Топливная эффективность реактивных двигателей
Когда появилась возможность использовать реактивные двигатели в гражданской авиации, она, очевидно, вызвала большой энтузиазм как открывающая новые, современные перспективы развития авиации. Между тем, то, что было необходимо для военной авиации, далеко не всегда было подходяще для авиации гражданской. Советские конструкторы, заточенные под военную технику, проигнорировали эти соображения целесообразности, поэтому, когда на Западе началось массовое применение турбовентиляторных двигателей для гражданских самолетов, СССР продолжал использовать неэкономичные и шумные турбореактивные в течение десятилетий.
Чем плох реактивный двигатель? Своей огромной топливной неэффективностью. Чтобы это понять, рассмотрим, для простоты, реактивный двигатель в летательном аппарате, функционально подобном вертолету, в простейшем режиме: летательный аппарат неподвижно висит в воздухе, то есть тяга двигателя, направленная вертикально вверх, равна весу аппарата.
Предположим, двигатель использует керосин, сжигание килограмма которого производит примерно 50 мегаджоулей тепла (поправьте меня, если я ошибаюсь); я назову эту величину E. Определим скорость реактивной струи. Предположим, m кг топлива сгорело. Энергия реактивной струи будет равна выделенному при сгорании топлива теплу:
mv2/2 = mE;
скорость струи будет, таким образом, равна SQRT(2E), то есть 10000 м/сек -- примерно 30 M (скоростей звука).
Тяга двигателя будет равна m'v, где m' -- расход массы в единицу времени. Эта тяга, по нашему предположению, должна быть равна весу аппарата mg. Таким образом, относительный расход массы, то есть расход массы на единицу массы,
m'/m = g/v = 9.8/10000 сек-1 ≈ 0.1 % / сек.
Таким образом, в течение часа расход топлива будет примерно в 3.6 раза больше требуемой массы летательного аппарата!
Чем плох реактивный двигатель? Своей огромной топливной неэффективностью. Чтобы это понять, рассмотрим, для простоты, реактивный двигатель в летательном аппарате, функционально подобном вертолету, в простейшем режиме: летательный аппарат неподвижно висит в воздухе, то есть тяга двигателя, направленная вертикально вверх, равна весу аппарата.
Предположим, двигатель использует керосин, сжигание килограмма которого производит примерно 50 мегаджоулей тепла (поправьте меня, если я ошибаюсь); я назову эту величину E. Определим скорость реактивной струи. Предположим, m кг топлива сгорело. Энергия реактивной струи будет равна выделенному при сгорании топлива теплу:
mv2/2 = mE;
скорость струи будет, таким образом, равна SQRT(2E), то есть 10000 м/сек -- примерно 30 M (скоростей звука).
Тяга двигателя будет равна m'v, где m' -- расход массы в единицу времени. Эта тяга, по нашему предположению, должна быть равна весу аппарата mg. Таким образом, относительный расход массы, то есть расход массы на единицу массы,
m'/m = g/v = 9.8/10000 сек-1 ≈ 0.1 % / сек.
Таким образом, в течение часа расход топлива будет примерно в 3.6 раза больше требуемой массы летательного аппарата!