Удельный расход топлива по тяге

Топливная эффективность конструкции двигателя по отношению к выходной тяге

Удельный расход топлива по тяге (TSFC ) - это топливная эффективность конструкции двигателя по отношению к выходной тяге . TSFC можно также рассматривать как расход топлива (граммы / секунду) на единицу тяги (килоньютон или кН). Таким образом, он зависит от тяги, что означает, что расход топлива делится на тягу.

TSFC или SFC для тяговых двигателей (например, турбореактивных, турбовентиляторных, ПВРД, ракетных двигателей и т. Д.) - масса топлива, необходимая для обеспечения чистой тяги в течение заданного периода, например фунт / (ч · фунт-сила) (фунты топлива на час-фунт тяги) или г / (с · кН) (граммы топлива на секунду-килоньютон). Для измерения топлива используется масса топлива, а не объем (галлоны или литры), поскольку он не зависит от температуры.

Удельный расход топлива воздушно-реактивных двигателей при их максимальном КПД более или менее пропорционален разгоняться, набирать скорость. Расход топлива на милю или километр - более подходящее сравнение для самолетов, которые движутся с очень разными скоростями. Также существует коэффициент, равный удельному расходу топлива, разделенному на скорость. Он может иметь единицы фунтов в час на лошадиную силу.

Эта цифра обратно пропорциональна удельному импульсу.

• 1 Значение SFC
• 2 единиц
• 3 Типичные значения SFC для тяговых двигателей
• 4 См. Также
• 5 Ссылки
• 6 Внешние ссылки

SFC зависит от конструкции двигателя, но различия в SFC между разными двигателями, использующими одну и ту же базовую технологию, как правило, довольно незначительны. Увеличение общей степени сжатия на реактивных двигателях имеет тенденцию к уменьшению SFC.

В практических приложениях другие факторы обычно очень важны для определения топливной эффективности конкретной конструкции двигателя в этом конкретном приложении. Например, в самолетах турбинные (реактивные и турбовинтовые) двигатели обычно намного меньше и легче, чем конструкции поршневых двигателей с эквивалентной мощностью, оба свойства снижают уровни лобового сопротивления на самолете и уменьшают количество энергии, необходимой для переместить самолет. Следовательно, турбины более эффективны для движения самолета, чем можно понять, если взглянуть на таблицу ниже в упрощенном виде.

SFC зависит от настройки дроссельной заслонки, высоты и климата. Для реактивных двигателей скорость полета также оказывает значительное влияние на SFC; SFC примерно пропорционален воздушной скорости (на самом деле скорости выхлопа), но скорость по земле также пропорциональна воздушной скорости. Поскольку проделанная работа - это сила, умноженная на расстояние, механическая мощность - это сила, умноженная на скорость. Таким образом, хотя номинальное значение SFC является полезным показателем эффективности использования топлива, его следует разделить на скорость, чтобы получить возможность сравнивать двигатели, которые летают с разными скоростями.

Например, Concorde курсировала со скоростью 1354 миль в час, или 7,15 миллиона футов в час, с его двигателями, обеспечивающими SFC 1,195 фунта / (фунт-сила · ч) (см. Ниже); это означает, что двигатели передавали 5,98 миллиона фут-фунтов на фунт топлива (17,9 МДж / кг), что эквивалентно SFC 0,50 фунта / (фунт-сила · ч) для дозвукового самолета, летящего со скоростью 570 миль в час, что быть лучше даже современных двигателей; Olympus 593, использованный в Concorde, был самым эффективным в мире реактивным двигателем. Однако Конкорд в конечном итоге имеет более тяжелый планер и из-за сверхзвуковой скорости менее аэродинамически эффективен, т.е. коэффициент подъемной силы намного ниже. В общем, полное сжигание топлива всего самолета имеет гораздо большее значение для заказчика.

	Удельный импульс (по массе)	Удельный импульс (по массе)	Эффективная скорость выхлопа	Удельный расход топлива
СИ	= X секунд	= 9,8066 XN · с / кг	= 9,8066 X м / с	= 101,972 (1 / X) г / ( кН · с) / {г / (кН · с) = с / м}
Британские единицы	= X секунд	= X фунт-сила · с / фунт	= 32,16 X фут / с	= 3600 (1 / X) фунт / (фунт-сила · ч)

Удельный расход топлива (SFC), удельный импульс, и эффективные числа скорости выхлопа для различных ракетных и реактивных двигателей.

Тип двигателя	Сценарий	Спец. расход топлива		Удельный. импульс (-ы)	Эффективная скорость выхлопа. (м / с)
		(фунт / фунт-сила · ч)	(г / кН · с)
Ракетный двигатель НК-33	Вакуум	10,9	308	331	3250
SSME ракетный двигатель	Вакуумный космический челнок	7.95	225	453	4440
Ramjet	Мах 1	4,5	130	800	7800
J-58 турбореактивный	SR -71 при 3,2 Маха (влажный)	1,9	54	1900	19000
Eurojet EJ200	Повторный нагрев	1,66–1,73	47–49	2080–2170	20400–21300
Rolls-Royce / Snecma Olympus 593 турбореактивный	Крейсерский режим Concorde Mach 2 (сухой)	1.195	33,8	3010	29500
Eurojet EJ200	Dry	0,74–0,81	21–23	4400–4900	44000–48000
Турбореактивный двухконтактный двигатель CF6-80C2B1F	Крейсерский рейс Boeing 747-400	0,605	17,1	5950	58400
General Electric CF6 turbofa n	Уровень моря	0,307	8,7	11700	115000

Гражданские двигатели

Модель	SL тяга	BPR	OPR	SL SFC	крейсерский SFC	Вес	Макет	стоимость (млн долл.)	Введение
GE GE90	90000 фунтов. 400 кН	8,4	39,3		0,545 фунта / (фунт-силач). 15,4 г / (кН · с)	16644 фунта. 7550 кг	1 + 3LP 10HP. 2HP 6LP	11	1995
RR Trent	71,100–91,300 фунт-сила. 316–406 кН	4,89-5,74	36,84-42,7		0,557–0,565 фунт / (фунт-сила⋅ч). 15,8–16,0 г / (кН⋅ s)	10,550–13,133 фунтов. 4,785–5,957 кг	1LP 8IP 6HP. 1HP 1IP 4 / 5LP	11-11,7	1995
PW4000	52000–84000 фунтов. 230–370 кН	4,85–6,41	27,5–34,2	0,348–0,359 фунта / ( фунт-сила-час). 9,9–10,2 г / (кН · с)		9,400–14,350 фунтов. 4,260–6,510 кг	1 + 4-6LP 11HP. 2HP 4-7LP	6,15-9,44	1986-1994
RB211	43,100–60,600 фунтов силы. 192–270 кН	4,30	25,8 -33	0,563–0,607 фунта / (фунт f⋅h). 15,9–17,2 г / (кН⋅с)	0,570–0,598 фунт / (фунт-сила⋅ч). 16,1–16,9 г / (кН⋅с)	7 264–9 670 фунтов. 3 295–4 386 кг	1LP 6 / 7IP 6HP. 1HP 1IP 3LP	5,3-6,8	1984-1989
GE CF6	52,500–67,500 фунтов. 234–300 кН	4,66-5,31	27,1-32,4	0,32–0,35 фунта / (фунт-сила⋅ч). 9,1–9,9 г / (кН · с)	0,562–0,623 фунта / (фунт-сила · ч). 15,9–17,6 г / (кН · с)	8,496 –10,726 фунтов. 3,854–4,865 кг	1 + 3 / 4LP 14HP. 2HP 4 / 5LP	5,9-7	1981-1987
D-18	51660 фунтов-силы. 229,8 кН	5,60	25,0		0,570 фунта / (фунт-сила⋅ч). 16,1 г / (кН⋅с)	9039 фунтов. 4100 кг	1LP 7IP 7HP. 1HP 1IP 4LP		1982
PW2000	38250 фунтов-силы. 170,1 кН	6	31,8	0,33 фунта / (фунт-сила⋅ч). 9,3 г / (кН⋅с)	0,582 фунта / (фунт-сила⋅ч). 16,5 г / (кНс)	7,160 фунтов. 3,250 кг	1 + 4LP 11HP. 2HP 5LP	4	1983
PS-90	35,275 фунтов. 156,91 кН	4,60	35,5		0,595 фунта / (фунт-сила⋅ч). 16,9 г / (кН⋅с)	6,503 фунта. 2,950 кг	1 + 2LP 13HP. 2 HP 4LP		1992
IAE V2500	22000–33000 фунтов силы. 98–147 кН	4.60-5.40	24,9–33,40	0,34–0,37 фунта / (фунт-сила⋅ч). 9,6–10,5 г / (кН⋅с)	0,574–0,581 фунта / (фунт-сила⋅ч)). 16,3–16,5 г / (кН⋅с)	5,210–5,252 фунтов. 2363–2,382 кг	1 + 4LP 10HP. 2HP 5LP		1989 -1994
CFM56	20,600–31,200 фунтов. 92–139 кН	4,80-6,40	25,70–31,50	0,32–0,36 фунта / ( фунт-сила-час). 9,1–10,2 г / (кН⋅с)	0,545–0,667 фунт / (фунт-сила⋅ч). 15,4–18,9 г / (кН⋅с)	4 301–5 700 фунтов. 1 951–2 585 кг	1 + 3 / 4LP 9HP. 1HP 4 / 5LP	3,20-4,55	1986-1997
D-30	23,850 фунтов-силы. 106,1 кН	2,42			0,700 фунта / (фунт-сила-час). 19,8 г / (кН⋅с)	5110 фунтов. 2320 кг	1 + 3LP 11HP. 2HP 4LP		1982
JT8D	21700 фунтов силы. 97 кН	1,77	19,2	0,519 фунта / (фунт-сила⋅ч). 14,7 г / (кН⋅с)	0,737 фунта / (фунт-сила⋅ч). 20,9 г / (кН · с)	4515 фунтов. 2048 кг	1 + 6LP 7HP. 1HP 3LP	2,99	198 6
BR700	14 845–19 883 фунтов. 66,03–88,44 кН	4,00–4,70	25,7–32,1	0,370–0,390 фунтов / (фунт-сила ⋅h). 10,5–11,0 г / (кН · с)	0,620–0,640 фунт / (фунт-сила · ч). 17,6–18,1 г / (кН · с)	3520–4 545 фунтов. 1597–2062 кг	1 + 1 / 2LP 10HP. 2HP 2 / 3LP		1996
D-436	16865 фунтов-силы. 75,02 кН	4,95	25,2		0,610 фунта / (фунт-сила⋅ч). 17,3 г / (кН⋅с)	3197 фунтов. 1450 кг	1 + 1L 6I 7HP. 1HP 1IP 3LP		1996
RR Tay	13,850–15,400 фунтов силы. 61,6–68,5 кН	3,04–3,07	15,8-16,6	0,43–0,45 фунта / (фунт-сила⋅ч). 12–13 г / (кН⋅с)	0,690 фунта / (фунт-сила⋅ч)). 19,5 г / (кН⋅с)	2,951–3,380 фунтов. 1,339–1,533 кг	1 + 3LP 12HP. 2HP 3LP	2,6	1988–1992
Р.Р. Спей	9 900–11 400 фунтов силы. 44–51 кН	0,64–0,71	15,5–18,4	0,56 фунта / (фунт-сила⋅ч). 16 г / (кН⋅с)	0,800 фунта / (фунт-сила⋅ч). 22,7 г / (кНс)	2287–2483 фунтов. 1 037–1 126 кг	4 / 5LP 12HP. 2HP 2LP		1968-1969
GE CF34	9220 фунтов-силы. 41,0 кН		21	0,35 фунта / (фунт-силач). 9,9 г / (кН⋅с)		1670 фунтов. 760 кг	1F 14HP. 2HP 4LP		1996
AE3007	7 150 фунтов силы. 31,8 кН		24,0	0,390 фунта / (фунт-силач). 11,0 г / (кН⋅с)		1581 фунт. 717 кг
ALF502 /LF507	6,970–7000 фунтов-силы. 31,0–31,1 кН	5,60-5,70	12,2-13,8	0,406–0,408 фунта / (фунт-сила-час). 11,5–11,6 г / (кН · с)	0,414–0,720 фунт / (фунт-сила⋅ч). 11,7–20,4 г / (кН⋅с)	1,336–1,385 фунтов. 606–628 кг	1 + 2L 7 + 1HP. 2HP 2LP	1,66	1982-1991
CFE738	5,918 фунт-сила. 26,32 кН	5,30	23,0	0,369 фунта / (фунт-сила⋅ч). 10,5 г / (кН⋅с)	0,645 фунта / (фунт-сила⋅ч). 18,3 г / (кНс)	1325 фунтов. 601 кг	1 + 5LP + 1CF. 2HP 3LP		1992
PW300	5266 фунтов-силы. 23,42 кН	4,50	23,0	0,391 фунта / (фунт-сила⋅ч). 11,1 г / (кН⋅с)	0,675 фунта / (фунт-сила⋅ч). 19,1 г / (кН⋅с)	993 фунтов. 450 кг	1 + 4LP + 1HP. 2HP 3LP		1990
JT15D	3,045 фунт-сила. 13,54 кН	3,30	13,1	0,560 фунта / (фунт-сила⋅ч). 15,9 г / (кН⋅с)	0,541 фунт / (фунт-сила⋅ч). 15,3 г / (кН⋅с)	632 фунта. 287 кг	1 + 1LP + 1CF. 1HP 2LP		1983
FJ44	1900 фунтов-силы. 8,5 кН	3,28	12,8	0,456 фунта / (фунт-сила)ч). 12,9 г / ( кН⋅с)	0,750 фунта / (фунт-сила⋅ч). 21,2 г / (кН⋅с)	445 фунтов. 202 кг	1+ 1L 1C 1H. 1HP 2LP		1992

В следующей таблице показан КПД для нескольких двигателей при работе с дроссельной заслонкой 80%, что примерно соответствует тому, что используется в крейсерском режиме, с минимальным SFC. Эффективность - это количество мощности, приводящей в движение самолет, деленное на коэффициент потребления энергии. Поскольку мощность равна тяге, умноженной на скорость, эффективность определяется выражением

$\eta \; =\; V\; /\; (SFC\; \times \; h)\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; eta\; =\; V\; /\; (SFC\; \backslash \; times\; h)\}$

где V - скорость, а h - содержание энергии на единицу массы топлива (здесь используется более высокая теплотворная способность, и при более высоких скоростях кинетическая энергия топлива или пороха становится значительной и должна быть включена).

типичный дозвуковой крейсерский режим, дроссельная заслонка 80%, мин SFC

турбовентиляторный	КПД
GE90	36,1%
PW4000	34,8%
PW2037	35,1 % (M.87 40K)
PW2037	33,5% (M.80 35K)
CFM56 -2	30,5%
TFE731 -2	23,4%

• Специфические тормоза расход топлива
• Энергия на единицу массы
• Удельный импульс
• Параметры транспортного средства

• Веб-сайт GE CF6
• NASA Cruise SFC по сравнению с годом
• SFC по Engine / Mfg