Sie vergleichen SFCs mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Das ist wie ein Vergleich der Nutzlasten für Flugzeuge unterschiedlicher Größe. SFC steigt mit der Geschwindigkeit und muss daher mit der gleichen Geschwindigkeit verglichen werden. Die von einem Motor ausgeführte Arbeit ist Schub mal Distanz, und höhere Geschwindigkeit bedeutet, dass der gleiche Schub mehr Arbeit pro Zeiteinheit ausführt, wenn sich der Motor schneller bewegt. Der sich bewegende Motor muss den Luftstrom verlangsamen, damit die Verbrennung stattfindet, und dann die Luft um mehr beschleunigen, als er verlangsamt wurde, um einen positiven Schub zu erzielen. Daher steigt SFC parallel zur Geschwindigkeit.

Um einen aussagekräftigen Vergleich zu erhalten, müssen wir die Effizienz definieren. Es gibt mehrere und zwei sind für luftatmende Flugzeugtriebwerke von großer Bedeutung: Wärmewirkungsgrad und Vortriebswirkungsgrad.

Thermischer Wirkungsgrad

Dies beschreibt, wie effizient die chemische Energie im Treibstoff $ ist Q $ wird in eine Impulsänderung der durch den Motor strömenden Luft umgewandelt. Formuliert unter Verwendung des Massenstroms pro Zeiteinheit $ \ dot {m} $ ist der Impuls $ \ dot {m} \ cdot \ dfrac {\ Delta v ^ 2} {2} $. Unter Verwendung von $ v _ {\ infty} $ für die ankommende Luftgeschwindigkeit und $ v _ {\ infty} + \ Delta v $ für die Austrittsströmungsgeschwindigkeit beträgt der thermische Wirkungsgrad $$ \ eta_ {therm} = \ frac {\ dot {m } \ cdot \ left ((v _ {\ infty} + \ Delta v) ^ 2 - v _ {\ infty} ^ 2 \ right)} {2 \ cdot Q} $$ Um eine gute Effizienz bei hoher Geschwindigkeit zu erzielen, ein hohes $ \ Delta v $ ist hilfreich. Dies erklärt, warum der Wirkungsgrad bei Motoren mit hohem Bypass-Verhältnis und insbesondere bei Propellern stärker über die Drehzahl sinkt. Da die Wärmeenergie im Kraftstoff für alle in Ihrer Frage enthaltenen Motoren gleich ist, da alle mit Kerosin betrieben werden und wir von einem ähnlichen Wirkungsgrad der Verbrennung ausgehen können, Wir können $ Q $ im Vergleich vernachlässigen.

Antriebseffizienz

Dies beschreibt, wie gut die Konvertierung durchgeführt wird. Unter Verwendung der gleichen Variablen wie oben beträgt die Antriebseffizienz $$ \ eta_ {prop} = \ frac {v _ {\ infty}} {v _ {\ infty} + \ frac {\ Delta v} {2}} $$

Diese Gleichung erklärt den besseren Wirkungsgrad von Motoren und Propellern mit hohem Bypass-Verhältnis bei gleicher Drehzahl, da der Vortriebswirkungsgrad proportional zur Umkehrung von $ \ Delta v $ ist.

Gesamtwirkungsgrad

Dies ist das Produkt aus thermischem und treibendem Wirkungsgrad, und die Gleichung lautet $$ \ eta_ {total} = \ frac {T \ cdot v _ {\ infty}} {Q} $$ wobei $ T = \ dot {m} \ cdot \ Delta v $ bezeichnet den Schub. Praktischerweise wird $ \ Delta v $ im Produkt eliminiert, sodass Turbostrahltriebwerke wie das Olympus 593 im Vergleich zu anderen Triebwerken viel besser aussehen.

Ansaugwirkungsgrad

Diese Antwort wäre unvollständig ohne einen Blick auf die Aufnahme der Concorde. Bei einer Fahrt würde der Luftdruck an der Kompressorfläche durch effizientes Abbremsen des Durchflusses um einen Faktor von mehr als sechs gegenüber der Umgebung angehoben. Der Kompressor fügte ein Kompressionsverhältnis von 12 hinzu, so dass der Druck in der Brennkammer 80-mal höher als der Umgebungsdruck war. Dieser hohe Druck macht den Motor so effizient, wird aber auch benötigt, um die Verbrennung aufrechtzuerhalten. Denken Sie daran, dass der Umgebungsdruck in 18 km nur 76 mbar beträgt, sodass der absolute Druck in der Brennkammer während der Fahrt nur 6 bar betrug.

Die vollständige Antwort lautet wie folgt: Die Kombination aus Einlass und Olympus 593 at Mach 2.02 hatte einen sehr guten Gesamtwirkungsgrad, und Vergleiche mit anderen Motoren unter statischen Bedingungen sind irreführend.

Der Vergleich der Ergebnisse eines Prüfstands am Boden würde jedoch ein ganz anderes Bild ergeben. P. >

Wikipedia-Artikel über Schubspezifischen Kraftstoffverbrauch verwendet tatsächlich Concorde als Beispiel, wahrscheinlich weil es ein so extremer Fall war. Ich sollte wahrscheinlich bearbeiten, um dies zu einer echten Antwort zu machen, aber da sie Ihre spezifische Frage als Beispiel verwenden, zitiere ich nur.

SFC variiert je nach Gaseinstellung, Höhe und Klima. Bei Jetengines hat die Fluggeschwindigkeit auch einen signifikanten Einfluss auf die SFC. SFC ist ungefähr proportional zur Luftgeschwindigkeit (tatsächlich Abgasgeschwindigkeit), aber die Geschwindigkeit entlang des Bodens ist auch proportional zur Luftgeschwindigkeit. Da die Arbeit Kraft mal Distanz ist, ist mechanische Kraft Kraft mal Geschwindigkeit. Obwohl die nominelle SFC ein nützliches Maß für die Kraftstoffeffizienz ist, sollte sie durch die Geschwindigkeit geteilt werden, um einen Weg zu finden, Motoren zu vergleichen, die mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten fliegen.

Zum Beispiel kreuzte Concorde mit seinen Motoren bei Mach 2.05 und ergab einen FC von 1.195 lb / (lbf · h) (siehe unten); Dies entspricht einem SFC von 0,51 lb / (lbf · h) für ein Flugzeug mit Mach 0,85, was besser wäre als selbst moderne Triebwerke. Es war die effizienteste Jetengine der Welt. [2] [3] Concorde hat jedoch letztendlich eine schwerere Flugzeugzelle und ist aufgrund von Überschall weniger aerodynamisch effizient, d. H. Das Verhältnis von Auftrieb zu Luftwiderstand ist weitaus geringer. Im Allgemeinen ist der gesamte Treibstoffverbrauch eines vollständigen Flugzeugs für den Kunden von weitaus größerer Bedeutung.

Meine persönliche Interpretation als Laie ist, dass das ursprüngliche Luftgeschwindigkeitsziel höher war als die Luftgeschwindigkeit von Concorde, weil die Probleme des Überschallfluges unterschätzt wurden. Aufgrund dieser Probleme wurde die eigentliche Concorde für nur Mach 2 oder so erstellt. Das Triebwerksdesign wurde immer noch von diesem ursprünglichen Fluggeschwindigkeitsziel (was auch immer das war) beeinflusst und hatte als Ergebnis eine höhere Abgasgeschwindigkeit als tatsächlich notwendig. Dies führte zu einem höheren Kraftstoffverbrauch und Geräuschpegel. Die verringerte Reichweite und der erhöhte Lärm schränkten wiederum die Strecken ein, die Concorde fliegen konnte, und die Gebiete, in denen der Überschallflug eingesetzt werden konnte. Dies machte Concorde kommerziell zu einem "begrenzten" Erfolg und machte die Aufrüstung der Motoren auf Motoren, die für die tatsächliche Drehzahl optimiert waren, kommerziell unpraktisch.

Beachten Sie, dass das oben Genannte meine Spekulation über den Hintergrund ist. Der wichtige Teil ist, dass die Abgasdrehzahl der Motoren schneller ist als für die Concorde erforderlich. Dies bedeutet, dass trotz guter Wärme- und Energieeffizienz die Schubeffizienz geringer als erforderlich ist.

Ja, die Triebwerke waren unwirtschaftlich und litten unter übermäßigem Geräusch- und Kraftstoffverbrauch. Dies lag jedoch daran, dass die Flugzeugzelle und der Triebwerk optimal waren für verschiedene Geschwindigkeiten. Die Motoren waren sehr effizient, die beste thermische Effizienz wurde zu dieser Zeit erreicht, sie wurden nur für die falsche Drehzahl optimiert, die in der Praxis nicht erreicht wurde.

Inwiefern werden die Motoren der Concorde als effizient angesehen?

TSFC / Geschwindigkeit

Der Wikipedia-Artikel "Schubspezifischer Kraftstoffverbrauch", auf den in der Frage Bezug genommen wird, sagt

Obwohl der nominale SFC ein nützliches Maß für die Kraftstoffeffizienz ist, sollte er durch die Geschwindigkeit geteilt werden, um a zu erhalten Möglichkeit, Motoren zu vergleichen, die mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten fliegen.

Zum Beispiel fuhr Concorde mit Mach 2.05 mit Motoren, die einen SFC von 1,195 lb / (lbf · h) ergaben (siehe unten). Dies entspricht einem SFC von 0,51 lb / (lbf · h) für ein Flugzeug mit Mach 0,85, was besser wäre als selbst moderne Triebwerke. Es war das effizienteste Strahltriebwerk der Welt. [2] [3]

Ich denke, was sie sagen, ist vielleicht, dass die Menge an thermodynamischer Arbeit pro produziert wird Einheitsmenge Kraftstoff war hoch. Concorde war auf Mach 2 unterwegs und hatte eine Reichweite von 7000 km. Es gibt wahrscheinlich nicht viele Flugzeuge, die das tun müssen. Die Triebwerke produzierten viel mehr Arbeit als ein typischer Hochbypass-Turbofan, der bei Mach 0,85 an einem Großraumstrahl angebracht ist.

Thermischer Wirkungsgrad

Sie haben einen hohen "thermischen Wirkungsgrad" bei Mach 2 .

Sie werden bei niedrigeren Geschwindigkeiten als ineffizient angesehen.

Der in Concorde STILL installierte Rolls-Royce Olympus 593 Mk 610 ist bei Mach 2 nach wie vor das effizienteste Strahltriebwerk der Welt, was den thermischen Wirkungsgrad betrifft. Dies ist natürlich auf die Konstruktion des Motors selbst zurückzuführen, hauptsächlich jedoch auf den Einlass und in geringerem Maße auf die einzelnen Düsenkonstruktionen. ... (So effizient der OLY 593 bei Mach 2 und ungefähr ist, bei langsameren Geschwindigkeiten verbraucht er Kraftstoff, als wäre er aus der Mode gekommen, weshalb ein Minimum an langsamen Flügen mit Concorde erforderlich ist.)

Von einer Gruppe von Concorde-Enthusiasten.

Spezifischer Impuls

Eine andere Methode zur Messung des Motorwirkungsgrads ist der spezifische Impuls

^{Grafik von Kashkhan sup>}

Effizienz ist eine Energiesache.

Energie ist Kraft mal Distanz.

Unterscheiden Sie, Sie erhalten Kraft ist Kraft mal Geschwindigkeit. Es stellt sich heraus, dass Sie nicht einmal den Reiseschub kennen müssen. Sie können den Wirkungsgrad des TSFC berechnen (weshalb er so ziemlich verwendet wird).

Obwohl der Concorde-Motor weniger Kraft pro Einheit erzeugte Das Fahrzeug fuhr jede Sekunde 2,5-mal weiter. Wenn Sie die Nutzleistung (Schub mal Geschwindigkeit) in die Kraft im Kraftstoff (Kraftstofffluss mal Energie pro Masseneinheit Kraftstoff) teilen, können Sie die Energieeffizienz der Concorde-Motoren berechnen.

Lassen Sie uns das also tun. Hier sind die Grundzahlen, die ich im Internet gefunden und in SI-Basiseinheiten umgerechnet habe:

Reisegeschwindigkeit = 2.124 km / h = 590 m / sTSFC @ Kreuzfahrt = 33,8 g / (kN · s) = 33,8 e-6 kg / Ns Spezifische Energie von Flugkraftstoff = 43,15 MJ / kg

Energie pro N m / s = Leistung pro Newton = Kraft mal Geschwindigkeit pro Newton = 590 m / s / Newton = 590 Joule pro Sekunde pro NewtonKraftstoffverbrauch des Motors pro N s = 43,15e6 MJ / kg x 33e-6 kg / Ns = 1458 Joule pro Sekunde pro Newton

Wenn wir also einen durch den anderen teilen, heben sich Newton auf und wir erhalten 40% Wirkungsgrad.

Wenn man bedenkt, dass sich ein Flugzeug in einem Flugzeug befindet, das für jedes Flugzeug so leicht wie möglich ist, ist das erstaunlich gut. Besser als die meisten mit dem Boden verschraubten Elektrizitätswerke, aber einige Dieselmotoren können in sehr, sehr großen Schiffen über 50% erreichen, und Sie könnten dies in Autos mit gusseisernen Motoren übertreffen, die viel zu schwer wären geflogen.

Nehmen wir eine 747-400 auf Langstrecken-Kreuzfahrt mit einem CF6-Motor:

Reisegeschwindigkeit 907 km / h = 251 m / sTSFC 17,1 g / (kN · s) = 17e-6 kg / N.sSo erzeugt es 251 J / s. Und brennt 17e-6 x 43,15e6J / kg = 733 J / s.

Ich mache diesen Motorwirkungsgrad von 34%.

Das ist es, was einen Turbofan mit hohem Bypass schlägt, der für Langstrecken-Unterschallkreuzfahrten verwendet wird. Es ist also nicht nur so, dass diese Motoren für die damalige Zeit gut waren; Sie sind immer noch Weltklasse.

Ich denke, Sie sehen hier einen Unterschied darin, wo der SFC gemeldet wird. Die Motoren der Concorde sind für Überschallkreuzfahrten optimiert, und SFC wird dort gemeldet. Der Jäger ist nicht nur für Überschallkreuzfahrten optimiert, daher können Sie nicht davon ausgehen, dass der SFC-Wert für Kreuzfahrten gilt. Die YJ93 wurde nie viel genutzt, und der einzige Wert, den ich für SFC finden kann, ist der in der Frage enthaltene, aber dies ist wahrscheinlich nicht auf Kreuzfahrt.

Vergleichen Sie die 33,8 g / (kNs) für die Concorde-Triebwerke für andere ähnliche Triebwerke, wobei nur Werte für Überschallkreuzfahrten verwendet werden. Die J-58 (SR-71) bei Mach 3,2 betrug 53,8 g / (kNs) (nass) und die RD-36 (nass). Tu-144) bei Kreuzfahrt betrug 35 g / (kNs).

Ich glaube nicht, dass es allein die Motoren waren, die Supercruise ermöglichten (Überschallkreuzfahrt ohne Wiedererwärmung). Auf der Concorde wurden die Triebwerke wieder aufgeheizt, um im Horizontalflug von Unterschall auf Überschall zu beschleunigen. Einer der Hauptgründe, warum Concorde so viel mehr Reichweite hatte als die TU144 (die in der Wiedererwärmung bleiben musste, um Überschall zu bleiben), ist das Design des Flügels. Der Concorde-Flügel hat sich während seiner Entwicklung (ich denke zwischen dem ersten Prototyp und den Serien-Concordes) speziell aus diesem Grund zu einer komplexeren Form entwickelt. Wenn Sie die Concorde von vorne betrachten, kehren die Flügelspitzen nach unten. Weitere Informationen finden Sie unter http://www.concordesst.com/wing.html. Sogar die großartige Kelly Johnson hat es beim SR-71 nicht so gemacht, der die ganze Zeit, in der er Überschall ist, in der Wiedererwärmung bleibt.