליתי דוח על פרויקט סטודנטים קטן שעשיתי בשנת 2001 עליו מנועי בוכנה בתעופה (קל אך לא רק). זה די סינטטי ולא ילמד דבר ל- kk1 שיודע קצת על התחום. עבור אחרים זה ייתן כמה יסודות.

הורד כאן: תעופה, מנועי בוכנה באווירונאוטיקה

הנה הסיכום

1. התפתחות מנועי בוכנה באווירונאוטיקה
1.1. היסטוריית מנוע
1.1.1. המנועים הראשונים
1.1.2. מנועי בוכנה
1.1.3. מטוסי סילון
1.2. השפעת המטוס על הרכב
2. טכנולוגיית מנוע בוכנה נוכחית
2.1. תפקידו של דחף, גנרל
2.1.1. מנועי כונן ישיר
2.1.2. מנועי כונן עקיפים
2.2. מנועי בוכנה: מושג כוח ויעילות
2.2.1. יעילות מוטורית
2.2.2. יעילות המדחף
2.2.3. ביצועים כוללים
2.3. הסוגים השונים של מנועי הבוכנה
2.3.1. מנועים ברשת
2.3.2. מנועי כוכב
2.3.3. מנועים שטוחים
2.3.4. מנועי V
2.4. מושגי מדחף
2.4.1. מאפיינים גיאומטריים של מדחף
2.4.2. גבולות מדחף
2.4.3. מדחף גובה משתנה
2.5. וריאציה של כוח במנוע בוכנה של מטוס
2.6. הפעלת מעגל תזמון המדחף
2.7. תכונות מיוחדות של מנוע תעופה בהשוואה לרכב
2.7.1. הייחודיות של הרכיבים
2.7.2. מחקר קרבורי
2.7.3. טעינה על אווירונאוטיקה
2.7.4. צינון
3. החלפות למנועי בוכנה באווירונאוטיקה
3.1. מערכות הנעה אחרות
3.1.1. מגדלי טורבופרים
3.1.2. מנועי טורבו-ג'ייט
3.1.3. הסטרקטורים
3.1.4. מנועי טילים
3.2. החלפת מנועי בוכנה: דוגמא לקנדאייר
3.3. מנועי דיזל: דוגמא למנוע מורן רנו

הורד כאן: תעופה, מנועי בוכנה באווירונאוטיקה

[כריסטוף]

לאחר הפצת דוח זה קיבלתי דוא"ל ממר פול לוקאס, יוצר משותף של דיזלהוא אמר לי הערות נבונות רבות. שאלתי אותו אם אוכל להכניס אותם לכאן או יותר טוב שהוא בעצמו יירשם על forums.

[כריסטוף]

להלן ההערות שאשלב בהקדם האפשרי בדו"ח

1.1.2

>> היה צורך במנוע מסוג אחר, קל יותר ושרירי יותר

לא, זה היה תא מעוצב טוב יותר שהיה חיוני: אם לא יציב וקל לטייס, שהיה לפחות ניתן לשליטה, מה שלא היה המקרה עם המכונות של אדר.

מצד שני המנוע שלה היה בעליל חזק יותר וקל יותר מזה של רייט (12 CV).

התרומה המכריעה של הרייט אינה הכוח המניע אותם, זוהי שיטת הניסוי שלהם: מבחנים, התקדמות שיטתית, למידה לטייס והתרגול המבוקר של סיבוב תלת-ציריים (עיוות).



>> מנוע רכב שונה מאוד

מנוע מסוג רכב (4 צילינדרים בתור)



>> לספק בדיוק את המעלית הדרושה

לא להרים, מהירות



>> רוח סנט לואיס מצוידת במערבולת

של רייט "מערבולת".

החברה קרויה על שם האחים רייט, אך הם אינם חלק ממנה.



113


>> מנועי בוכנה 1/2 ק"ג דחיפה לכל ק"ג מנוע

דחף סטטי?

הדחף הוא בערך 1.5 עד 2 ק"ג לסוס

מסת מנועי הבוכנה מימי הכורים הראשונים (1944) הייתה בערך 0.5 עד 0.6 קג"מ / כ"ס

מה שמייצר 3 עד 4 ק"ג דחף לק"ג מנוע



>> במהלך תאוצה חזקה, המדחפים ...

זה במהירות המקסימלית הרציפה, ברמה (מהירות הסיבוב + מהירות התקדמות), מתעוררת בעיית המהירות בקצה הלהב.



222 יעילות מדחף

הנוסחה הבאה היא זו שקראנו בכל הספרים, אך היא פתוחה לדיון מכיוון שהיא אינה מייצגת מציאות פיזית.

אם נקבע Vp = 0 (מטוס בנקודת עצירה), יש לנו אפס יעילות, ולכן תיאורטית אפס מתיחה, וזה לא המקרה.

המדחף אינו מאיץ מטוס, הוא מאיץ מסת אוויר.

עלינו לשקול לא את מהירות המטוס אלא את מהירות מסת האוויר העוברת במדחף, שאף פעם אינו אפס, אפילו עם עצירת המטוס.

המהירות במורד הזרם של המדחף היא> מהירות המטוס.



>> יעילות מתמדת, קרוב ל 0.85

זה תלוי במשטר הטיסה (טיפוס או שייט).

היעילות משתנה יותר, תלוי במשטר שלשמו מותאם המדחף, נניח בין 0.70 ל- 0.85



23

>> 4 משפחות גדולות

2 משפחות: כוכב,

בתור, יחיד או כפול (V או שטוח)





132 קרטיס



>> מנוע הכוכבים החזק ביותר

כוכב יחיד: 2100 כ"ס, בסדר

מנועי שני כוכבים הגיעו ל -3500 כ"ס



241 חיוור ולא חיוור



>> הטוויסט תואם ...

הפיתול הוא וריאציה של ההגדרה לקבלת חלוקת מעליות אופטימלית לאורך הלהב.



>> קטע עזר

ב 70 או 75%, לא ב 50%



27

>> המהירות היא סביב 3000 סיבובים

במקום זאת 2500 - 2700



>> ... כך מומנט הממוצע יציב יותר

הוא קבוע.



311

עם התפתחות מחיר הנפט (ודאגות זיהום), חסר מידע חיוני הנוגע ל TP (טורבופרופ): השונות של הצריכה הספציפית שלהם כפונקציה של אחוז ההספק. הצלחתי להקים עקומה לקרוואן ססנה 208 (מבחן טיסה). מסמך ה- ATR אישר את צורת עקומה זו. ה- SFC של טורבינה במצב סרק הוא גבוה מאוד, ראו עקומה מצורפת (מקור מסמך ATR). צריכה גבוהה בחניון (ATR במצב מלון: המנוע הנכון מחליף את ה- APU), בזמן נסיעה, כשירד במורד. מידע זה אינו מופיע בשום אתר של יצרן TP כמובן. הביצועים הגרועים מאוד של כורים ו- TPs בעלי עומסים נמוכים (ופליטות נלוות, בעירה לא שלמה) אחראים לזיהום גבוה מאוד בשדות תעופה. הגרוע מכל, הקונקורד: 800 ק"ג עד 1 טון דלק למוניות.



32

>> TP עדיין משמשים במישורי יישון (?)

ATR 72-500, Bombardier Q-400: צורכים פחות מטוסים ומוכרים טוב מאוד!



>> המדחף מאפשר להגיע ל- M 0.6 ל- M 0.8

M 0.5, בסדר, M 0.6 מקסימום גדול מעבר לזה הוא מדחף טרנסוני מיוחד



32 מורן רנו

ייעוד שונה לאחר מכן SR: Snecma-Renault



>> יחס 10 בין המכונית למטוס

אני מוצא יחס של כ -3 עד 5

מכונית 40 עד 80 קילוואט / טון

מטוסים 100 עד 200 קילוואט / טון



>> עיצוב חזק

המנוע יכול להיות חזק אבל העיצוב?

אמינות נובעת מביטול ההצתה, צריכת משאבת הזרקה במקום קרבורטור, שימון דלק, ומעל הכל מניסיון מצטבר של מיליוני (או מיליארדים) מנועים תעשייתיים ואחרים. מסיבה זו מנוע דיזל של מטוס חייב להיות קרוב ככל האפשר לייצור המוני ולא מנוע "אידיאלי", שפיתוחו יהיה בהכרח ארוך ויקר. פיתוח מנוע "חדש" עולה פי שלושה משינוי מנוע קיים. סדר גודל של 3 ME במקום 100-30 (מהנדס מנוע מידע מרנו). מצורף תמצית מ- Snecma doc הנוגעת לבחירות הטכניות של מנוע SR.





>> מפרט מנוע דיזל

חסר קריטריון מכריע (מכבד את ת'ילרט המשתמש בבסיסי מרצדס):

- יש להפיק את המנוע ממנוע רכב כדי להפחית את עלויות הפיתוח לרמה נסבלת ולשלב את הידע של תעשיית הרכב (אמינות). יש לשנות את החסימה כמה שפחות. זה מרמז על תזוזת יחידה <0.7 ליטר וקירור מים. כמעט כל יצרני הרכב ויתרו על קירור האוויר. בתעופה קירור האוויר מביא להגבלת מעטפת הטיסה: מנוע תמיד חם מדי בדרך למעלה (אנו מעשירים להתקרר, החלק העליון!) וקר מדי בדרך למטה, הלם תרמי. מטוסים מהירים עם מנועי Lycoming אינם יכולים לטפס או לרדת בתלילות.



סיכום

מה שעצר את התפתחות מנוע הבוכנה בשנות החמישים היה מגבלת המהירות (הנעה של מדחף), מול הדרישה למהירות גבוהה (טרנסאטלנטית ארוכת טווח), הגעתם של כורים אמינים והעלות מינימלית דלק. צריכת הכורים הראשונים הייתה גבוהה מאוד. ברמת ה- DC-50 האחרונה וקונסטלציה של לוק-לוק היו 7 ו -30 ליטר דלק, ה- B 35 מסוגל לחצות את האוקיאנוס האטלנטי 000 עד 707 ליטר.



התקדמות הכור

להלן מספר מסמכים:



שיפור ביצועי המטוסים 1960 - 2000. ראו מסמך Dgac - Snecma.

יצרני מנועים (כורים) מציגים את ההתקדמות הטכנית שלהם ביתרון בכך שהם "שוכחים" מנועי בוכנה.

מנועי ה"מתחם "האחרונים שהחזירו אנרגיה מגזי הפליטה היו בעלי ספק של 0.175 קג"מ / כ"ס / שעה



idem, עם דמויות מאז 1930.

מנתונים לפני 1960 עולה כי ההתקדמות נעשתה בעיקר במהירות אך לא הרבה בצריכה / קילומטר.

מטוסים לטווח בינוני (A320) צורכים יותר מאשר לטווח ארוך, לא מכיוון שהם פחות יעילים, אלא בגלל שהם מבלים יותר זמן בעומס מנוע נמוך.



פרספקטיוות

כיום אנו יכולים לייצר מטוסים עם מנועי דיזל (מדחפים) הצורכים כמחצית ממטוסי הטורבופרופ ושלוש פעמים פחות ממטוסי סילון.

ניתן לחלק את זיהום שדה התעופה גם ב- 10 (מחזור LTO):

. A380 צורך 3980 ק"ג דלק במחזור ה- LTO, כלומר 7 ק"ג עבור 550 נוסעים

. מטוס מונע דיזל יצרוך 700 גרם לנוסע באותו מחזור.

בכבוד רב,

פול לוקאס

[Chatham]

באופן כללי אני מסכים עם דבריו של פול לוקאס, למעט:
מנוע הבוכנה החזק ביותר שנמצא בשירות פיתח 3750 כ"ס (מתחם הטורבו של רייט R3350 18cyl בגרסתו האחרונה), אך 3500 כ"ס (הזרקת דלק ישירה) על קבוצת הכוכבים העל.
היעילות של המדחף 70 עד 85% על מטוסים קטנים הגיע ל -98% במקרה הטוב בגובה ובמהירות היעילות הטובה יותר: מדחפים סובייטיים מסתובבים נגד סוג טרנסוני: ראו מפציץ TU 95 אשר טס במהירות 925 קמ"ש (235 קילוואט / טון) עם 15000 קמ"ש אוטונומיה ... הוא הרבה יותר טוב ממטוס B52 ... שהוא פשוט מהיר יותר (1000 קמ"ש)

בשנות החמישים עברנו גם לכורים לגורמים אחרים:
- עלות תחזוקה 4 x נמוכה יותר
חצי פחות במשקל דחף
- פחות רעש וללא רעידות
בשביל המהירות היינו יכולים לייצר מטוסי מדחף מסחריים שטסים במהירות של 800 קמ"ש ללא יותר מדי בעיות (ראו TU 114 משנות ה -50 וה -60 = 770 קמ"ש בזמן שייט ...)

בשנת 1935 היה שם מנוע הדיזל כוכב קלרג'ט שצריכתו הייתה 175 ג 'ק"ש / שעה, זהה לרנו מורן כעבור 60 שנה, אבל עם יחס כוח-משקל טוב בהרבה מה- SMA שאין לו באמת כלום מהפכנית ... והתפתחותה עמוסה בתקריות רבות

[כריסטוף]

עקומה טובה טובה יותר מכל הנאומים כפי שאנו אומרים:

[פלקסדסי]

> יעילות המדחף בין 70 ל -85% במטוסים קטנים, הגיעה ל -98% (מדחפים סובביים נגד סובייטים)
לא, בטח שלא: יעילות ההנעה המרבית נע סביב 0.90 לסיבוב נגדי, ומתחת למאץ 0.7. המהירות הכוללת (מהירות מטוס פלוס מהירות סיבוב) הופכת את מאך זה למכשול מוחלט שמעבר לו היעילות יכולה רק לרדת מכיוון שהמהירות בקצה הלהב עולה בהרבה על 0.80 M. מטוסים (כנפיים מרקיעות, פרופילים סופר-קריטיים) אינם חורגים מ- 0.85 M מאותה סיבה.

> המפציץ TU 95 שעף במהירות 925 קמ"ש (235 ק"ג / טון) עם טווח של 15000 ק"מ ... טוב משמעותית ממטוס B52 ... שהוא קצת יותר מהיר (1000 קמ"ש)

טו 95, מהירות שייט 720 עד 750 קמ"ש. שיא מהירות שנרשם בשנת 1989: 834 קמ"ש. ה- Tu 95 הצליח להגיע למהירות זו מכיוון שהוא היה מאוד מופעל. מדחפים טרנזונים מיוחדים (זה לא היה המקרה עם ה- Tu 95) יכולים לעלות ל- M 0.80, אך זה במחיר של אובדן יעילות, שיורד לסביבות 0.82 ב- Mach 0.80.
מקורות "פיירט-ארמנדי, מטוסי תובלה", סדרת Tu-95 Bear Warbird Tech

[Chatham]

עקומה טובה טובה יותר מכל הנאומים כפי שאנו אומרים:

https://www.econologie.com/photo/puissan ... iation.gif

אני מכיר את העקומה הזו, המלכוד הוא שהוא מפותל מכיוון שבשנות ה -50 לא היה שום אמנת, המטוס היה אמצעי תחבורה מפואר, והנקודות שצוינו בהן מטוסי הסילון האחרונים הם גרסאות הצפיפות הגבוהה (A380 עם 800 מושבים למשל ... (שלום נוחות ...)
לפיכך, למטוסים המודרניים ביותר A340, B777 או A380 בגרסה הרגילה יש צריכת צריבה במציאות שכמעט לא שווה לזו של BR763 שבעצמה הייתה למעשה מעט נמוכה מזו של כוכב-העל Loockeed 1049 (מקור אייר פראנס) שזה נכון היה מהר יותר ...

באשר לפלקסדסי, הוא נוטה לשכתב את היסטוריית התעופה על בסיס מקור יחיד ... אני מעדיף להאמין למקורות רציניים ומרובים יותר, במיוחד כאשר המידע חופף ...

[כריסטוף]

אה כן הערה טובה חתם ...

חוץ מזה, ה- A380 חסר שהוא חייב להיות "דרום דרום מזרח" של ה- B 777 אני מניח ...

אז למה הם מחכים לעשות שוב את הדיזל ואז היצרנים?

[אנדרה]

בונז'ור

לתעופה קטנה מעט מנועים קטנים פותחו והצליחו (בטווח 60 כ"ס עד 180 כ"ס) לא הייתי מדבר על אמינות, אלא על התאמת מטוס / מנוע / מדחף.
בין המצליחים של קונטיננטל 90 כ"ס 180 ש"ח
האנשים המותאמים בצורה גרועה והכי נפוצה ה -100 כ"ס היבשתית, 85 כ"ס, הפרנקלין 125 כ"ס
תקלת המדחף הגרועה ביותר נמצאת בססנה 150 והיא המטוס הנמכר ביותר ...
על מנוע מטוס להיות בעל מומנט גבוה, יש לו עיצוב שונה ממכונית,
עליו לפנות במהירות המקסימלית של 2800 סל"ד, להגיע למומנט המרבי שלה בסביבות 2300 סל"ד, שיהיה 75% מההספק שלו ב 2400 סל"ד כדי להיות מסוגל לספק 80% מההספק שלו ברציפות, ואם הוא מותקן על מדחף עם פסיעה קבועה יכול להביא 100% מ הכוח הנומינלי שלו ברמה.
להיות פשוט, קל, חזק, הוא אמין,
זה מתאים למנועי תזוזה (גדולים) עם גל זיזים שיש בו נקבה למומנט ולעוצמה במהירות נמוכה (ההפך ממנוע הרכב החד)

באופן מוזר נציין כי אלה מאפיינים של מנוע הדיזל
החיסרון בסולר אוטומטי הוא כבד, האטה, זקוק להגה די עקבי, הוא יבקש את עוצמתו המרבית במהירויות של 4000 סל"ד, מה שמחייב את היצרן להתקין מפחית, שיש לו את חסרון בהגבלת הבחירה במדחפים.
מדחפי מתכת עם מפחית הילוכים מהווים בעיה בהילוכים
מפחית החגורה דורשת החלפת חגורה כל 500 שעות
מפחית הוא גם הפסדים מכניים, עליית המשקל על המנוע הולכת לאיבוד במפחית.
בעיה נוספת במנועי מכוניות היא כל התעבורה האלקטרונית שלא ניתן להכפיל אותה בגלל אמינותה, והיא פחות שימושית במנועי מהירות קבועה.

באמינות התעופה באה לפני התשואה והכלכלה.

אם יצרני הרכב עיצבו מנוע דיזל הזרקה עקיף מכני, שיש לו תזוזה גדולה למדי את עוצמתו המלאה ב 3000 סל"ד
המומנט המרבי שלה בסל"ד 2000 למשקל מעניין. הוא יהפוך את המועמד האידיאלי למטוס.

בניגוד למה שרבים חושבים על מדחפים, מדחף לגובה משתנה, יש פיתול מושלם רק במצב מסוים, כאשר הלהב מסתובב על הרכזת, הטוויסט התיאורטי משתנה במהירות רבה יותר בקצה הלהב מאשר במרכז.
זה הופך להיות שלילי בגלל הצעד הגדול.
מדחף לגובה משתנה שימושי רק למטוס מהיר, התקנת מדחף לגובה משתנה על פייפר J3 או ULM המהיר של 120 קמ"ש בעלייה ומהירות שיט של 160 קמ"ש מגוחכת, מדחף עם פרופורציה היטב של המגרש קבוע הוא גם יעיל.
למדחף טוב יש החלקת שיוט נמוכה סביב 10%
זה חייב להיות בקוטר מספיק גדול כדי שיהיה מהירות בסוף הלהב סביב 750 קמ"ש (זה שהופך הכי מהיר על ססנה 180 מגיע ל 1050 קמ"ש בסוף הלהב בהמראה) בשייט סביב 800 קמ"ש.
המגמה היא להתקין מדחפים בקוטר קטן, כדי לפצות על חוסר המומנט של המנועים, זה גורם להחליק משמעותי בהמראה והרכב. (מקרה של ססנה 150)
ישנן כמה אסכולות תלויות במדינה
ברוסיה מדובר במדחפים גדולים, טיפה חיוורת, קצה מרובע
באמריקה זהו מדחף מינימלי גדול 1,80 מ 'עד 2,15 מ' עם להבים בעלי קצה בינוני, מרובע או מעוגל. דורומין ומורכב
בצרפת מדובר במדחפים קטנים, עם קצוות צרים, מחודדים או מעוגלים מעט בדרך כלל בעץ או מורכב.

מיטב המדחפים עוצבו על ידי לוסיין שובייה בראשית ימי התעופה, כמעט כל המדחפים נלקחו מהעיצובים שלו.
לפעמים אני תוהה מדוע הידע הזה הולך לאיבוד.

אנדרה

[פלקסדסי]

הנקודות שצוינו למטוסים האחרונים הן גרסאות הצפיפות הגבוהה (A380 עם 800 מושבים למשל ...
נתון זה מגיע ממסמך Dgac-Snecma משנת 2005. ככל הנראה ה- A380 לא נמצא.
> כאשר הוא נמצא בפלקסדסי, הוא נוטה לשכתב את היסטוריית התעופה על אמונה ממקור אחד ... אני מעדיף להאמין למקורות רציניים יותר.
1. האם אתה מתכוון שהספר של פיירט ארמנדי אינו מקור רציני? יהיה טוב לצטט את המקורות שלך.
2. המסמך על גבי Tu-95 מביא 14 שיאים עולמיים, במהירות ובגובה בעומסים שונים. אם המטוס הזה יכול להגיע ל 900 קמ"ש ומעלה, תוהה מדוע לא הוקמה שיא זה.
> היעילות של המדחף 70 עד 85% במטוסים קטנים, הגיעה במקרה הטוב ל 98% ... מדחפים מסתובבים נגד.
היעילות של 0.98 שאתה נותן עבור מדחף מנוגד לסיבוב היא הערך התיאורטי של יעילות ההנעה (בנוזל מושלם ללא הפסדים עקב סיבוב), שהוא כמובן טוב יותר מיעילות המדחף היעילה, זו שנתת עבור " מטוסים קטנים ". אינטראקציה נותנת עבור ה- Tu-95 יעילות הנעה של 0.988 ליעילות מדחף יעילה של 0.90. "מטוס קטן" יכול להגיע לתפוקה יעילה של 0.86 - 0.87.