Celkový tlakový poměr - Overall pressure ratio

tento článek potřebuje další citace pro ověření. Prosím pomozte vylepšit tento článek podle přidávání citací ke spolehlivým zdrojům. Zdroj bez zdroje může být napaden a odstraněn. Najít zdroje: "Celkový tlakový poměr"  – zprávy  · noviny  · knihy  · učenec  · JSTOR (Květen 2009) (Zjistěte, jak a kdy odstranit tuto zprávu šablony)

v letecké inženýrství, celkový tlakový poměrnebo celkový kompresní poměr, je poměr stagnační tlak měřeno na přední a zadní straně kompresoru a plynová turbína motor. Podmínky kompresní poměr a tlakový poměr se používají zaměnitelně.^[1] Celkový kompresní poměr také znamená celkový poměr tlaků v cyklu který zahrnuje sací beran.^[2]

Historie celkových tlakových poměrů

Brzy proudové motory měly omezené tlakové poměry kvůli konstrukčním nepřesnostem kompresorů a různým materiálovým limitům. Například Junkers Jumo 004 z druhá světová válka měl celkový tlakový poměr 3,14: 1. Okamžitá poválečná Snecma Atar to okrajově vylepšilo na 5,2: 1. Vylepšení materiálů, lopatek kompresoru a zejména zavedení vícevřetenových motorů s několika různými rychlostmi otáčení vedly k mnohem vyšším tlakovým poměrům, které jsou dnes běžné.

Moderní civilní motory obecně pracují mezi 40 a 55: 1. Nejvyšší v provozu je General Electric GEnx -1B / 75 s OPR 58 na konci šplhat do cestovní výšky (vrchol stoupání) a 47 za vzlétnout na hladina moře.^[3]

Výhody vysokých celkových tlakových poměrů

Obecně lze říci, že vyšší celkový tlakový poměr znamená vyšší účinnost, ale motor bude obvykle vážit více, takže dochází ke kompromisu. Vysoký celkový tlakový poměr umožňuje namontování trysky s větším poměrem trysek. To znamená, že více tepelné energie se převede na rychlost paprsku a energetická účinnost se zlepší. To se odráží ve vylepšeních motoru měrná spotřeba paliva.

The GE Catalyst má 16: 1 OPR a jeho tepelná účinnost je 40%, 32: 1 Pratt & Whitney GTF má tepelnou účinnost 50% a 58: 1 GEnx má tepelnou účinnost 58%.^[4]

Nevýhody vysokých celkových tlakových poměrů

Jedním z hlavních omezujících faktorů tlakového poměru v moderních konstrukcích je to, že se vzduch při stlačování ohřívá. Jak vzduch prochází fázemi kompresoru, může dosáhnout teploty, které představují riziko selhání materiálu pro lopatky kompresoru. To platí zejména pro poslední stupeň kompresoru a výstupní teplota z tohoto stupně je běžná hodnota zásluh pro konstrukci motoru.

Vojenské motory jsou často nuceny pracovat za podmínek, které maximalizují tepelnou zátěž. Například General Dynamics F-111 Aardvark byl povinen pracovat rychlostí 1,1 Mach při hladina moře. Jako vedlejší účinek těchto širokých provozních podmínek a obecně starších technologií ve většině případů mají vojenské motory obvykle nižší celkové tlakové poměry. The Pratt & Whitney TF30 použitý na F-111 měl tlakový poměr asi 20: 1, zatímco novější motory jako General Electric F110 a Pratt & Whitney F135 vylepšili to na asi 30: 1.

Dalším problémem je váha. Vyšší kompresní poměr znamená těžší motor, který zase stojí palivo. Pro konkrétní konstrukční technologii a soubor letových plánů lze tedy určit optimální celkový tlakový poměr.

Příklady

Rozdíly od jiných podobných pojmů

Termín by neměl být zaměňován s více známý termín kompresní poměr aplikován na pístové motory. Kompresní poměr je poměr objemů. V případě Otto cyklus pístový motor, maximální expanze náplně je omezena mechanickým pohybem pístů (nebo rotoru), a tak lze kompresi měřit jednoduchým porovnáním objemu válce s pístem v horní a dolní části jeho pohybu. Totéž neplatí o „otevřené“ plynové turbíně, kde jsou omezujícími faktory provozní a strukturální aspekty. Oba pojmy jsou si však podobné v tom, že nabízejí rychlý způsob stanovení celkové účinnosti ve srovnání s jinými motory stejné třídy.

Obecně ekvivalentní míra raketový motor účinností je tlak v komoře / výstupní tlak a tento poměr může být pro Hlavní motor raketoplánu.

Kompresní poměr versus celkový tlakový poměr

Kompresní poměr versus tlakový poměr

Kompresní poměr a celkový tlakový poměr spolu souvisí takto (to, co následuje, platí pouze pro statické tlaky, nikoli pro celkové tlakové poměry, protože komprese při zpomalení toku bez práce vůbec nemění stagnační tlak a v nadzvukovém toku se stagnací rázových vln tlak bude menší než 1 s kompresním poměrem> 1):

Důvodem tohoto rozdílu je, že kompresní poměr je definován redukcí hlasitosti:

${ displaystyle { text {CR}} = { frac {V_ {1}} {V_ {2}}}}$,

zatímco tlakový poměr je definován jako tlak zvýšit:

${ displaystyle { text {PR}} = { frac {P_ {2}} {P_ {1}}}}$.

Při výpočtu tlakového poměru předpokládáme, že an adiabatická komprese se provádí (tj. že se do stlačeného plynu nepřenáší žádná tepelná energie a že jakýkoli nárůst teploty je způsoben pouze kompresí). Rovněž předpokládáme, že vzduch je dokonalý plyn. S těmito dvěma předpoklady můžeme definovat vztah mezi změnou objemu a změnou tlaku takto:

${ displaystyle P_ {1} V_ {1} ^ { gamma} = P_ {2} V_ {2} ^ { gamma} Rightarrow { frac {P_ {2}} {P_ {1}}} = vlevo ({ frac {V_ {1}} {V_ {2}}} vpravo) ^ { gamma}}$

kde ${ displaystyle gamma}$ je poměr konkrétních ohřevů (vzduch: přibližně 1,4). Hodnoty v tabulce výše jsou odvozeny pomocí tohoto vzorce. Všimněte si, že ve skutečnosti se poměr specifických tepla mění s teplotou a že se vyskytnou významné odchylky od adiabatického chování.

Viz také

• Braytonův cyklus
• Carnotův cyklus
• Kompresní poměr
• Poměr tlaku motoru (EPR)

Reference