Турбореактивный микродвигатель
Эти идеи о постройке копии истребителя с реактивной тягой
40-30 летней давности. Изготовить в простой моделке где был
опыт работы с скоростными моделями с пульсирующими дв-ми.
Просто пульсатор на копии может обеспечить полёт с неуправляемой
тягой, а у импеллера КПД мал, но зато большой диапозон по тяге и
все верно, и я к примеру и так и этак обсчитывал идею добавления к электроимпеллеру камеры сгорания и сопла(думал увеличивать таким образом тягу(которая на электроимпеллерах и тем более мала)
долго долго обсчитывал, и приходил к неутешительным выводам.
выводы:
повышение скорости потока приводит к повышению мощности пропорционально квадрату скорости, а тяга повышается пропорционально скорости в первой степени.
т.е. если тяга - 1, нагрев всего обьема газа - 300градусов(примерно в два раза расширение) то:
тяга увеличивается вдвое(расчет очень и очень примерный но порядок величин покажет)
теперь считаем сколько это будет топлива для импеллера входного сечения 25 кв см, и со скоростью потока 50 м/с
количество воздуха в секунду - 0.25*500= 125 л.(литр воздуха весит 1.4 гр итого 175гр воздуха(это тяга - 0.175*50=8.75 ньютон или 875 Грамма, при этом мощность такого импеллера в идеальном случае - 50*50*0.175/2 = 218 Вт, а кпд говорили порядка 50% т.е. 400 вт.)
кислорода - 20 %
итого 35 гр кислорода.
если как топливо взять бутан(все таки сжижается при нормальной температуре в районе 3 атмосфер, работать удобно, и пр).
то на полное сжигание 1 гр бутана потребуется 3.6гр кислорода, 18гр воздуха.
короче на такую штуку потребуется 10 гр/с бутана.
это для полного выжигания кислорода.
где-то я читал что для ТРД сжигают около 1/4 кислорода воздуха.
значит 2.5 гр/с
а это в свою очередь - 40 000кДж/гр *2.5 = 100 кВт тепловой мощности.
и при этом увеличение тяги в 2-3 раза.
если мы будем иметь бензиновый двигатель кушающий столько же, и имеющий КПД 5% то это будет двигатель мощностью 5 кВт.
т.е. в 10 раз мощнее импеллера стоящего на входе.
итого.
импеллер 400Вт надувающий камеру сгорания с
расходом топлива - 2.5гр/с
имеет тягу в три, четыре раза меньше чем самый хреновый импеллер с тем же расходом топлива.
т.е. в варианте работающей камеры сгорания это тяга в 3 раза меньше чем у импеллера с аналогичным потреблением топлива
в варианте без - еще раза в два меньше.
третье - это имеет смысл делать когда нужна не тяга, а скорость полета, поскольку повышение скорости потока приведет к повышению возможной максимальной скорости(при скорости потока 50 м/с лететь быстрее этих 50 м/с не получится)
но так как скорости самодельных самолетов редно доходят даже до этих 50 м/с…
то делать так - не имеет смысла.
даже более того, имело бы смысл иметь маленькую турбинку с двойным контуром, и тратить ее мощность на вращение импеллера.
но к сожалению проще купить мощный бензиновый двигатель чем турбину.
и еще - турбина со скоростью истечения - 300м/с и площадью сечения 25 кв см имеет ту же тягу что и импеллер со скоростью истечения 100м/с и площадью сечения 75см/с
при этом последний имеет радиус в 1.7 раза больше чем радиус воздухозаборника турбины.
а мощность ему требуется в 3 раз меньше.
следовательно и потребление тож…
а если снизить еще до 50м/с и увеличить диаметр еще в 1.4 раза то мощность еще в два раза меньше потребуется…
Копия самолёта с реактивным двигателем лучше смотрится с РД,
а не с винтом на некотоых моделях МИГ-21.
так диаметр корпуса турбины все равно как минимум в два раза больше диаметра воздухозаборника.
и если сделать диаметр импеллера равным диаметру турбины…
импеллер - диаметр 132 мм и скорость 75м/с дадут
а мощность требуемая для кручения импеллера потребуется в 4 РАЗА МЕНЬШЕ.
если хотите - то импеллерный вариант при 100 КПД будет при этих параметрах давать:
обьем воздуха - 1020 литра в секунду
вес воздуха - 1.43кг в секунду
скорость - 75 метров
импульс - 107.5 кг*м/с
и этот импульс деленое на время - 107.5 Ньютон.
а это - 10 кг…
мощность - 1.43 кг * 75*75/2= 4 кВт
а мощность турбины в этом виде будет - 16 кВт.
а мощность турбины в этом виде будет - 16 кВт.
Во-первых ТРД не выдает мощности, у него просто нету ничего, откуда её забирать, вот если ТВД(турбовальный двигатель), то да, там мощность снять можно.
Поэтому турбина забирает мощность (от батареи, при электро старте) только при раскрутке. И, кстати, в работе, турбина мощность выдаёт на компрессор, который и потребляет эту мощность, кстати не малую примерно 60 кВт при тяге 15 кгс…
Во-первых ТРД не выдает мощности, у него просто нету ничего, откуда её забирать, вот если ТВД(турбовальный двигатель), то да, там мощность снять можно.
Поэтому турбина забирает мощность (от батареи, при электро старте) только при раскрутке. И, кстати, в работе, турбина мощность выдаёт на компрессор, который и потребляет эту мощность, кстати не малую примерно 60 кВт при тяге 15 кгс…
😃 😃 😃
Во-первых ТРД не выдает мощности, у него просто нету ничего, откуда её забирать, вот если ТВД(турбовальный двигатель), то да, там мощность снять можно.
Поэтому турбина забирает мощность (от батареи, при электро старте) только при раскрутке. И, кстати, в работе, турбина мощность выдаёт на компрессор, который и потребляет эту мощность, кстати не малую примерно 60 кВт при тяге 15 кгс…
ну не совсем верно…
мощность то она выдает, и ее мощность равна энергии струи истекающих газов за единицу времени.
а то вы мне еще скажите что и ракетный двигатель - мощность не выдает…
а я говорю вообще не про крутящий момент и обороты. И мне кажется - что чем меньше двигатель согревает атмосферу, и чем больше он же производит работы(не важно, то ли это струя газа, либо воды, либо механическое движение с шестеренками и прочим, тем собственно ЛУЧШЕ работает этот двигатель.)
пример - Боинг - имеет турбовальный двигатель, и сняв механическую мощность с турбины, передает ее импеллеру, разгоняя ХОЛОДНЫЙ ВОЗДУХ.
если же вы, будете раскалять струю до 2000 градусов, и при этом толкать ее со скоростью 15 м/с…
то КПД такого вашего двигателя будет очень даже сомнителен…
значительно лучше разгонять до 200 и нагревать на 100.
а теперь так.
если собираетесь летать со скоростью 15м/с - то лучше и нагревать на 15 градусов, и разгонять до 15-30м/с но еще лучше не нагревать вообще.
короче, 4 кВт импеллер будет весить в раза два - три тяжелее турбины.
при этом ему не потребуется такое дикое количество топлива(количество топлива будет раза в 4 меньше.
еще один плюс - значительно лучше динамика разгона(не так квело как у турбины).
а размерчики по сути очень даже и близки получаются
а если такая ДИКАЯ мощность потребляется компрессором - а нельзя ли тогда снять киловат 20…
и увеличить таким образом тягу турбины раза в четыре…
это конечно при идеальных условиях, но и реально раза в три думаю получится…(представьте себе, одна турбинка(какая нить малюсенькая, с мощностью передаваемой на компрессор - 20кВт… и тягой в 5 кГ стащили с нее 6кВт и увеличили диаметр раза в два полтора, и добавили еще 10 кГ)))))
а если такая ДИКАЯ мощность потребляется компрессором - а нельзя ли тогда снять киловат 20…
и увеличить таким образом тягу турбины раза в четыре…
У тебя там прям почти за углом Wren turbines, подай идейку 😉
только сначала скажи им как?
что касается вялых турбин… так это только вопрос мощности агрегата, сделай модель с весом/тягой 1:2 и стартуй вертикально хоть с места 😁
Для затравки - полёт модели на Чемпиотате Мира-2004г.
Для затравки - полёт модели на Чемпиотате Мира-2004г.
Для затравки - полёт модели на Чемпиотате Мира-2004г.
Для затравки - полёт модели на Чемпиотате Мира-2004г.
❓ ❓ ❓
Очень попробую купить турбину. Где-то через месяц. А там посмотрим.
ну не совсем верно…
мощность то она выдает, и ее мощность равна энергии струи истекающих газов за единицу времени.
а то вы мне еще скажите что и ракетный двигатель - мощность не выдает…
Ещё раз повторюсь, что это тяга… которую можно, кстати, посчитать по формуле R=Fc*(M5-Mп)+Gг*(P5-Pн)
где Fc-площадь сечения сопла двигателя
М5- скорость истечения газов, Мп - скорость полёта
Gг - массовый расход газа через сопло
P5 - давление газа за турбиной, Pн - атмосферное давление.
Реактивный двигатель _мощность_ не выдаёт, только тягу, которая образованна реактивной струёй…
а я говорю вообще не про крутящий момент и обороты. И мне кажется - что чем меньше двигатель согревает атмосферу, и чем больше он же производит работы(не важно, то ли это струя газа, либо воды, либо механическое движение с шестеренками и прочим, тем собственно ЛУЧШЕ работает этот двигатель.)
пример - Боинг - имеет турбовальный двигатель, и сняв механическую мощность с турбины, передает ее импеллеру, разгоняя ХОЛОДНЫЙ ВОЗДУХ.
если же вы, будете раскалять струю до 2000 градусов, и при этом толкать ее со скоростью 15 м/с…
то КПД такого вашего двигателя будет очень даже сомнителен…
значительно лучше разгонять до 200 и нагревать на 100.
Если я нагрею рабочее тело, до температуры 2000, то из законов физики я приложу к нему энергию, которую потом можно превратить в скорость, либо давление, так что 2000 градусов и 15 м/c можно преобразовать в 200 м/c и 1900 градусов… (без учёта потерь)
а теперь так.
если собираетесь летать со скоростью 15м/с - то лучше и нагревать на 15 градусов, и разгонять до 15-30м/с но еще лучше не нагревать вообще.короче, 4 кВт импеллер будет весить в раза два - три тяжелее турбины.
при этом ему не потребуется такое дикое количество топлива(количество топлива будет раза в 4 меньше.
еще один плюс - значительно лучше динамика разгона(не так квело как у турбины).а размерчики по сути очень даже и близки получаются
Пример опускаю, потому что вообще не понял его…
далее… согласен, по моим данным динамика разгона (приемистость) у мини ТРД около 30-80 сек (переход с малого газа на взлётный режим) это лишь то, что я сумел почерпнуть из интернета и за это время не ручаюсь, у больших ТРД данный параметр стоит в пределах 20ти секунд, т.е. например двигатель на самолёте МиГ-29 переходит с режима малого газа (~50-100 кг тяги) на форсаж 7800 кг тяги за это время, думаю ни одному импеллеру это сделать не удастся…
а если такая ДИКАЯ мощность потребляется компрессором - а нельзя ли тогда снять киловат 20…
и увеличить таким образом тягу турбины раза в четыре…это конечно при идеальных условиях, но и реально раза в три думаю получится…(представьте себе, одна турбинка(какая нить малюсенькая, с мощностью передаваемой на компрессор - 20кВт… и тягой в 5 кГ стащили с нее 6кВт и увеличили диаметр раза в два полтора, и добавили еще 10 кГ)))))
Это мощность не потребляется компрессором и не исчезает просто так, а передаётся воздуху, благодаря чему он сжимается и нагревается и потом поступает в камеру сгорания, где нагревается и расширяется, далее проходя через турбину отдаёт часть энергии, которая преобразуется в мощность и передаётся за счет крутящего момента на компрессор… “вечного двигателя” не получается по причине не 100% кпд компрессора и турбины, потерь на трения и др…
далее… чем больше мы сжимаем воздух в компрессоре, тем более он “горячий” попадает в камеру сгорания и тем меньше нам нужно потратить топлива, для нагрева его до нужной нам температуры, т.е. мы имеем меньший удельный расход топлива (один из важнейших параметров любого двигателя), однако нужно соблюдать балланс степени сжатия в компрессоре и расходом воздуха через него, например для маленьких турбин с расходом воздуха 0,2-0,5 кг/с данный параметр колеблится от 2,5 до 4, дальнейшее увеличение стпени повышения давления ведёт к ухудшению удельной тяги…
То, что у вас описано в последнем абзаце называется форсирование двигателя…
поправлю Боинг раскручивает не импеллер а вентилятор так как движок турбовинтеляторный и делается это для того что при смешении холодного с горячим скорость реактивной струи увеличивается и турбовинтеляторные движки иногда называют двухконтурными
поправлю Боинг раскручивает не импеллер а вентилятор так как движок турбовинтеляторный и делается это для того что при смешении холодного с горячим скорость реактивной струи увеличивается и турбовинтеляторные движки иногда называют двухконтурными
😂 😂 😂
Без слов, по всем пунктам. 😲
далее… чем больше мы сжимаем воздух в компрессоре, тем более он “горячий” попадает в камеру сгорания и тем меньше нам нужно потратить топлива, для нагрева его до нужной нам температуры, т.е. мы имеем меньший удельный расход топлива (один из важнейших параметров любого двигателя),
т.е. если следовать этой логике, чем ниже кпд компрессора (читай чем более “горячий” воздух попадает в КС), тем ниже удельный расход топлива? Зачем же тогда бъются за выигрыш буквально в доли процента кпд компрессоров, тратя на их доводку приличные средства?
…т.е. если следовать этой логике, чем ниже кпд компрессора (читай чем более “горячий” воздух попадает в КС), тем ниже удельный расход топлива? Зачем же тогда бъются за выигрыш буквально в доли процента кпд компрессоров, тратя на их доводку приличные средства?
никакого противоречия в этом нет! чем эффективнее компрессор, тем сильней он сжимает воздух! для этого он и нужен! Чем больше воздуха сжимается за промежуток времени, тем выше его температура при сжатии. Поэтому и бются за сотые доли кпд, особенно привередливых осевиков.
Вам правильно всё объяснили! вы не смотрите на возраст, просто послушайте человека работа которого разрабатывать такие двигатели 😉
…никакого противоречия в этом нет! чем эффективнее компрессор, тем сильней он сжимает воздух! для этого он и нужен! Чем больше воздуха сжимается за промежуток времени, тем выше его температура при сжатии. Поэтому и бются за сотые доли кпд, особенно привередливых осевиков.
Вам правильно всё объяснили! вы не смотрите на возраст, просто послушайте человека работа которого разрабатывать такие двигатели 😉
чем выше температура воздуха тем ниже его плотность,и ради чего бились 😁 , в автотурбинах высокого давления если не охлаждать воздух то эффект наддува приближается к нулю
чем выше температура воздуха тем ниже его плотность,и ради чего бились 😁 , в автотурбинах высокого давления если не охлаждать воздух то эффект наддува приближается к нулю
Не совсем так, температура повышается из-за того, что над воздухом совершили работу (сжатие) например, если воздух выпускать из балона, который находится под давлением, то он остывает, если же наоборот заганять его (воздух) туда, то он нагреется…
причина установки теплообменника (охлаждение воздуха) в автотурбинах, то, что когда он попадает в цилиндр происходит дополнительное сжатие. Такт сжатия можно рассматривать как компрессорную часть двигателя.
Если вы бывали в жарких странах (Египет, ОАИ и т.д.), то могли видеть, что при старте авиадвигателей на боингах и др. пассажирских самолётах в воздухозаборник льют воду (в небольшом количестве), это, так называемое, форсирование двигателя. Хоть вода и несжимаема (относительно) после прохождения через компрессор, она испаряется, при этом получаем больше кислорода, затратив меньшую работу на его сжатие, кстати это можно применять и на маленьких турбинах при их старте, для более быстрого выхода на режим. Хочу добавить, что в отличии от Американских двигателей, советские двигатели имеют границу поддержания максимальной мощности (ЧР) до температуры +35С (американцы до +20С расчитывают). Далее у любого двигателя идёт ограничение мощности по оборотам ротора компрессора.
PS добавлена картинка с термодинамическим расчетом ц.б. компрессора, для того, что б всем стало ясно, что откуда берётся. Зелёным вписаны уточняющие данные при точном расчете компрессора
PPS Про турбовентиляторные движки написано почти правильно… на самом деле у них скорость и давление при смешении одинаковое (примерно) иначе бы было “перетекание” потока из одного контура в др… кстати часто на гражданских двигателях контуры вообще не смешиваются 😉 сможешь объяснить почему? 😃
в автотурбинах высокого давления если не охлаждать воздух то эффект наддува приближается к нулю
сравнение неудачное, два абсолютно разных двигетеля с совершенно разными принципами работы, подача воздуха в них служит двум разным целям!!
В автодвигателе компрессор подаёт дополнительный воздух для увеличения содержания кислорода в горючей смеси и степени сжатия в нем на несколько порядков выше чем в ТРД! В ТРД рабочим эллементом является сам воздух, который надо как можно сильнее разогреть и увеличить тем самым его объём для этого не обязательно нужен керосин, электроспираль в принципе тоже подойдёт. Как Вы правильно заметили давление в это время понижается, поэтому многоконтурность компрессора, в поршневых двигателях рабочим элементом является само топливо и сжатие рабочей смеси выполняет поршень, а воздух нужен ему только чтобы топливо могло сгореть, для этого и ставят турбонаддув, что бы улучшить процесс сгорания топлива! Потом горение самого топлива… тема не для одной докторской…
Это два совершенно разных двигателя которые просто не сравниш друг с другом!
никакого противоречия в этом нет! чем эффективнее компрессор, тем сильней он сжимает воздух! для этого он и нужен! Чем больше воздуха сжимается за промежуток времени, тем выше его температура при сжатии. Поэтому и бются за сотые доли кпд, особенно привередливых осевиков.
Вам правильно всё объяснили! вы не смотрите на возраст, просто послушайте человека работа которого разрабатывать такие двигатели 😉
Уважаемый Wit,
Честно говоря, я не хотел бы прибегать в техническом споре к аргументам, подобным изложенному в последнем предложении, но скажу, что я тоже кое-что понимаю в проектировании авиационных двигателей и их компрессоров в частности, поскольку как и Vax профессионально занимаюсь этим, правда, немного подольше, чем он. Но это так к слову.
А по существу Вашего комментария хочу заметить следующее. Повышение температуры воздуха при сжатии совершенно не зависит от количества сжимаемого воздуха (Vax подтвердит 😃 ). Оно определяется только степенью повышения давления и кпд. Так что, сжимаете вы 100 кг/с или только 0.5 кг/с - совершенно неважно. Другое дело, что мощность, требуемая для сжатия, впрямую зависит от расхода воздуха.
Если вернуться к замечанию Vax a о том, что “… чем больше мы сжимаем воздух в компрессоре, тем более он “горячий” попадает в камеру сгорания и тем меньше нам нужно потратить топлива, для нагрева его до нужной нам температуры, т.е. мы имеем меньший удельный расход топлива (один из важнейших параметров любого двигателя)…”. Представим гипотетическую ситуацию, что мы сделали компрессор с большой степенью сжатия и температура воздуха на входе в камеру сгорания сравнялась с температурой газов на входе в турбину. Получается, что топлива вообще лить не надо - воздух-то и так нагрет до нужной нам температуры. Красота! Только полезной работы такой двигатель производить не будет.
А вообще, посмотрите на диаграмму термодинамического цикла двигателя, и многие вопросы станут ясными, например, почему полезно промежуточное охлаждение воздуха за компрессором. Почему его не используют на реальных летающих двигателях - совершенно другой вопрос.
Игорь это совершенно другой уровень!
Никогда не знаешь с кем общаешся, сколько и как человек понимает в этом, поэтому что бы не впадать в высшие материи и научные иероглифы, которые мало кто поймёт, пытаешся объяснить людям такие сложнные вещи как можно более простым языком, вот и возникают такие объяснения! Попробуйте доходчиво объяснить человеку в африке что такое снег и вы поёмёте о чём я 😁
В остальном совершенно с вами согласен, думаю мы не станем теперь начинать научный диспут о горении, давлении и термодинамике, тем более что я по сравнению с вами не на должном уровне 😁
В автодвигателе компрессор подаёт дополнительный воздух для увеличения содержания кислорода в горючей смеси и степени сжатия в нем на несколько порядков выше чем в ТРД!
И я тоже с вами в корне не согласен. Спор про цикл Брайтона(помойму так называется термодинамический цикл в ГТД, если не прав пусть поправять коллеги выше) оставлю Вам с другими, а вот про “автодвигатель”…извините.
Компрессор на поршневых двигателях никакое содержание кислорода не увеличивает - содержание должно быть фиксированным. Его одна единственная цель - увеличить цикловой!!! расход заряда смеси - едиственно для того чтоб увеличить цикловое! выделение тепла, и соответственно индикаторную мощность одного цикла поршневого двигателя. Состав смеси при этом должен быть оптимальный для горения независимо от компрессора, оборотов и вовообще от всего (вернее он длжен просто быть оптимальным для заданного режима). А вот геометрическую степень сжатия поршневого двигателя при этом наоборот снижают! В результате применения даддува еффективная степень сжатия оставляется обычно такаяже (потому что она определяется свойствами горючей смеси), а вот цикловой расход увеличивается(приводит к выделения большего циклового количества тепла и как следствию большего индикаторного давления рабочего тела) что и увеличивает мощность поршневого двигателя того же рабочего объема и на техже заданных оборотах.
Второе. с чего вы решили что в автодвигателях степень сжатия ВОМНОГО РАЗ БОЛЬШЕ?? Я утверждаю обратное - все на оборот в В ГТД общая степень сжатия компрессора например РД-33 (МИГ29) 21-23.
Такое только у дизилей быват и то не у всех. Есть ГТД с большей степенью сжатия. А в бензиновых двигателях степень сжатия определяется температурой воспламенения и детанационными свойствами смеси которые не дают сжать больше ~12 раз.
Если я в чемто не прав, поправте 😃