Hoe een stuwkracht van de motor verandert met luchtsnelheid? Waarom?

8

Ik ben geïnteresseerd in hoe de stuwkracht van een turbofanengine wordt beïnvloed door hogere luchtsnelheden (TAS). Ik weet (ik geloofde) dat de stuwkracht van de motor (bij constante N1) relatief constant was, zoals in de volgende grafiek (slechts kleine afwijkingen): link Deze grafiek staat meestal in de boeken / handleidingen die de motorprestaties beschrijven met verwijzing naar de snelheid.

Toen kwam ik de gegevens tegen van de CFM56-5C turbofan-motor, die stelt dat de maximale stuwkracht van de motor bij cruise ongeveer 29.360 Newton is, terwijl de maximale stuwkracht bij stilstand 140.000 N is. Dat is bijna 5 keer meer vermogen op de grond dan tijdens cruise. Hier is de link: Hoeveel lucht, per gewicht, komt een gemiddelde CFM56 turbofanmotor per minuut aan?

Dit zijn ogenschijnlijk tegenstrijdige verklaringen of ik mis iets. Welke is juist en waarom? Waarom wordt de stuwkracht van de motor met snelheid veranderd? Ook, in de grafiek hierboven, wat zijn die twee curven die, wanneer toegevoegd, een netto-motorstuwkracht vormen?

Nadat ik een paar berekeningen had gemaakt met behulp van de stuwkrachtvergelijking (F = massastroom * verschil in uitlaat- en inlaatsnelheden aangeduid als delta V - > we zullen de brandstofmassastroom negeren en aannemen dat uitgangsdruk gelijk is aan de vrije stroomdruk dankzij een mondstuk) en de volgende gegevens hierboven vermeld in de link, kwam ik erachter dat de delta V-term in cruise en bij het opstijgen constant is (op vol vermogen) en dat de waarde 295 m / s is, wat aangeeft dat de uitlaatsnelheid van de motor zal altijd 295 m / s sneller zijn vanaf de inlaatsnelheid (voor een maximale vermogensinstelling bij elke snelheid). Ik denk dat dat logisch is, omdat het werk van de motor wordt gebruikt om de kinetische energie (delta Ek) van de luchtstroom te verhogen, waardoor de snelheid altijd met een constante hoeveelheid toeneemt bij specifieke kracht / N1-instelling (natuurlijk is minder vermogen gelijk aan minder delta V).

    
reeks Darjan 29.03.2018 / 20:29

1 antwoord

4

Het eerste diagram waarnaar u linkt toont drie regels, maar geeft niet aan wat ze vertegenwoordigen. Ik neem aan dat de gedurfde lijn over snelheid is geduwd. Dan is dit diagram correct voor een turbo jet .

Thrust$T$ishetverschiltussendeuitgangsimpulsvandemotorminusdeinvoerimpuls:$$T=(\punt{m}_{air}+\punt{m}_{brandstof})\cdotv_{exit}-\punt{m}_{air}\cdotv_{entry}$$Deuitgangssnelheid$v_{exit}$vaneenturbojet-motorisbijnaconstantovervliegsnelheid,dusalsdemotoraccelereert,moeteengrotereinstappulswordenafgetrokkenvaneenbijnaconstanteuitgangsimpuls.Destuwkrachtdaaltlichtjesoverdesnelheid.

BijhogereMach-nummersverhoogtdepre-compressievanhetrameffectbijdeinlaathetdrukniveau(endusdemassastroom$\punt{m}_{air}$)indemotor,zodathetmeerstuwkrachtontwikkeltdaninstatischeomstandigheden.Diteffectzorgtervoordatdestuwlijnmethogeresnelheidnaarbovenbuigt,enaangeziende voorcompressie toeneemt niet-lineair met snelheid , wordt de aanvankelijke daling van de stuwkracht snel teruggedraaid. Natuurlijk zal nu de brandstofmassastroom $ \ dot {m} _ {fuel} $ op dezelfde manier toenemen, zodat het brandstofrendement (stuwkracht per gebruikte brandstof) zal blijven dalen naarmate de snelheid toeneemt.

Alleen wanneer de vliegsnelheid de uitloopsnelheid van de jet nadert, wordt de stuwkracht weer omlaag geschoten. De typische uitgangssnelheid van een turbojet is eenvoudig supersonisch, daarom is dit type engine goed geschikt voor supersonische vlucht .

max engine thrust at cruise is approximately 29,360 Newtons while it's max thrust when stationary is 140,000 N

Hier heb je twee effecten die combineren tot lagere stuwkracht. Een daarvan is het verkleinen van het verschil tussen de in- en uitstroomsnelheid. Dit is meer uitgesproken in een turbo ventilator -motor omdat de bypass-stroom veel minder zal worden versneld dan de kernstroom, en een hogere vliegsnelheid een proportioneel grotere daling van de stuwkracht zal veroorzaken.

Het tweede effect komt van het verschil in luchtdichtheid tussen grond en cruise: luchtdichtheid bij een typische kruishoogte van 35.000 ft is slechts 0,38 kg / m³ of 31% van de luchtdichtheid op zeeniveau . De oorspronkelijke bron voor het cruisestuwnummer zegt niet voor welke hoogte is het cijfer geldig, maar u kunt er zeker van zijn dat dit voor ongeveer een derde van de bodemdichtheid is. Mass flow $ \ dot {m} _ {air} $ is direct evenredig met de omgevingsdichtheid, en beide effecten combineren. De meeste bronnen geven echter slechts een daling van een kwart van de statische stuwkracht - de laatste tabel in het gekoppelde antwoord lijkt erop dat iemand de waarden voor de CFM56-5A en de CFM56-5C heeft gemengd.

    
antwoord gegeven 29.03.2018 / 23:19