Pitanje:
Mogu li se stupnjevi turbine ili kompresora mlaznog motora isključiti kako bi se poboljšala učinkovitost goriva?
Victor Juliet
2015-07-06 12:23:03 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Aktivno upravljanje gorivom tehnologija je koju je razvio General Motors, a koristi se za poboljšanje učinkovitosti motora u vremenima kada motor radi pod opterećenjima koja su znatno manja od nazivnog, kako je prikazano na ovoj poveznici. Ova tehnologija iskorištava svojstva klipnih motora kod kojih su neki cilindri ISKLJUČENI dok samo nekoliko njih radi, a time i poboljšavajući ukupnu učinkovitost motora. Može li se slična tehnika primijeniti na motorima zrakoplova, gdje su neke od stupnjeva turbine (kompresor ili turbina) isključene kako bi se poboljšala učinkovitost motora?

Mislim da vaša analogija ne funkcionira. Automobil pokreće više identičnih, nedjeljivih jedinica (cilindara), a sustav upravljanja napajanjem isključuje neke od njih radi uštede goriva. Avion također pokreće više identičnih, nedjeljivih jedinica (motora), pa bi analogni upravljački mehanizam bio isključivanje nekih od tih jedinica (ugasio motor ili dva), a ne nekako isključivanje dijelova jedinica.
Prije svega, stupanj kompresora nije ekvivalent cilindra turbine. Ovo bi bilo zgarište (zvano držač plamena).
Drugo je pitanje da cilindrični cilindar motora koristi vrlo specifičnu količinu goriva po ciklusu. Upotrijebite previše ili nedovoljno i dobit ćete probleme s opeklinama. U automobilu imate i vrlo usku spojnicu motora za kotače: brzina X zahtijeva Y o / min što znači Z potrošnju goriva (mjenjač pomalo pomaže, ali malo). Ne možete smanjiti snagu smanjivanjem na bilo koji broj okretaja koji želite. Ovaj problem ne postoji u zrakoplovu: gotovo svaki broj okretaja u minuti radi pri bilo kojoj brzini (jer je ispuh mlaza uvijek brži od IAS-a). Jednostavno možete okretati broj okretaja u minuti, bez potrebe za djelomičnim isključivanjem motora.
Pet odgovori:
Federico
2015-07-06 12:31:08 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ne možete "isključiti" stupanj turbinskog motora.

Kao što se vidi drugdje, mlazni motori su jedan blok koji je mehanički spojen: sve faze (kompresor I turbina) spojene na isto vratilo. Ako se osovina okrene, svi povezani stupnjevi okreću se s njom.

Možete imati izvedbe s više osovina, ali to uvelike povećava složenost (projektiranje i održavanje).

Čak i ako pretpostavimo na trenutak da biste mogli imati 1 osovinu po stupnju, zaustavljanje jedne od njih bi u pravilu bila loša ideja. Iz akustičnih razloga broj lopatica na nepokretnom dijelu pozornice i onih na rotacijskom dijelu mora biti jedno prema drugome ( primjer: 37 lopatica na nepokretnoj i 39 na okretnoj strani); to znači da nakon zaustavljanja rotacijskog dijela ne možete poravnati sve lopatice s nepokretnim, stvarajući otpor i gubitke u motoru, čime smanjuje učinkovitost.


Kako bi se promijenila učinkovitost Jet Enginea, ako na trenutak pretpostavimo da je to mogućnost, da zaustavi nekoliko stupnjeva (pretvori ih u besplatne, umjesto zaključane)?

Možete i dalje smanjuju učinkovitost: stupnjevi kompresora zapravo vuku zrakoplov naprijed (tada biste proizveli manji potisak *), a stupnjevi turbina izvlače energiju iz ispuha.

*: čak biste mogli riskirati da plamen ide uzvodno ako zaustavite previše stupnjeva kompresora i nemate dovoljan pritisak na ulazu u komoru za izgaranje.

Recimo da imamo motor gdje su stupnjevi nekim mehanizmom pričvršćeni na osovinu (što je crna kutija). Ovaj mehanizam ima mogućnost prelaska u ** slobodno ** i ** zaključano ** stanje. Kako bi se promijenila učinkovitost Jet Enginea, ako na trenutak pretpostavimo da je to njegova mogućnost, zaustaviti nekoliko stupnjeva (pretvoriti ih u ** besplatne ** umjesto ** zaključane **)?
Zaustavljanje pojedinih cilindara u sustavu aktivnog upravljanja gorivom smanjuje sagorijevanje goriva, jer je u suprotnom potrebna količina zraka i goriva za svaku revoluciju. Mlazni motor nema taj problem s fiksnim zapreminom; protok goriva može se jednostavno smanjiti (unutar ograničenja). Možda biste mogli pustiti neke diskove turbine ili kompresora u slobodni hod motora dodavanjem dodatnih kvačila, ali pretpostavljam da bi to bilo previše složeno mehanički, kao i ** dodati ** povlačenje unutar motora ...
Više do točke. Dodatni stupnjevi povećavaju Carnotovu učinkovitost bližim približavanjem adijabatskom širenju. Idealni mlazni motor ima beskonačne faze (očito nije idealan s proizvodne perspektive), jer na toj granici dobivamo adijabatsko širenje. Ne postoji ekvivalent u ICE-u, jer ICE-ovi nemaju etapirane PV cikluse.
"stupnjevi kompresora vuku zrakoplov naprijed" - koliko je to točno? Zrak AFAIK usisava se iz svih smjerova, ali se velikom brzinom istiskuje u jednom smjeru, što * gura * zrakoplov naprijed.
@immibis je dodao referencu.
@Federico Shvaćam na što sada misliš - to je "izvlakač" jer "propeleri" (kompresori) vuku vratila, a ne zato što zrak ispred aviona vuče avion.
Aron
2015-07-06 20:18:08 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Može li se to učiniti

Da

Je li to učinjeno?

Da

Čekaj, što ?! Gdje i kako?

Pratt i Whitney J58 dizajnirani su da omoguće djelomično isključivanje kompresora. To se postiže postavljanjem prepoznatljivog šiljka ispred sklopa kompresora.

Međutim, svrha prijelaza na ramjet koji je karakterističan za J58 bila je omogućiti mu da izbjegne pregrijavanje turbine tijekom nadzvučnog leta, gdje povećana ulazna brzina prevedena na dodatno zagrijavanje zraka.

Međutim, to uopće ne povećava učinkovitost mlaznog motora.

Sveukupno zapravo želite što više stupnjeva za podzvučni let. To je zato što više stupnjeva omogućuje plinu da se komprimira / širi više adijabatski, što dovodi do veće Carnotove učinkovitosti.

Vrlo zanimljivo - mislio sam da su šiljci sr71 samo za smanjenje protoka zraka kroz motor.
+1. Mislio sam da znam odgovor (nema smisla), ali saznao sam da je to moguće, a SR71 je to učinio iz povezanih razloga. Hvala vam!
Teško se mogu složiti. PW-J58, kao što je prikazano na wiki stranici koju ste povezali, jednostavno je smanjio protok zraka u turbolazni kanal. Uz to, `RPM generatora plina održavan je na 100% da bi se održao maksimalan potisak.`, jedva" isključen ".
reirab
2015-07-06 19:55:21 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Kratki odgovor: Ne .

Duži odgovor: Mlazni motori konstruirani su s više kompresorskih i turbinskih diskova mehanički pričvršćenim na jedno vratilo, nazvano kalem. Obično se unutar motora nalaze 2 (ili ponekad 3) ove kalemove zbog potrebe visokotlačnog kompresora i glavnog usisnog ventilatora da se vrte različitim brzinama. Svaka se kalem slobodno vrti i pokreće je komprimirani zrak u jezgri motora koji se gura kroz stupnjeve turbine pričvršćene na tu kalem.

Dijagram turbofanovskog mlaznog motora

Jet engine diagram Izvor: Wikipedia

Ne postoji način da se "isključi" određena kalem. Sve dok je tlak u jezgri motora veći od tlaka iza mlaznice, turbine će se vrtjeti i pokretati kalem. Ako odvojite bilo koji stupanj turbine ili jedan od stupnjeva kompresora od kalema tako da se "oslobodi", turbinski će diskovi vjerojatno pretjerati s brzinom zbog smanjenog opterećenja. Uz to, neobušeni stupanj kompresora doživio bi staju kompresora, što je u biti aerodinamični zastoj lopatica stupnja kompresora.


Konačno , ovo je iz nekoliko razloga potpuno nepotrebno:

Prvo, osim problema koje bi to uzrokovalo, od isključivanja stupnja kompresora ne bi bilo ništa. Kao što je Andy ispravno spomenuo u komentaru, mlazni motori nemaju konstantno sagorijevanje goriva po okretu, za razliku od klipnih motora. Ako mlazni motor ne treba proizvesti toliko snage, on jednostavno može ubrizgati manje goriva u komoru za izgaranje. Kako tlak u komori za izgaranje pada, kalemi će se sami od toga okretati prema dolje (zbog manjeg pritiska koji pokreće stupnjeve turbine.)

Drugo, profili izlazne snage rada mlaznih zrakoplova nisu nimalo slični profilima automobila. Za automobil se velika snaga motora obično koristi samo u kratkim udarcima za ubrzanje, a krstarenje koristi mali dio te količine snage. S druge strane, u mlaznom avionu motori će se tijekom većeg dijela leta raditi s prilično visokim postotkom njihovih maksimalnih okretaja. To je zato što im dodatna snaga omogućuje let više, što zapravo povećava učinkovitost. Pogledajte odgovore na prethodno pitanje Koliko daleko 777 može letjeti sa samo jednim motorom na visini? Za razliku od automobila, značajno smanjenje snage tijekom krstarenja zapravo smanjuje učinkovitost goriva aviona.

"S druge strane, u mlaznom zrakoplovu motori će se ponašati blizu svojih maksimalnih performansi veći dio leta." To sigurno nije istina u civilnom zrakoplovstvu. Potisak u krstarenju je obično oko 25% maksimalnog potiska pri poletanju. Mislim da se odgovor u poveznici na temu "letenje na jednom motoru" čini pomalo zbunjenim.
@alephzero Potisak ili okretaji? Potisak će biti manji za iste RPM-ove zbog manje gustog zraka (kao što se spominje u tom odgovoru.) Uredit ću odgovor da bude jasno da ovdje mislim na RPM-ove, a ne na potisak.
alephzero
2015-07-06 20:13:27 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ako malo proširite ideju "isključivanja", to se već radi na nekoliko različitih načina.

Nadzorni zrakoplovi mogu biti dizajnirani da se nadvijaju nad svojim ciljnim područjem s nekim motorima koji su potpuno ugašeni. To nije stvar samo isključivanja motora - na primjer, ako ćete nekoliko sati lebdjeti na velikoj visini pri temperaturama nižim od -50 ° C, vjerojatno će vam trebati posebni sustavi za zagrijavanje ulja u isključenim motorima, kako bi se izbjegla oštećenja prilikom ponovnog pokretanja.

Mnogi mlazni motori sadrže promjenjive statorske lopatice u kompresorima, koje se automatski podešavaju kako bi se poboljšala učinkovitost pod različitim radnim uvjetima.

U više vratila motora, relativne brzine različitih osovina mijenjaju se ovisno o radnim uvjetima. To je učinkovitije od prisiljavanja svih stupnjeva kompresora i turbine da rade jednakom brzinom na jednom vratilu. U turboventilatoru s više osovina promijenit će se i zaobilazni omjer (tj. Udio zraka koji se komprimira u motoru jezgre i koristi za izgaranje, umjesto da ga ventilator samo ispuše za stvaranje potiska).

Koyovis
2019-08-07 05:55:09 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Učinkovitost goriva ne poboljšava se isključivanjem stupnjeva kompresora ili turbine. Učinkovitost goriva funkcija je ukupnog omjera tlaka, smanjite to i učinkovitost se smanjuje.



Ova pitanja su automatski prevedena s engleskog jezika.Izvorni sadržaj dostupan je na stackexchange-u, što zahvaljujemo na cc by-sa 3.0 licenci pod kojom se distribuira.
Loading...