Kérdés:
Miért hiányzik a gyorsabb dugattyús hajtású repülőgép?
Charles847
2016-08-04 01:56:57 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Gyorsdugattyús repülőgépeket nem nagyon gyártanak. "Gyors" alatt azt értem, hogy ha visszatekintünk a 20. század elejére vagy közepére, még mielőtt a turbinák győztek volna, rengeteg dugattyús repülőgép volt gyártás alatt, amely a propellerrel hajtott repülőgépek gyakorlati sebességhatárait túllépte, és több mint 360 csomót cirkált a katonaságban. repülőgépek, néha olyan gyorsan, mint 330 csomó a kereskedelmi utasszállító repülőgépeken. És ez rettenetesen megértette az aerodinamikát és a dugattyús motorokat a maihoz képest. ~ 240 csomó az elérhető leggyorsabb pár repülőgép esetében, mint például a Cessna 400 és a leggyorsabb Mooney.

Vannak arra utaló jelek, hogy a korszerű anyagokkal és műszaki megoldásokkal sokkal gyorsabb sebesség érhető el a már kapható dugattyús motorokkal. A Cobalt CO50 Valkyrie kialakítása azt állítja, hogy egy tágas, négyszemélyes kabinot 260 csomóig tolnak egyetlen 350 lóerős motorral. A nemrégiben tanúsított Diamond DA-62 tágas, 7 utas utastéret képes mozgatni ~ 200 csomóponton, csak pár 180 lóerős motort használva.

Miért nem állnak rendelkezésre több gyorsabb dugattyús repülőgép? Nem érdekelnék a piacot azok a dugattyús meghajtású repülőgépek, amelyek képesek 300 csomót megtenni? Nem kellene képesnek lennie megtenni majdnem ezeket a sebességeket egy nagyon kicsi, egyetlen közönséges 350 lóerős motorral hajtott repülőgépnél? Nem kellene ezeket a sebességeket egy tágasabb síkban megtenni egy pár hétköznapi, 350 lóerős motorral? És nem sokkal alacsonyabb-e a dugattyús motorok üzemeltetésének költsége, még két dugattyús motor is egyetlen turbopropellérrel szemben? Mennyibe kerül egy 350 lóerős turbófeltöltős dugattyús motor vadonatúj, 50k-60 ezer dollárba? Tehát még egy pár megvásárlása is 100–120 ezer dollár. És akkor mennyibe kerül egyetlen összehasonlítható turbinás motor? ~ 800 ezer dollár, arányosan magasabb újjáépítési költségekkel repülési óránként? Plusz 20% + magasabb SFC, mint egy dugattyúnál?

Alapvetően úgy látom, hogy a Piper M600 2.8M USD-n van jegyezve, vagy a TBM930 3.9M USD-n van jegyezve, és nem értem, miért lenne nehéz az ár töredékénél közel azonos teljesítményt elérni egy pár olcsó dugattyús motor. Például a Piper M350 ugyanazzal a 6 utastérrel rendelkezik, mint az M600, és nyomást is tartalmaz, és egyetlen 350 lóerős motorral több mint 210 csomót készít egy nagyon régi repülőgépen, amelynek jegyára 1,2 millió USD alatt van. Ha alapvetően ugyanazt a repülőgépet építette, de újraoptimalizálta ikermotorokra, modern anyagokat és aerodinamikát használva, nem lenne képes elérni közel 300 csomót egy másik dugattyús motor hozzáadásával? És nem kellene el tudnia adni a kapott repülőgépet jóval 2 millió USD alatt, és jelentősen előnyös SFC-vel, ezért hatótávolsággal és hasznos teherrel, mint az M600?

Nézze meg a gépek tulajdonjogát. Ezeknek a repülőgépeknek a tulajdonosai többnyire GA pilóták, akik csak szórakozásból akarnak repülni, ezért nincs szükségük ilyen gyorsan repülőre (azért van néhány kivétel).
10 000 láb alatt 250 csomós sebességkorlátozást ír elő az FAA.
@RonBeyer érdekes, bár nem sok üzemben lévő dugattyús hajtású repülőgép képes hatékonyan repülni 20 000 körül és felett? Megértettem, hogy ez még sok dugattyús repülőgép esetében sincs felturbózva, még kevésbé nyomás alatt. Ezenkívül a „hiány” szót akartam használni, bár talán igazad van, a „halál” több figyelmet fog vonzani :)
@Charles847 "... nem kellene elérnie a közel 300 csomót egy újabb dugattyús motor hozzáadásával? ..." Sajnos a kellékek nem így működnek. A légcsavar csak ilyen gyorsan tud haladni, ezért egy másik hozzáadásával nem feltétlenül lesz gyorsabb a gép.
Három válaszokat:
Peter Kämpf
2016-08-04 03:39:54 UTC
view on stackexchange narkive permalink

A repülőgép teljesítményigénye a sebesség kockájával növekszik. Ha gyorsan repül egy olyan repülőgéppel, amelynek meg kell felelnie az előírások által előírt beállított minimális sebességnek, akkor a vonóerő-együtthatója majdnem állandó, ezért a gyorsabb repülés két dolgot hajt végre egy légcsavaros repülőgéppel:

  • A húzás dinamikus nyomással növekszik, amely arányos a sebesség négyzetével.
  • A tolóerő csökken a fordított fordulatszám mellett.
  • A teljesítmény a tolóerő szorzatszorosa. , tehát ha a 350 lóerő 210 csomóra jut, akkor a telepített teljesítmény megduplázása csak 264 csomópontot eredményez. A turbina továbbra is korlátozottan tudja kihasználni a megnövekedett dinamikus nyomást a ram helyreállításával, így itt a tolóerő csökkenése a fordulatszámnál nem olyan rossz, mint a dugattyús motoroknál.

    Egy egyenlet, a $ P $ teljesítmény igénye egy adott sebességre $ v $: $$ P = \ frac {D \ cdot v} {\ eta_ {Prop}} = \ frac {\ rho \ cdot v ^ 2 \ cdot S_ {ref} \ cdot c_D \ cdot v} {2 \ cdot \ eta_ {Prop}} \ rightarrow v = \ sqrt [\ Large {3} {}] {\ frac {2 \ cdot P \ cdot \ eta_ {Prop} } {\ rho \ cdot S_ {ref} \ cdot c_D}} $$

    Ha gyorsabban, hatékonyabban akar repülni, akkor meg kell növelnie a minimális sebességet - vegye figyelembe, hogy sokan gyorsdugattyús repülőgépek kb. Most hosszú futópályára van szüksége, és rossz időjárás esetén vagy éjszakai infrastruktúra használatához a műszeres megközelítésekhez, és olyan repülőterekre kerül, ahol a turbinás üzemanyag könnyen beszerezhető és olcsó, de a dugattyús üzemanyag nehéz megtalálni és drága.

    Mint minden drága gép esetében, ezt is gyakran kell használnia a költségek igazolására. Most az üzemanyagköltsége figyelembe veszi, és a dugattyús motort meglehetősen vonzóvá teszi.

    Gyorsdugattyús repülőgépeket csak akkor gyártottak, amikor a turbinák még nem voltak elérhetőek. Amint megjelentek a turbinák, minden gyorsdugattyús kialakítás elavult. És az 1940-es évek elején az aerodinamika már nagyon előrehaladott volt; a mérnökök akkor repülőgépeket építettek, amelyeket a mai mérnökökkel együtt lehetetlen megtervezni. Akkor teljesen kézi vezérlésű repülőgépeket juttattak a levegőbe, amikor ma mindenki megtagadná ezt hidraulikus emelők nélkül, csak a repülési sebesség felével. Tervezhetnének hűtőcsatornákat, amelyek valóban megnövelték a tolóerőt, ez a művészet ma (majdnem) elveszett.

    Köszönjük, hogy belevette az alap matematikát! Nem szívesen bővebben kifejtené ezt? Arra gondolok, hogy a sebesség ^ 2 = X teljesítményegység. Tehát a példádban megadnád (210 kt) ^ 2 = 44 100 egység teljesítményt, tehát egy duplán nagyobb teljesítményű sík 88 200 egységnyi erővel rendelkezne, majd a négyzetgyököt megkapva megkapja a kettős teljesítményű sík sebességét. De ez nem egészen adja össze vagy számolja ki a 2. pontot.
    @Charles847 Kezdje a `teljesítmény = tolóerő * sebesség` értékkel. Ha állandó sebességgel repül a szint, a "tolóerő = húzás", ami azt jelenti, hogy a "teljesítmény = húzás * sebesség". Végül a `drag = (konstans) * sebesség ^ 2` értéket adja meg, amely megadja a` power = (konstans) * sebesség ^ 3` értéket. Tehát, ha megduplázzuk a teljesítményt, akkor a sebességet csak kettő (kb. „1,26”) és „1,26 * 210 = 264,6” kocka gyökerével növeljük.
    Érdekes pont a maximális szükséges leállási sebességről és annak hatásáról a szárnyszárny kialakítására .. de azt sugallni, hogy a repüléstechnika „jobb volt”, mert olyan dolgokat csináltak, amikor nem voltak olyan alternatíváik, amelyeket a mai mérnökök szerint ... nem tanácsosak ... butaság .
    @Daniel Sajnálom, ha nem tudja értékelni a zseniális és egyszerű mechanikus megoldás eleganciáját, és úgy gondolja, hogy a rendszer bonyolultságának hozzáadott rétege, amely számos új hibamódot és karbantartási fejfájást vezet be, nem beszélve a további súlyról, jobb. De jó társaságban vagy.
    @Daniel Nem tudom, mit tegyek a kijelentésével. A technológia gyorsan fejlődött az elmúlt 70-80 évben. A mérnököknek ma sokkal többet kell tudniuk, mint a srácoknak akkoriban. És néhány dolog, amit csináltak, csak akkori mércével nem érte meg az erőfeszítést. A pénz nem volt kérdés a háború alatt, majd később az Egyesült Államokban. És sokat elrontottak. Ráadásul nem értem, hogy a dolgok mechanikus megtartása miért spórol meg súlyt, de állítólag a szépség a szemlélő szemében rejlik.
    @jjack Köszönjük a bizalmi szavazást. Számomra nyilvánvalónak tűnik, hogy a technika mai állása sokkal jobb, mert olyan repülőgépeket gyártunk, amelyek minden egyes repülőgépkategóriában * sokkal * jobban teljesítenek, és nem rosszabbak, mint korábban, a vitorlázórepülőktől a hiperszabásúakig. Az emberek, akik korábban jöttek, ugyanolyan okosak voltak, mint mi, de nem tudtak annyit, és az eszközeik sem voltak olyan jók.
    Ezenkívül a turbinás motorok egy csipetnyi sebességgel gyakorlatilag mindent meg tudnak égni, ami áramlik és ég, anélkül, hogy szilárd részecskék keletkeznének a kipufogógázban (bár nem fog olyan jó teljesítményt elérni, mint a motor optimalizált üzemanyagával) ; a dugattyús motorok üzemanyag-szerűen, sokszor válogatósabbak, és általában idegesítő dolgokkal, például megragadással vagy felrobbantással mutatják nemtetszésüket.
    Miért nem tudja a megfelelő kialakítású beszívású dugattyús motor kihasználni a tömörítés előnyeit?
    @Sean Meg tudják, de az instacionáris légbevitelük miatt kevésbé hatékonyak. Roy LoPresti [hangolt Mooneys] (http://www.loprestiaviation.com/aerodynamic-mods-8/mooney-m20.html) úgy, hogy egy légcsavar lapát söpörje át a szívócsatornát, amikor egy henger szelepe kinyílik. Ez önmagában néhány csomót adott hozzá a legnagyobb sebességhez.
    Shawn
    2016-08-04 03:24:30 UTC
    view on stackexchange narkive permalink

    A dugattyú propellert jelent, és a propeller alacsonyabb magasságokban hatékonyabb, nagyobb magasságokban pedig sokkal kevésbé hatékony (ez az oka annak, hogy vannak változtatható magasságú propellerek). De ez fordítva is érvényes a sugárhajtású repülőgépekre, ezért nem igazán látja az 5000 láb körüli cirkáló sugárhajtású repülőgépeket.

    A dugattyús motor meglehetősen összetett és jó néhány mozgó alkatrésszel rendelkezik, amelyek kissé erőszakosan mozognak. divat. A dugattyú minden löketnél irányt változtat, és az egyes löketeket hajtó égés más erő és rendeltetésű, mint a sugárhajtású motoré. Ez a dinamika kissé változik a motortípustól (a forgómotor különbözik a beépített motortól), de még mindig égésre van szükség ahhoz, hogy a dugattyút a légcsavar meghajtására kényszerítsék a repülőgép meghajtásához. A mechanika sokkal bonyolultabb, mint egy sugárhajtómű (amely lényegében csak levegőt juttat be, tömörít, gyújtja meg Bernoulli számára, és ezt a kipufogógázat használja a kompresszorok [általában] fordításához). (Találtam néhány remek motoranimációt a http://www.animatedengines.com webhelyen).

    A propellerek és a sugárhajtók másképp mozgatják a repülőgépet is. A légcsavar nem különbözik más szárnyaktól. Elsődleges mozgási módja az, hogy csökkenti az egyik oldalon a nyomást, és ezzel az alacsonyabb nyomás felé mozog. Egy kellék nagy rajongónak érzi magát, de a legtöbb mozgása a repülőgép meghúzása t jelenti. A sugárhajtómű azonban úgy működik, hogy a repülőgépet tolja . E különbség miatt a propeller lassabb sebességgel éri el a felső teljesítménykorlátozást, mint a sugárhajtómű. Ismét fordítva érvényes, és a sugárhajtómű alacsonyabb teljesítményhatárt ér el lassabban, mint egy támasz. Ez lehetővé teszi a turbinás motor gyorsabb repülését.

    Végül egy dugattyús motor valószínűleg nagyobb lesz, mint egy hasonló turbinás motor. Repülőgépen a súly nagyjából mindenben különbséget tesz.

    Két régebbi bejegyzés, de jó munkát végez a különbségek lebontásában: http://www.planeandpilotmag.com/article/turbines-vs-pistons/#.V6JwlUYrKCg http://www.shorelineaviation.net/news--- events / bid / 50442 / Dugattyúmotor-repülőgép-vs-Turboprop-motor-repülőgép
    "a rotációs motor különbözik a soros motortól" Radiálisra gondoltál rotációs helyett? Mivel szembeállítod a beillesztéssel
    A légcsavar hatékonysága nem csökken a magasságtól, amíg a légcsavar elég nagy. A [legmagasabban repülő szubszonikus repülőgépek] (https://www.avinc.com/innovative-solutions/hale-uas) mind légcsavarral hajtottak.
    @TomMcW Sajnálom, sugárirányú volt. Bár mindkettő továbbra is a dugattyúkkal működik, hogy a propellert megfordítsa, ahelyett, hogy a motoron keresztüli levegő mozgatásával lendületet generálna.
    @PeterKämpf A hatékonyság és a képesség azonban különbözik egymástól. Csak a levegő jellege miatt a tengerszint feletti magasságban a propeller lapátjának gyorsabban kell forognia, hogy nagyobb magasságokban ugyanolyan löketet lehessen generálni. Csakúgy, mint a szárny kevésbé hatékony a magasságban. 80,201 lenyűgöző. A nagyobb támaszok lehetővé tették a repülőgép gyorsabb mozgását, így generálva a felvonót, hogy elérje a 80 202-es szintet. De nagyobb motorokra is szükség van, hogy ezeket a nagyobb támaszokat gyorsabban forgassa. Hatalmas kiegyensúlyozó cselekedet.
    Hobbes
    2017-12-24 17:19:15 UTC
    view on stackexchange narkive permalink

    Ha gyors légcsavarral hajtott repülőgépet szeretne, sokkal könnyebb turbopropellátoros motort használni, mint egy nagy dugattyús motort.

    • a turbopropeller könnyebb és kompaktabb
    • kevesebb rezgést produkál
    • kevesebb zajt
    • megbízhatóbb ( a mozgó alkatrészek száma ezerről tízre csökken = kevesebb a tévedés)
    • könnyebb nagy teljesítményű turbopropellert felépíteni. A második világháború végi dugattyús motorok az akkoriban lehetséges szélén működtek. Speciális, nagy oktánszámú üzemanyagra volt szükségük a detonáció megakadályozására (és akkor is a visszatérések némileg gyakoriak voltak pl. A Griffonnál).


    Ezt a kérdést és választ automatikusan lefordították angol nyelvről.Az eredeti tartalom elérhető a stackexchange oldalon, amelyet köszönünk az cc by-sa 3.0 licencért, amely alatt terjesztik.
    Loading...