Существующие сегодня реактивные двигатели уже не считаются экономичными и удобными для использования и обслуживания, и несколько мировых компаний уже приступили к разработке новых типов силовых установок. Они должны стать легче, экономичнее и мощнее существующих сегодня двигателей пассажирских лайнеров.
Фактически отцом современных двигателей, устанавливаемых на транспортные и пассажирские самолеты, является советский конструктор Архип Люлька.
В 1941 году он получил патент на изобретение турбореактивного двухконтурного двигателя, однако из-за Великой Отечественной войны построить прототип установки не успел. Первый двигатель такого типа в 1943 году испытали в Германии.
От обычных реактивных двигателей, разработка которых началась чуть раньше, новые силовые установки отличались течением воздушных потоков по двум контурам.
Внутренний контур состоит из зоны компрессоров, камеры сгорания, турбины (газогенератор) и сопла. Во время полета воздух затягивается и немного сжимается вентилятором, самым большим винтом и самым первым по ходу полета.
Затем часть этого воздуха поступает в компрессор и сжимается еще сильнее, после чего попадает в камеру сгорания, где смешивается с топливом.
После сгорания горючего раскаленные газы вырываются из камеры сгорания и вращают турбину.
Схема турбовентиляторного реактивного двигателя. Слева направо: вентилятор, компрессор низкого давления, компрессор высокого давления, вал компрессора низкого давления, вал компрессора высокого давления, камера сгорания, турбина высокого давления, турбина низкого давления, сопло.
K. Aainsqatsi / wikipedia.org
Турбина представляет собой жаропрочный воздушный винт, жестко посаженный на вал. Этим валом турбина связана с компрессорами и вентилятором на входе двигателя. После турбины реактивная струя попадает в сопло и истекает из него, формируя часть тяги двигателя. Вторая часть воздуха после вентилятора поступает в направляющий аппарат. Это такие вертикальные неподвижные лопатки. В этой части воздушный поток тормозится, из-за чего давление в нем повышается. После этого сжатый воздух сразу поступает в сопло и формирует остаток тяги.
Сегодня турбореактивные двухконтурные двигатели делят на два типа: с низкой и высокой степенью двухконтурности.
Степень двухконтурности — это отношение объема воздуха за момент времени проходящего через внешний контур, то есть, минуя камеру сгорания, к объему воздуха, проходящего через внутренний контур, то есть газогенератор.
Двигатели со степенью двухконтурности меньше двух традиционно ставятся на боевые самолеты, поскольку имеют небольшие размеры и большую тягу. Но они же расходуют много топлива.
Если у силовой установки степень двухконтурности больше двух, его принято называть турбовентиляторным реактивным двигателем. В такой силовой установке большая часть воздуха в полете проходит по внешнему контуру.
На современных двигателях от 70 до 85 процентов тяги формируется именно вентилятором, в то время как внутренний контур используется лишь для привода дополнительных агрегатов, типа генератора, а также самого вентилятора и компрессоров.
В турбовентиляторных двигателях коэффициент полезного действия зависит от величины степени двухконтурности.
Но увеличение двухконтурности приводит и к увеличению размеров двигателя, его массы и аэродинамических характеристик (большой двигатель имеет большое лобовое сопротивление).
В целом же турбовентиляторный двигатель не может развивать скорость выше скорости звука, но имеет небольшой расход топлива, что как раз очень важно для пассажирских и грузовых перевозок.
Турбовентиляторные двигатели в гражданской авиации используются на протяжении последних нескольких десятилетий и зарекомендовали себя как надежные, относительно дешевые и экономичные силовые установки.
Эти показатели разработчики из года в год стараются снизить, применяя все новые технические решения вроде саблевидных лопаток вентилятора, позволяющих сильнее сжимать воздух в зоне входа в компрессорную часть.
Но эти решения не дают существенной экономии в расходе топлива.
Американский двигатель CFM56, устанавливаемый на самолеты нескольких типов компаний Boeing и Airbus, имеет степень двухконтурности 5,5 и удельный расход топлива в крейсерском режиме 545 граммов на килограмм-силы в час.
Для сравнения, двигатель АЛ-31Ф истребителей Су-27 имеет степень двухконтурности 0,57 и удельный расход топлива в крейсерском режиме в 750 граммов на килограмм-силы в час и 1900 граммов на килограмм-силы в час на форсаже.
Первый CFM56 расходовал чуть больше 700 граммов топлива на килограмм-силы в час.
Турбовентиляторный реактивный двигатель на самолете Boeing 777-300
Boeing
Частичной экономичности новых турбовентиляторных двигателей конструкторы смогли добиться и за счет использования редуктора. Его установили между вентилятором и валом турбины, благодаря чему удалось избавиться от жесткой связки между горячей и холодной частями силовой установки. Кроме того, вентилятор и турбина стали работать в оптимальных друг для друга условиях. Но для существенной экономии конструкторы, помимо прочего, стали думать в сторону турбореактивных двигателей с ультравысокой степенью двухконтурности.
Ультравысокой, или сверхвысокой, степенью двухконтурности считается, когда объем воздуха проходящего за момент времени через внешний контур в двадцать и более раз больше объема воздуха, проходящего через внутренний контур.
Так изобрели турбовинтовентиляторный реактивный двигатель. Он имеет два (иногда три) вентилятора, расположенных на одной оси и вращающихся в разные стороны.
Лопатки таких вентиляторов имеют саблевидную форму, а сами роторы — изменяемый шаг.
Схема турбовинтовентиляторного реактивного двигателя с открытым винтовентилятором
Hamilton Sundstrand Corporation
Внешне турбовинтовентиляторные двигатели могут быть похожи на обычные турбовинтовые с воздушными винтами. Однако в новых силовых установках диаметр вентиляторов в среднем на 40 процентов меньше обычных воздушных винтов, а воздушный поток за лопатками вентилятора сжимается по разному. Например, в зоне воздухозаборника компрессорной части он, как и у турбовентиляторных двигателей, имеет большую степень сжатия.
Одним из примеров турбовинтовентиляторных двигателей является российский НК-93. Иногда его называют турбовинтовентиляторным реактивным двигателем с закапотированным ротором, или винтовентилятором.
В нем винтовентилятор вместе с небольшим по длине внешним контуром забран в капот, специальную конструкцию, защищающую лопатки и упорядочивающую воздушный поток в полете.
Такой двигатель примерно на 40 процентов экономичнее сопоставимого по мощности Д-30КП транспортного самолета Ил-76.
Сегодня разработка НК-93 приостановлена. Проект официально не закрыт, но будет ли он когда-либо завершен, не ясно.
По разным данным, удельный расход топлива двигателем НК-93 в крейсерском режиме полета составил бы от 370 до 440 граммов на килограмм-силы в час. При этом до 87 процентов тяги будут формироваться именно винто-вентилятором.
В третьей серии двигателей Д-30КУ-154 для Ил-76 удельный расход топлива удалось снизить до 482 граммов на килограмм-силы в час.
Схема турбовинтовентиляторного реактивного двигателя с закапотированным ротором
avia-simply.ru
Тяга НК-93, по предварительным расчетам, должна была составить около 18 тысяч килограммов-силы. Для сравнения, тот же Д-30КУ-154 способен выдавать тягу в 10,8 тысячи килограммов-силы. Отчасти неудачи проекта НК-93 объясняются недофинансированием проекта, а также не совсем удачными испытаниями опытной модели, некоторые показатели которой оказались несколько выше расчетных. Кроме того, несмотря на свою эффективность и экономичность, НК-93 является двигателем очень крупным.
Между тем, в 2000-х годах Запорожское машиностроительное конструкторское бюро «Прогресс» разработало двигатель Д-27. Он относится к турбовинтовентиляторным реактивным двигателям с открытым винтовентилятором.
Сегодня он является единственной в мире силовой установкой такого типа, выпускаемой серийно. Д-27 используется на перспективном украинском военно-транспортном самолете Ан-70.
В этом двигателе поток воздуха создаётся двумя соосными многолопастными саблевидными винтами.
Тяга двигателя Д-27 составляет 13,1 тысячи килограммов силы, а удельный расход топлива в крейсерском режиме — около 140 граммов на килограмм-силы в час. Турбовинтовентиляторные двигатели с открытым ротором могут иметь немного различную конструкцию.
Как правило, в них предусмотрено использование редуктора для привода винтовентилятора турбиной. Украинский двигатель в своей конструкции редуктор использует. Этот узел позволяет выставить оптимальные обороты для турбины и оппозитно-вращающихся роторов.
В Евросоюзе в настоящее время действует многолетняя программа разработки новых технологий для гражданской авиации, которые в целом должны будут сделать пассажирские самолеты будущего экономичнее, экологичнее, тише и комфортнее.
Этот проект называется Clean Sky 2. В рамках этого проекта французская компания Snecma, входящая в холдинг Safran, приступила к сборке первого опытного образца турбовинтовентиляторного двигателя с открытым ротором.
Испытания силовой установки состоятся до конца 2016 года.
Новый опытный двигатель на время проверок установят на пассажирский лайнер Airbus 340 на специальном подвесе в хвостовой части фюзеляжа.
Перед летными испытаниями перспективный двигатель проверят на тестовом стенде на полигоне во французском Истре. Параметры перспективной силовой установки разработчики сравнивают с распространенными CFM56.
Ожидается, что выбросы углекислого газа двигателя с открытым ротором будут на 30 процентов меньше, чем у CFM56.
Для сборки опытного образца двигателя Snecma намерена использовать газогенератор турбореактивного двухконтурного двигателя с форсажной камерой M88. Такими силовыми установками оснащаются французские истребители Dassault Rafale.
С вала, раскручиваемого турбиной двигателя, через редуктор будет приводиться открытый винтовентилятор с роторами диаметром около 420 сантиметров. Лопатки вентилятора будут изменять угол атаки.
Частота вращения винтовентилятора составит около 800 оборотов в минуту.
Для сравнения скорость вращения вентилятора двигателя CFM56 составляет 5200 оборотов в минуту в режиме полной мощности. Двигатель с открытым вентилятором, разрабатываемый Snecma, сможет развивать тягу в 111 килоньютонов (11,3 тысячи килограммов-силы).
Идея французского двигателя базируется на американском GE36, разработка которого велась в 1980-х годах, однако из-за несовершенства материалов была закрыта. В частности, общей чертой для двигателей с открытым ротором является изогнутая форма лопаток.
Дело в том, что эффективность двигателя, в общих чертах, зависит от шага винта и скорости вращения. Чем эти показатели выше, тем быстрее полетит самолет.
Однако при определенной скорости вращения вала наступает момент, когда скорость обтекания воздушным потоком законцовок лопастей приближается к сверхзвуковой. Из-за этого весь винт теряет эффективность.
Изогнутая форма позволяет снизить частоту вращения вала и несколько уменьшить шаг винта, не потеряв в эффективности.
Разработчики рассчитывают, что новые турбовинтовентиляторные реактивные двигатели с открытым ротором будут в целом тише современных турбовинтовых и турбовентиляторных двигателей. Этого можно достичь за счет сдвига шума в более высокочастотную область, а высокочастотный шум, как известно, существенно более сильно спадает с увеличением расстояния до наблюдателя.
С каждым годом проектирование новых авиационных двигателей становится все более сложным.
Времена, когда за счет использования нового принципа сжигания топлива или введения дополнительного воздушного контура можно было существенно повысить эффективность и экономичность конструкции, прошли.
Теперь конструкторам уже приходится решать множество тесно связанных друг с другом задач и искать новые материалы для производства различных деталей двигателей.
Василий Сычёв
В чем измеряется мощность двигателя самолета
Главная » Двигатель
Рейтинг статьи Загрузка…
Ликбез для себя, или заметки на полях ЖЖ доходчиво объясняющие суть физики.
Что такое МОЩНОСТЬ?
Мощность — это скорость совершения работы.Все, что может совершать работу, — человек, животное, падающая вода, двигатель, — обладает определенной мощностью.Человек поднял на крышу дома груз в 25 кг за 12 секунд, а кран — за 1 секунду. Работа одна и та же, но кран сделал ее в 12 раз быстрее, следовательно, его мощность в 12 раз больше, чем мощность человека.
О мощности же двигателя или другого источника энергии судят не по количеству совершаемой работы, а по быстроте, с какой она совершается.
Чем же измеряется мощность?Лошадиными силами. Лошадиная сила (л. с.) — это единица мощности. Она составляет примерно такую мощность, которую может развить очень сильная лошадь.В механике лошадиная сила определяется точно: это способность за 1 секунду совершить 75 килограммометров работы, например, поднять за 1 секунду 75 килограммов на высоту 1 метра.
Первый самолет пролетает за 1 сек. 30 метров (108 километров в час), причем тяга винта составляет 250 кг.Следовательно, работа мотора за 1 сек. равна 250×30=7500 кг·м, что соответствует мощности 7500/75 = 100л.с.
Такова мощность, которая требуется самолету, чтобы лететь с данной скоростью.
Но так как часть мощности мотора затрачивается кроме полезной тяги, идущей на продвижение самолета, еще на различные непроизводительные и вредные потери винта, то полная мощность должна быть больше 100 л. с. На рисунке мощность мотора указана равной 140 л. с.
Это значит, что потери винта составляют 40л.с.Второй самолет (истребитель) пролетает в секунду 150 м (540 км/час). Тяга винта равна 400 кг. Следовательно, работа мотора за 1 сек. равна 400×150=60000 кг·м, что соответствует мощности: 60000/75 = 800 л.с.
При мощности мотора 1000 л. с. В данном случае потери составляют 200 л. с.
От чего же зависит мощность, развиваемая данным мотором?От количества поступающего в цилиндры и сгорающего там в 1 секунду горючего (которое регулируется дроссельной заслонкой, управляемой сектором газа).
Это понятно — ведь источником энергии для мотора является только горючее. Двигая сектором газа, мы можем заставить мотор работать с различной мощностью — от самой большой до самой малой.
Положение сектора газа определяет в основном режим работы мотора.
Зависит или не зависит мощность мотора от оборотов?Вот самолет Cessna-150 набирает высоту. Дроссель полностью открыт, мотор работает несомненно на полной мощности и дает, скажем, 2500 об/мин. Набрав высоту, летчик перешел в горизонтальный полет и убавил газ, т.е.
уменьшил мощность мотора. Но обороты не падают и могут даже возрасти. Дальше летчик перешел в пикирование и полностью убрал газ. Мотор работает на самой малой мощности — всего каких-нибудь 1–2 л.с., а обороты не только не падают, но продолжают расти — 2300–2400 об/мин и т.д.
, и если не выйти из пикирования, обороты увеличатся так, что мотор выйдет из строя.Мы видим, что у одного и того же мотора бóльшие обороты вовсе не означают большей мощности.Но можно ли поэтому сказать, что мощность вовсе не зависит от оборотов?Нет, нельзя.
Это тоже будет неверно.
Итак, зависит или не зависит мощность мотора от оборотов? Давайте разберёмся.
Читать еще: Что значит неисправность системы двигателя
Из чего складывается мощность мотора Сила — это то, что действует в прямом направлении — тянет, толкает или давит. А вал мотора не тянет и не толкает свой маховик или винт, а поворачивает его с большим или меньшим усилием. Вот это вращающее или поворотное усилие называется вращающим, крутящим моментом или просто моментом.
Когда мы наворачиваем гайку на болт, мы прикладываем к ней момент — сначала небольшой (при помощи пальцев), пока гайка идет легко, а дальше, когда силы пальцев нехватает, пользуемся ключом для увеличения момента.
Точно так же для проворачивания воздушного винта при запуске мотора к винту прикладывают вращающий момент — руками или при помощи стартера.
Поворачивая выключатель, рукоятку настройки приемника, кремальеру шкалы высотомера, педали велосипеда, — во всех случаях мы прикладываем не силу (как при подъеме гири), а момент.
Все двигатели — электрические, внутреннего сгорания — имеют вал, которому они сообщают свою энергию в виде крутящего момента различной величины. И чем сильнее двигатель, тем больший момент он создает на своем валу.
Итак, от чего зависит мощность, или, точнее: в чем выражается мощность двигателя?Мы готовы ответить:— В моменте на валу!Раньше мы на тот же вопрос ответили, не задумываясь:— В оборотах!
Тогда выяснилось, что мы ошиблись. Но разве мощность на самом деле не зависит от оборотов?
- Мощность мотора зависит от двух величин:1) от крутящего момента на валу и
- 2) от оборотов.
Если два двигателя имеют одинаковые моменты, т. е. вращают свои валы с одинаковой силой, то тот, который дает большие обороты, развивает большую мощность. И наоборот: если два двигателя дают одни и те же обороты, то тот, который дает больший момент на валу, имеет большую мощность.Тогда мощность, которая зависит и от момента и от оборотов, выражается следующей формулой:
мощность = M · n, т. е. момент, умноженный на обороты.
Читать еще: Двигатель 2ст дизель не заводится
Мощность есть произведение двух множителей: М и n
Используемая литература: В.Л. Теуш “Работа воздушного винта”, 1944г
Самолеты используют специальное топливо
Частные самолеты не используют тот же вид топлива, который вы используете для заправки вашего автомобиля или грузовика. Они также не используют тот же тип топлива, что и небольшой поршневой самолет.
Реактивные самолеты используют соответственно названные Реактивное топливо.
Есть много причин, по которым в самолетах используется топливо, отличное от обычного бензина. Начнем с того, что у реактивного топлива более низкая точка замерзания, чем у обычного бензина. Это важно, поскольку частные самолеты становятся кайфом. Очень высоко. Некоторые самолеты летают на высоте 51,000 XNUMX футов. Чем выше вы поднимаетесь, тем холоднее становится воздух.
Во-вторых, реактивное топливо имеет более высокую температуру вспышки, чем бензин. В результате реактивное топливо способно обеспечить большую мощность и эффективность по сравнению с обычным бензином.
Реактивное топливо также имеет более низкую вязкость, чем обычный бензин. Это означает, что реактивное топливо не такое густое, как обычный бензин. В результате реактивное топливо с меньшей вероятностью блокирует трубы и легко перемещается по самолету.
Наконец, реактивное топливо дешевле обычного бензина. Это важно, поскольку частным самолетам требуется большое количество топлива. Повышение цены на топливо даже на 10% может существенно повлиять на стоимость часа полета самолета.
FAA Ratings
Помимо пилотских лицензий также выделяют еще ряд «рейтингов», которые пилот может «нанизать» на свою лицензию :
1. Инструментальный рейтинг
Самый популярный рейтинг, который становится второй ступенькой для подавляющего большинства частных пилотов – это инструментальный рейтинг (instrument rating), или допуск к полетам по приборам (ППП).
Предполагается, что лицензия частного пилота позволяет вам летать только в визуальных условиях по правилам визуальных полетов, когда у вас есть видимость естественного горизонта и приборы нужны только как вспомогательные инструменты, а все пилотирование происходит по визуальным ориентирам за пределами кабины.
Понятно, что такие идеальные условия бывают не очень часто. Поэтому, как только частный пилот налетался в хорошую погоду, ему обязательно захочется начать летать в плохую погоду. В дождь, в облаках, с низким нижним краем облачности и так далее.
Для того, чтобы делать это легально и профессионально, необходимо пройти курс полетов по приборам и сдать очередной экзамен (и письменный тест). По мнению большинства пилотов (и моему личному) этот курс является самым сложным из всей программы летного обучения. Даже сложнее чем получение лицензии линейного пилота.
2. Многодвигательный рейтинг
Второй рейтинг, который можно прицепить к любому уровню лицензии (PPL, CPL, ATP) – это многодвигательный рейтинг. Изначально вы получаете лицензию на однодвигательный самолет (в подавляющем большинстве случаев).
Это не значит, что вы не можете сразу учиться на многодвигательном самолете и получать лицензию частного пилота на двухмоторнике.
Законом это не запрещено, но это гораздо сложнее и тяжелее для новичка, поэтому все по классике – сначала учимся кататься на велосипеде, а потом уже переходим на четырехколесный транспорт.
Читать еще: Что такое пины в двигателе
3. Другие рейтинги
Другие рейтинги, которые можно «навешивать» как бусы относятся к разным категориям и классам воздушных судов.
То есть вы можете добавить к своей лицензии допуск на: вертолеты, автожиры, планера, воздушные шары, дирижабли, гидросамолеты, летающие лодки и так далее, смотрите полный перечень различных категорий и классов в следующей главе.
Каждый новый класс и категория требует сдачи очередного экзамена (а до экзамена надо пройти подготовку – теорию и практику, сдать письменный тест и подготовиться к сдаче экзамена).
Особенности конструкции
- Р-36М – двухступенчатая ракета, применяющая последовательное разделение ступеней. Баки горючего и окислителя разделены совмещенным промежуточным днищем. Вдоль корпуса проходит бортовая кабельная сеть и трубопроводы пневмогидравлической системы, которые закрыты кожухом.
Двигатель 1-ой ступени имеет 4 автономных однокамерных ЖРД, которые имеют турбонасосную подачу топлива по замкнутой схеме, они шарнирно закреплены в хвостовой части ступени на раме. Отклонение двигателей по команде системы управления позволяет управлять полетом ракеты. Двигатель 2-ой ступени включает однокамерный маршевый и четырехкамерный рулевой ЖРД.
- Все двигатели работают на азотном тетраксиде и НДМГ. В Р-36М реализовано много оригинальных технических решений, к примеру, химический наддув баков, торможение отделившейся ступени при помощи истечения газов наддува и тому подобное. На Р-36М монтирована инерциальная система управления, работающая благодаря бортовому цифровому вычислительному комплексу.
Его использование позволяет обеспечить высокую точность стрельбы.
- Конструкторы предусмотрели возможность совершить пуск Р-36М2 даже после ядерного удара противника по району расположения ракет. «Сатана» имеет темное теплозащитное покрытие, которое облегчает прохождение через радиационное пылевое облако, появившееся после ядерного взрыва.
Специальные датчики, которые измеряют гамма- и нейтронное излучение на время прохождения ядерного «гриба» регистрируют его и выключают систему управления, но двигатели при этом продолжают работать. После выхода из опасной зоны автоматика включает систему управления и корректирует траекторию полета. МБР данного типа имели особо мощное боевое оснащение.
Было два варианта ГЧ: РГЧ ИН с восемью ББ (по 900кт.) и моноблочная термоядерная (24Мт.). Имелся и комплекс преодоления систем ПРО.
Видео о ракете Сатана
В чем измеряется мощность двигателя самолета Ссылка на основную публикацию
Лошадиная сила и другие единицы измерения мощности двигателя — Автоберлога
Лошадиная сила (л. с.) — это внесистемная единица измерения мощности. В настоящее время в России она официально выведена из употребления (стандартной единицей СИ для выражения мощности является ватт), но все равно продолжает широко использоваться в автоиндустрии как показатель мощности двигателей.
В 1789 году шотландский инженер и изобретатель Джеймс Уатт ввел термин «лошадиная сила», чтобы показать, работу скольких лошадей способны заменить его паровые машины.
Следует знать, что лошадиная сила — это не максимальный, а усредненный показатель мощности лошади, которую она может поддерживать длительное время. Кратковременно среднестатистическая лошадь может развивать мощность около 1000 кг*м/с, то есть мощность одной лошади равна 13,3 лошадиных сил.
Основные единицы измерения мощности двигателей и их обозначение
1. Лошадиная сила (735,49875 Вт). Обозначается как: hp (это netto мощность двигателя, измеряется с использованием вспомогательных агрегатов двигателя, таких как: глушитель, генератор), bhp (это брутто мощность двигателя, измеряется без использования дополнительных агрегатов).
Также можно встретить и другие обозначения: PS (нем.), CV (фр.), pk (нид.).
- В англоязычных странах чаще до сих пор приравнивают лошадиные силы к 745,6999 Вт, что примерно равно 1,014 европейской лошадиной силы.
- 2. Ватт
- Поскольку описание ватта выходит за рамки данной статьи, то здесь мы его касаться не будем.
Как рассчитывается лошадиная сила
Лошадиная сила является условной и неоднозначной единицей измерения мощности.
В России и почти во всех европейских странах, лошадиная сила определяется как 75 кг*м/с (метрическая лошадиная сила), то есть, как мощность, достаточная для поднятия груза массой в 75 кг на высоту 1 метр за 1 секунду. В таком случае 1 л. с. составляет ровно 735,49875 Вт.
Максимальную мощность, которую способна развивать лошадь, принято называть котловой лошадиной силой. Вы можете с легкостью рассчитать и свою максимальную мощность. Для этого нужно замерить время t, за которое вы вбежите на лестницу высотой h и подставить в формулу: m*h/t, где m — масса вашего тела.
Для определения мощности двигателя используются специальные стенды, подробнее об этом написано ниже.
Как замеряют мощность двигателя
Мощность двигателя замеряют в основном для оценки эффективности тюнинга.
Для определения мощности двигателя существует только один точный способ: снять его с автомобиля и установить на специальный стенд. Снятие и установка двигателя — довольно трудозатратный и дорогой процесс, который по силам только автопроизводителям и серьезным гоночным командам.
Для менее точного замера мощности используют динамометрические мощностные стенды (такие как на фото), позволяющие снять показания «с колес». Влияние на результат могут оказать: давление в шинах, их сцепные свойства, температура шин (во время замера протектор сильно нагревается) и даже степень притяжки автомобиля страховочными стропами.
Методика замера
Прогретый автомобиль трогается на первой передаче, разгоняется до 40–50 км/ч, после чего включается последняя передача, педаль газа нажимается до упора и начинается имитация разгона. По достижении максимальных оборотов (с момента начала падения мощности, видимого на мониторе), включается нейтральная передача.
Результат измерения выводится в виде графика, на котором отображена зависимость мощности от оборотов двигателя (синяя кривая — в лошадиных силах).
Шкала, дающая примерное представление о диапазоне мощности двигателей
Для того, чтобы иметь представление о диапазоне мощности двигателей, ознакомьтесь со следующим рисунком:
- 0-100 л. с. — малолитражные автомобили;
- 100-200 л. с. — автомобили с двигателем средней мощности;
- 200-500 л. с. — спортивные автомобили;
- 500 л. с. и более — гоночные болиды и суперкары.
Мощность ракетного двигателя
Мощность ракетного двигателя
Мощность, развиваемая двигателем, т. е. механическая работа, совершаемая им в единицу времени (секунду), является важнейшей характеристикой любого двигателя.
Это и естественно, если иметь в виду, что именно совершение этой механической работы за счет израсходования определенного количества энергии другого вида — тепловой, электрической или еще какой-либо — и является назначением всякого двигателя.
В соответствии с этим двигатели подразделяются на электрические, тепловые и т. д.
https://www.youtube.com/watch?v=-m9JFasfPK4\u0026t=68s
Обычно мощность, развиваемая каким-либо двигателем, может быть использована самыми разнообразными способами. Для этого вал двигателя связывают с тем или иным потребителем механической работы.
Так, например, поршневой двигатель внутреннего сгорания может быть установлен на электростанции и вращать ротор динамомашины, тогда мощность двигателя будет преобразовываться в электрическую энергию; он может вращать трансмиссию в цехе и приводить таким образом в движение станки; может быть установлен на автомобиле для привода его ведущих колес; наконец, может вращать пропеллер самолета и т. д. Во всех этих случаях мощность двигателя будет неизменной, она будет только по-разному расходоваться. В частности, для нас очень важно, что мощность такого двигателя, установленного, допустим, на самолете, будет также одинаковой, вне зависимости от того, неподвижен ли самолет, стоящий на аэродроме, или летит со скоростью в сотни километров в час.
Именно этим свойством обычного поршневого авиационного двигателя объясняется то, что он перестал удовлетворять требованию непрерывного роста скорости полета, характерному для современной авиации.
Действительно, мощность, потребная для полета данного самолета, очень быстро растет при увеличении скорости полета, пропорционально кубу этой скорости. Значит, при увеличении скорости полета в два раза потребная мощность вырастет соответственно в восемь раз.
Еще значительнее становится рост потребной мощности при приближении скорости полета к скорости звука, т. е.
скорости, с которой звук распространяется в воздухе (немногим более 1200 км/час вблизи земли), что объясняется дополнительным сопротивлением, связанным с явлением сжимаемости воздуха при этих скоростях.
Установка на самолетах все более мощных двигателей приводит лишь к незначительному увеличению скорости полета.
Более мощные двигатели оказываются и более тяжелыми (вес двигателя увеличивается почти пропорционально его мощности), а также большими по размерам, вследствие чего для их установки требуются и большие по размерам самолеты. Но это в свою очередь увеличивает мощность, потребную для полета с данной скоростью.
Выход из этого заколдованного круга был найден применением двигателей принципиально иного типа — двигателей прямой реакции в частности, ракетных. Поэтому не без основания говорят что применение реактивных двигателей в авиации представляет собой настоящую техническую революцию.
Ракетный двигатель в смысле развиваемой им мощности ведет себя совсем иначе, чем, например, поршневые двигатели внутреннего сгорания.
B этом легко убедиться.
Как известно, мощность — это работа, произведенная за секунду, работа же есть действие силы на некотором пути.
Поэтому величина работы определяется произведением силы на пройденный в направлении ее действия путь, а мощность соответственно равна произведению силы на скорость.
Если мощность измерять в лошадиных силах, то, как известно, величину секундной работы в килограммометрах нужно еще разделить на 75, так как 1 л. с. = 75 кгм/сек; таким образом:
Чему же равна мощность ракетного двигателя? Так как реактивная сила, т. е. тяга, развиваемая двигателем, от скорости передвижения не зависит, то мощность ракетного двигателя оказывается прямо пропорциональной скорости полета.
Когда двигатель неподвижен — например, испытывается на станке, — его мощность равна нулю, несмотря на то, что тяга, развиваемая двигателем, может быть при этом очень велика. Мощность становится значительной лишь при больших скоростях передвижения.
Это свойство ракетного двигателя характеризует его как двигатель специфически транспортный; мало того, как двигатель для аппаратов, передвигающихся с очень большими скоростями, возможными лишь в воздухе и вне пределов атмосферы, т. е. двигатель для самолетов, снарядов, ракет.
На малых скоростях ракетный двигатель развивает весьма незначительную мощность, но зато при увеличении скорости мощность возрастает и может достигать значений, недосягаемых для других тепловых двигателей. Это обстоятельство позволяет получить с помощью ракетного двигателя скорость полета значительно большую, чем с помощью обычных (поршневых) авиационных двигателей.
Как велика может быть мощность ракетного двигателя, видно из следующего примера, относящегося к одной дальнобойной ракете.
На этой ракете установлен ракетный двигатель (он будет описан подробно в разделе о жидкостно-реактивных двигателях), развивающий тягу в 25 тонн. При запуске ракеты, когда скорость ее равна нулю, мощность двигателя также равна нулю.
Но когда ракета, примерно через 1 мин. после старта, достигает высоты около 40 км, ее скорость становится очень большой, порядка 1500 м/сек (около 5500 км/час).
Подсчитаем по нашей формуле мощность, которую развивает двигатель в этот момент:
Конечно, такую колоссальную мощность (полмиллиона лошадиных сил!) не в состоянии развить ни один тепловой двигатель при тех размерах и весе, которые имеет двигатель этой ракеты.
- Ракетный двигатель совершает полезную работу за счет израсходования скоростной энергии газов, вытекающих из двигателя в атмосферу.
- Доля тепловой энергии топлива, переходящей в скоростную энергию газов и, следовательно, величина этой скоростной энергии, от скорости полета не зависит.
- В то же время мощность двигателя при изменении скорости полета меняется.
- Это означает, что в зависимости от скорости полета скоростная энергия вытекающих из двигателя газов по-разному используется для совершения полезной работы[3].
Преобразование скоростной энергии газов в полезную работу двигателя полностью определяется скоростью полета. Некоторые характерные в этом отношении (режимы полета ракеты или самолета с ракетным двигателем представлены на фиг. 8. Верхний рисунок на этой фигуре соответствует режиму взлета — двигатель работает, но ракета неподвижна, скорость полета равна нулю.
При этом полезная работа, т. е. мощность двигателя, тоже равна нулю. Куда же расходуется скоростная энергия струи газов, с большой скоростью вытекающих из двигателя? Очевидно газы, которые в этом случае мчатся относительно земли со скоростью, равной скорости истечения, уносят с собой эту скоростную энергию, которая затем бесполезно рассеивается в атмосфере.
Но вот ракета взлетела и начинает полет со все увеличивающейся скоростью. При этом разность между скоростью истечения и скоростью полета становится все меньше.
Поэтому молекулы газа движутся относительно земли в сторону, противоположную направлению полета, со все меньшей скоростью. Это значит, что скоростная энергия, уносимая с собой молекулами, становится все меньшей.
Следовательно, все большая часть скоростной энергии струи преобразовывается в полезную работу, сообщается ракете.
Весьма характерным является момент, когда увеличивающаяся скорость полета становится равной скорости истечения газов из двигателя, что соответствует среднему рисунку на фиг. 8. Очевидно что при этом скорость газов относительно земли становится равной нулю, т. е.
относительно неподвижного наблюдателя газы будут неподвижными. Но это означает, что скоростная энергия этих газов равна нулю и, следовательно, вся скоростная энергия струи переходит в полезную работу.
Однако следует иметь в виду, что это отвечает очень большой скорости полета, так как скорость истечения газов из ракетного двигателя равна 1500–2500 м/сек, т. е. примерно 5000-10000 км/час.
Следовательно, этот случай может иметь место только при полете в самых верхних слоях атмосферы и вне ее. При скоростях полета до 1000–1200 км/час в полезную работу переходит менее четверти скоростной энергии струи.
Фиг. 8. Характерные режимы полета ракеты (точками условно обозначены молекулы газа, стрелками — направление их скорости относительно неподвижного наблюдателя).
При дальнейшем увеличении скорости полета молекулы газа, как это показано на нижнем рисунке фиг. 8, движутся относительно неподвижного наблюдателя в том же направлении, что и ракета, со скоростью, равной разности скорости полета и скорости истечения. При этом энергия, отдаваемая струей ракете, т. е.
совершаемая ракетой полезная работа, даже превышает скоростную энергию струи.
Противоречие здесь, конечно, лишь кажущееся, что становится очевидным, если рассматривать не только тепловую, но и скоростную энергию сжигаемого топлива, приобретенную им в результате ускорения ракеты в течение предшествующего полета.
Для уменьшения потерь скоростной энергии отходящих газов на малых скоростях полета на выходе из ракетного двигателя могут быть установлены специальные насадки, расположенные с некоторым зазором вокруг выходного сечения реактивного сопла[4].
При полете в атмосфере через кольцевую щель между таким насадком и соплом подсасывается воздух, который примешивается к струе отходящих газов, уменьшая их скорость, но зато увеличивая массу. Это может привести к существенному повышению тяги и, следовательно, мощности; например, когда двигатель неподвижен, т. е.
скорость полета равна нулю, то такой, как говорят, эжекционный подсос воздуха, увлекаемого струей выходящих газов, увеличивает тягу двигателя на 1/3.
Но когда скорость полета увеличивается, этот выигрыш в тяге резко падает: так, при скорости полета, составляющей всего 5 % от скорости истечения, выигрыш в тяге уменьшается наполовину. При еще больших скоростях вместо выигрыша может получиться даже уменьшение тяги.
Сколько лошадиных сил может быть у самолетов, поездов и пароходов
На земле, в воде и в воздухе
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
Иван Белобородов
Загрузка...
