Влияние температуры и давления на аэродинамические характеристики воздушных судов, тягу двигателей и расход топлива

Основные аэродинамические характеристики воздушных судов были рас­смотрены выше, причем с точки зрения аэродинами­ки, а не метеорологии. Сейчас рассмотрим эту проблему с другой стороны.

Наибольшая сила тяги, которую может развить двигатель на данной высо­те при максимальном режиме его работы, называется располагаемой тягой и обозначается Р_р.

Располагаемая тяга турбореактивных двигателей (ТРД) в значительной мере определяется давлением и температурой воздуха на высоте полета. Эта зависимость следует из принципа работы двигателя, схема которого представлена на рис. 6.3.

Рис.6.3. Принципиальная схема турбореактивного авиационного двигателя:

1 – корпус; 2 – воздухозаборник; 3 – компрессор; 4 – камера сгорания;

3 – сопловый аппарат; 6 – турбина; 7 – реактивное сопло.

Атмосферный воздух, поступающий в ТРД при полете самолета со скоростьюV, сжимается в воздухозаборнике и далее в турбокомпрессоре. Сжатый, а следовательно, и нагретый воздух подается в камеру сгорания, в которую поступает топливо. Образовавшиеся при сгорании топлива газы вращают турбину и через реактивное сопло вытекают наружу. Скорость истечения газов С значительно превышает скорость полета самолета V, за счет чего и возникает реактивная тяга. Таким образом, в двигателе происходит изменение количества движения газов.

Из механики, на основании третьего закона Ньютона, известно, что импульс силы равен изменению количества движения, т.е. в общем случае можно записать:

Р_р dt= d(mV) = m dV + V dm, (6.9)

Примем dt=1с. В окончательном виде получим

Р_р = G _рвоз (C - V) /g, (6.11)

Из последнего выражения видно, что тяга двигателя зависит от массы воз­духа, проходящей через него в единицу времени, а следовательно, от темпера­туры и давления. При полете на постоянной высоте тяга двигателя зависит только от температуры.

Говоря о расходе топлива, следует иметь в виду, что в авиации чаще всего используются два понятия о расходе топлива: часовой и километровый.

Часовой расход топлива (с_h) показывает, сколько топлива расходует воз­душное судно за час полета. Часовой расход зависит только от температуры воздуха, его плотности и скорости полета (оборотов двигателя). Измеряется часовой расход в кг/ч и в среднем составляет для самолета Ту-154 примерно 7000 кг/ч, для Ту-134 - 3500 кг/ч и для Ил-62 или Ил-86 - 9000-10 000 кг/ч.

Километровый расход топлива (с_к) показывает, какое количество топлива необходимо воздушному судну для того, чтобы пролететь 1 км. Измеряется километровый расход топлива в кг/км и зависит не только от температуры, плотности воздуха и скорости полета, но и от скорости и направления ветра и направления полета. Если учесть, что скорость самолетов равна 800-900 км/ч, то километ­ровый расход топлива составляет для них 5-10 кг/км.

Часовой и километровый расходы топлива связаны между собой соотно­шением

с_h = с_к V, (6 .12)

где V- скорость полета.

Из теории подобия можно получить зависимость фактического часового рас­хода топлива (с_{h, ф}) от фактической температуры воздуха на высоте полета (Т_ф). Эта зависимость выглядит следующим образом:

с_{h, ф} = с_{h, са} √ Т_ф /Т_са. (6 .13)

Из последнего выражения видно, что при переходе от зимы к лету, в отли­чие от автомобильного транспорта, часовой расход топлива на воздушном транспорте увеличивается, и это увеличение составляет 5-6 %.

Кроме часового и километрового расходов топлива» иногда в авиации ис­пользуется такое понятие, как удельный расход топлива (с_р), который показы­вает, какое количество топлива необходимо для создания 1 кг тяги. Измеряется удельный расход в [кг топлива/кг тяги], и для наших магистральных самолетов он равен с_р = 0,4 - 0,6.