2.5 Масса двигателя и расход топлива
Хотя желательно, чтобы двигатель имел низкий удельный расход топлива – это не главное, главной целью является воспроизведение двигателем большей прибыли. Допустимо увеличение веса двигателя. если увеличивается его эффективность за счёт более низкого удельного расхода топлива; между ними существует взаимосвязь. Точный экономический эффект связи изменения веса двигателя и удельного расхода топлива полностью просчитать невозможно, но исходя из эксплуатационных расходов и специфики авиалиний мы можем составить оценочную характеристику. Начнём с того, что реальная стоимость топлива составляет лишь малую часть от общего функционирования авиалиний: стоимость топлива, например, зависит от многих факторов, включающих рыночную стоимость, которая составляет около 20 % от реальных расходов эксплуатации дальнемагистральных летательных аппаратов. Поэтому сокращение топливных затрат на 1 % не вызовет большого влияния на общую стоимость, однако сокращение веса топлива на 1 % приведёт к увеличению полезной нагрузки на 5 % (см. таблицу 1.1), что приведёт к увеличению прибыли, при перелёте на ту же дальность.
Предположим, что во время круиза средняя масса самолёта составляла - mm. Если коэффициент аэродинамического сопротивления постоянный, а потребление топлива при данной величине удельного расхода топлива - есть масса топлива, используемого при длительности полёта T, тогда:
Предположим, что масса самолёта увеличена, так как заменён двигатель, пусть малое увеличение веса двигателя приведёт к сокращению потребляемого топлива, что можно выразить как:
Масса топлива, расходуемого в течение крейсерского режима, находится как:
А сокращение расхода топлива будет находиться как:
.
Масса полезного груза будет увеличена, если это сокращение превысит увеличение в весе εm ∙ mm. Подобное сравнение может быть использовано, чтобы показать зависимость изменения дальности полёта от массы полезной нагрузки.
Упражнение 2.6
Доказать, что изменение величины веса двигателя будет сбалансировано величиной удельного расхода топлива, если:
,
где
- масса топлива, используемого при
совершении полёта на крейсерском режиме,
а mm
- величина средней
массы, принимаемая самолётом при
выполнении крейсерского полёта, зависящая
от любых изменений веса двигателя или
удельного расхода топлива.
Величина массы самолёта в начале выполнения круиза составляет 612.9 тонн, из которых 264.4 тонны приходятся на топливо, находящееся в баках. В конце совершения полёта должно остаться, по крайней мере, 38.6 тонн запасного топлива (на случай ЧП или совершения полёта до другого аэропорта, на котором будет совершена посадка). Определите величину mfuel, а от неё и mm при учёте всех ограничивающих факторов. А так же определите величину максимального увеличения в массе каждого двигателя при постоянной величине веса на взлёте при сокращении величины удельного расхода топлива на 1 %.
(Ответ: 389 кг)
Резюме темы 2
Воздушные дозвуковые лайнеры стремятся иметь максимальное значение коэффициента L/D отношения подъёмной силы к лобовому сопротивлению крыла (качество крыла) и максимальное отношение VL/D, когда коэффициент подъёмной силы приблизительно равен 0.5. Это условие требует полёта на максимальной высоте в течение длительного времени, когда вес топлива несущественно, но уменьшается, оставаясь близким по величине к оптимальному значению.
Диапазон полёта может быть оценен уравнением дальности Брегэ, которое показывает зависимость VL/D и её обратную связь с удельным расходом топлива в двигателе.
Если у самолета на крейсерском режиме полёта достигается максимальное значение отношения VL/D, при котором начальный вес равен взлётному, крейсерская тяга самолёта определяется для данного веса.
Рассмотрев некоторые аспекты спецификации и характеристики самолёта, мы можем остановиться на тяге, необходимой для набора высоты первоначального крейсерского режима. Теперь мы должны смотреть на двигатель непосредственно, чтобы разобраться и изучить его работу, а так же определить его будущую форму.