Thrust Jeting için artırılmış teknikler Motor Gücü

Jet Engine Thrust Production'ın temelleri

Jet motorları bir hava arkasını hızlandırarak, Newton'un üçüncü yasasında eşit ve tam tersi bir kuvvet üreterek iti üretirler. Tipik bir turbofan motorunda, hava incelal ve kompresör aşamaları ile sıkıştırılır, kombinatörde yakıt ile karıştırılır ve kompresör ve fanlar için geri kalan enerjiyi hızlandırır.

[FONT=0)) ⁇ × (V)[[DÜ:2)[0)[D[DÜye ait)[DÜye ait)[DÜye ait)[DÜye ait)[Üye/Üye ait)

⁇ toplu akış oranı nerede, V)e) KAYNAKLARI ve V) 0) Bu ilişkiden daha fazla birincil faydalanıcıya sahip mühendisler, motorun içinden iki temel akış oranına sahiptir: egzoz hızının arttırılması veya gerekli olan hızların her ikisine de bir veya her ikisine de daha fazla güç sağlamak için bu kaldıraçlılardan biri veya her ikisine de yararlanmaktadır.

Neden Thrust Artırılmış Maddeler

Thrust augmentasyon sadece kendi iyiliği için daha güçlü motorlar yapmakla ilgili değildir. Havacılık ve havacılıkta birkaç kritik operasyonel amaçlara hizmet eder:

Birleştirme teknikleri, uygulanabilir performans avantajları sağlarken, aynı zamanda yakıt tüketimi, termal yönetim ve sistem karmaşıklığına da mühendisler her uygulama için dikkatli bir şekilde denge sağlamalı.

Thrust Augmentation Tekniklerinin ayrıntılı sınavı

Afterburners

Daha sonra, F-15 Kartal, F-16 Mücadele Falcon ve Eurofighter Typhoon gibi birçok askeri süpersonik uçakta, yüksek ve istikrarlı sivil Concorde'nin de en dramatik ve yaygın olarak tanınan şeklidir.

Bir Afterburner genellikle motor tasarımı ve işletim koşullarına bağlı olarak% 40 ila% 70 oranında güçlenir, bazı uzmanlaşmış tasarımlar %100'ün üzerinde artış sağlar. Motorun çekirdeği normal koşullarda çalışmaya devam eder, ancak daha sonra yan yana yüksek güç talepleri için enerji sağlar. çünkü yan yanarıcılar sürekli baskı ısı eki prensibine bağlı olarak termodinamik olarak daha az verimlidir, ancak iter büyüklüğü yüksek güç talepleri için onları paha biçilmez hale getirir.

Daha sonra, 1700 °C'yi aşan aşırı sıcaklıklarda güvenilir bir şekilde çalışmak için birkaç özel bileşen içerir. egzoz nozulları yüksek seviyeli akışı sağlamak için değişken bir geometriye sahip olmalıdır, genellikle borular veya radyasyonlar ile birlikte, V-gutter veya bluff vücutları gibi sık sık sık sık kullanılır, yüksek seviyeli ısıtılır.

Yanburnerlerin birincil dezavantajı, çekme gibi muazzam yakıt tüketimidir. Yanmış bir motor saatte üç kat daha fazla yakıt tüketebilir, aynı motor kuru (daha sonra yanma) modu, arayanların kısa sürede tespit edilmesi gibi farklı bir yüzeysel imzalama işlemlerine yol açabilir.

Su Enjeksiyonu

Su enjeksiyonu, uzun bir tarihte havacılıkta bir darbe tekniğidir, erken piston motorlarına geri dön ve iki ön cephede geniş kullanım bulmak: İlk olarak, su veya su-mol karışımını motorun kompresörüne veya yanma odasına enjekte etmek, direkt olarak pompa denklemine itme katkıda bulunur.

Takma sırasında, maksimum itme ve çevre sıcaklıkları en zorlu termal koşullar yaratırken, su enjeksiyonu turbojet motorlar için% 15 ila% 30 oranında artış sağlayabilir, çünkü motorun yüksek türbiniyle karşılaşmaksızın daha yüksek enerjilere gitmesine izin verir.

Su enjeksiyon sistemleri, genellikle büyük nakliye uçakları için birkaç yüz galon gerektirir, bu da ağırlık ve karmaşıklık sağlar. Sistemler pompalar, kontrol kapakları, enjeksiyon nozları ve yüksek frekanslı turbofanlar baskın hale gelir, su çoğu ticari uygulamalar için kullanımdan yoksundur.

Modern uygulamalar için, su enjeksiyonu NOx emisyonlarını azaltmak ve güç üretiminde kullanılan gaz türbinleri için güç üretimi için güç üretimine yenilenen ilgi gördü. Soğutma etkisi, ısıtımı oluşturma tekniğini bir itme aracı olarak kullanarak ısıtımı tekniğini artırdı. Havacılıkta bazı araştırmacılar, zorlu operasyonlar sırasında yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek performanslı bir şekilde keşfediyorlar.

Değişken-Geometri Inlets

Supersonic uçakları eşsiz bir meydan okuma ile karşı karşıya: Inlet belirli bir uçuş koşulu için optimize edilmelidir, ancak motor kompresörüne girmeden önce süpersonik hava akışını altsonik hızlara kadar da yönetmelidir, aynı zamanda yüksek bir hızda sabit-geometri sistemi ile etkili bir şekilde çalışır.

Süpersonik hızlarda, değişken-geometri insekler, taşınmaz rampaları veya inekleri yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş havayı bozan bir dizi oblique şok dalgası yaratırken, küçük basınç kaybının hızlanması kritiktir: terminal normal şoku çok ileri doğru konumlanırsa, aşırı dökülebilir, aşırı dökülebilir, şokun kompresörünlülüğün hızla yayılması veya erimesi ile azaltılabilir.

F-14 Tomcat, Mach 3. üzerindeki yolcu hızları için özellikle sofistike bir değişken-geometri sistemi sundu.Uygunluk koşulları için otomatik olarak uyarlanan taşınmaz rampaları ekledi. SR-71 Blackbird, hem yüksek faylı manevra hem de süpersonik barajı 26 inçe kadar çevirebilecek bir merkez kullandı, kontrol altına almak için cep telefonu sistemini kontrol etti.

Değişken-geometri inlets doğrudan motor döngüsüne enerji eklemeyi yapmazken, motorun optimal akış koşullarını sağlayarak üretebileceği iten gücü en üst düzeye çıkarlar.Inse, düzgün tasarlanmış değişken-geometri inlet, basınç kurtarmalarını sağlayabilirken, sabit bir inlet sadece% 70'i geri alabilir, bu performans maliyeti karmaşıklıkta, ağırlıkta ve kontrol sistemleri ile ilişkili bakım gereksinimlerine ulaşır.

Bypass Oran Optimizasyonu

Turbofan motorları iki akışa geri dönüyor: kompresör, kompost ve türbinin üzerinden geçen temel akış ve büyük ticari motorlar için 10:1 veya daha fazla olan atlama oranı, hava akışının alt kattaki oranını düşürüyor. Erken turbofans, yaklaşık 1:1'in düşük atladığı hızlara sahipken, modern yüksek performanslı turbofanlar 10:1 veya daha fazla büyük ticari motorlara sahip oluyor.

Atlama oranını daha düşük bir hızda daha büyük bir hava kütle hareket ederek artırıyor, bu yüzden yüksek frekanslı turbofanlar eşit temel büyüklükteki tasarımlardan daha fazla kuvvet üretiyor: Aynı temel güç için, fan sadece daha verimli bir hava kütlesini hızlandırabilir.

Ancak, bazı sınırların ötesindeki düşüş oranları zorluklara yol açıyor. Büyük fan çapları nacelle sürüklenme ve ağırlık artışı, zemin tespiti için daha uzun iniş dişlisi gerektirir ve mevcut uçakların kanatları altında sığamaz. Gear-güdümlü turbofan mimarisine sahip olur.

Birleştirmenin gerekli olduğu özel uygulamalar için, bazı motorlar değişken atlama oranını içerir. F/A-18 Hornet'te kullanılan General Electric F404 motoru, ikincil havanın, bir turbojete girişine girmesine izin veren değişken bir kesintiye sahiptir.

Kompozit Çevrim ve Roman Artırılmış Yöntemler

Bu konsept, yerleşik tekniklerin ötesinde, mühendisler gaz türbini performansının sınırlarını zorlamak için birkaç başka yöntem araştırdılar. Bu yaklaşım, yüksek basınçlı ve düşük basınçlı türbin aşamalar arasında yanıldığı bir ara baskı altında enerji ekliyor.

Kitlesel enjeksiyon pre-kompresif soğutma, su veya kriyojenik sıvıların malzeme sınırları içinde kompresörün azaltılması için kullanılan hipersonik uygulamalar için bir tekniktir.

Plazma destekli yanma, yakıt tüketimi ile yüzde birkaç artış gösterdi, ancak, plazma eylemcilerinin geleneksel augment sistemleri ile entegrasyonu, uçuş zarfı boyunca performansa uygun olarak hibrit yaklaşımlar verebilir.

Bazı askeri motorlar, manevra kabiliyeti için öncelikle planlanan darbeyi içeren düğümler içerir ve aksi takdirde net itme veya doğrudan güç bileşenleri üretmek için egzoz akışını yönlendirerek etkili hale getirebilir.F-22 Raptor'un iki boyutlu itkirlerin yalnızca 20 dereceye kadar tükenebilir olması, aksi takdirde net itmemesini sağlar.

Operasyonel Tahminler ve Sistem Entegrasyon

Birleştirici tekniklere sıkıştırma, motor kontrol sistemi, uçak uçuş kontrolleri ve termal yönetim mimarisi ile dikkatli bir entegrasyon gerektirir. Elektronik motor kontrolleri, yakıt akış programları ile augmentasyon aktivasyon aktivasyon aktivasyon hızı ve kompresör stabilite marjları patlamayı önlemek için dikkatli bir entegrasyon gerektirir.For afterburners, the geçiş kuru tonlar için, kompresörleri zayıflatabilir veya alevlenmeli akışlar için pürüzsüz olmalıdır.

Artırılmış operasyon, yüksek sıcaklıklı alaşımları gerektiren önemli ölçüde daha fazla ısı yaratır ve seramik matris kompozitleri ve termal bariyer kaplamaları, artan termal yüklerden sıcak kesit bileşenleri korur. Bazı sistemler, kompresörden havanın nereye indiğini aktif soğutma içerir, yanan lineer ve nozullar.

Yakıt sistemi değişiklikleri, augmentasyon sırasında artan akış oranları tedarik etmek için gereklidir. Afterburners ayrı yakıt pompaları, metreleme valfleri ve dağıtım katmanı gerektirir, ağırlık ve karmaşıklık eklemek. Su enjeksiyon sistemleri tankları, pompalar ve uçak yapısal bütünlüğü veya güvenliği ödün vermeden entegre edilmelidir.

[0]NASA Dönüşümlü Aeronautics Kavramları Programı), yeni bir itençleme stratejilerine sahip olabilecek gelişmiş tahrik konseptlerini keşfetmeye devam ediyor. Araştırma, plazma hareketleyicileri veya kompresör yardımcıları için elektrik enerjisi sağlamak için temelsel enerjilere odaklanmaktadır, potansiyel olarak geleneksel augmentasyonla ilişkili yakıt tüketimi cezasını azaltır.

Operasyonel Context

Thrust augmentasyon teknikleri, doğrudan görev yeteneğini etkileyen ölçülebilir performans kazanımları sunar. Afterburners, süpersonik olarak bir dakikadan daha az bir sürede süpersonsuzca, tek başına kuru güçle imkansız olacak ve taktik avantaj sağlayan enerji marjları ile şarj edilebilir manevraları yürütür.

Su enjeksiyonu tarihsel olarak erken jet taşımalarına Denver veya Meksika City gibi sıcak havalimanlarından çalışmalarına izin verdi, artırılmış motorlar güvenli çekme için yeterli bir itti üretmeyecekti. Teknik ayrıca yüksek güç ayarlarında daha serin operasyona izin vererek, genellikle bir yükseltme teknolojisi tartışmalarında göz ardı edilen bir fayda sağlayacaktır.

Değişken-geometri, F-14 ve SR-71 gibi uçağın geniş bir Mach serisinde verimli bir şekilde çalışmasını sağlar, subsonik loiter'dan süpersonik dash'e kadar performans artışı, sabit insekizlerin çok fazla baskı kurtarma potansiyelinden zarar verdiği yüksek hızlı bir sonda en belirgindir.

Birleştirme tekniğinin sınırlamaları, askeri güç ayarlarındaki yüzeysel işlemden sonra yakıt tüketimini % 200 veya daha fazla artırabilir, su tedariki için zamanlara artırılmış uçuş gerektirir.Bir sonraki motorun termal imzası kuru bir işlemden dramatik olarak daha yüksek, uçak algılanabilir füzeler ve ısı-bakıcı füzeler yaparak daha fazla tespit edilebilir hale getirir. Su sistemleri, su tedariki için önemli ağırlık ve hacmi gerektirir, yük veya yakıtların azaltılması için.

Artırılmış sistemler için bakım maliyetleri, karşılaştırılabilir kuru motorlardan çok daha yüksektir. Afterburner liners, alev sahipleri ve değişken nozullar, çatlakları kıran aşırı termal ortamlarda çalışır ve oksidasyona neden olan denetim aralıkları daha kısadır ve augmentasyon kontrol sistemlerinin karmaşıklığı, titiz sağlık izleme ve teşhis prosedürleri ile ele alınması gereken ek başarısızlık modları sunar.

Çevre düşünceleri, yeni bir augmentasyon teknolojilerinin geliştirilmesinde giderek daha önemlidir. Yanarlılar NOx formunu teşvik eder ve yakıt tüketimi cezası, itme birimlerindeki CO2 emisyonlarını artırır. Araştırmacıların endüstrilerdeki academies of Sciences, Engineering ve Medicine).

Future rotası ve Gelişen Teknolojiler

Thrust augmentation teknolojisi, bir sonraki nesil askeri uçağın talepleri ile, hipersonik araçlar ve sürdürülebilir hava akışı arasındaki hızları değiştirerek, Aible Versatile Engine Technology programı altında ABD Hava Kuvvetleri tarafından geliştirilmekte olan adaptif bir motor konsepti, geleneksel bir augmentasyon yöntemlerinden önemli bir ayrılmaktadır.

Hipersonik tahrik sistemleri benzersiz bir şekilde dışlanma meydan okuma ve fırsatları sunar. Çift mod scramjets, düşük süpersonik hızlardan hipersonik yanmaya geçişli hızlara geçişli ve geleneksel metalik yapıların yeteneklerini gerektirir.

Elektrikli augmentasyon kavramları, daha fazla elektrik ve hibrit elektrikli uçaklar için teknolojilere olanak sağlayan olarak ortaya çıkıyor. Elektrikli kompresörler, çekme ve tırmanma sırasında motor baskı oranını artırabilir ve tırmanma sırasında, termal ve verimlilik cezaları olmadan bir yükseltme sağlayabilir. Benzer şekilde, kısa çekme ve dikey iniş kabiliyeti için elektriksel olarak tahrik edilen hayranlar dağıtılabilir.

Malzemeler yenilikleri, yükseltilme sistemlerinin çalışabileceği sıcaklık ve baskı sınırlarını genişletmektedir. Seramik kompozit matrisler (CMC) yakıt dağıtımını geliştiren ve baskı kayıpları azaltan bir ağırlık tasarrufu sunar.

Yapay zeka ve gelişmiş kontrol algoritmalarının teşvik sistemleri, motor sağlığı, çevre koşulları ve görev gereksinimlerine dayanan gerçek zamanlı performans optimize edebilir. Geniş uçuş verileri üzerinde eğitilmiş makine öğrenme modelleri, sabit kontrol yasalarına göre en aza indirmek için yakıt tüketiminin en aza indirilmesini öngörebilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Uzay mühendisinin cephaneliğinde sert bir araçtır, uçakların artırılmış motorların sunabileceği şeyin ötesinde, değişkenli motorların ince verimlilik kazanımlarına benzer faydaları elde eden dramatik güçlerden, gelecekteki platformlarda nasıl elde edileceğine dair özel bir kombinasyon sunar.

Yakıt tüketimi, termal yönetim ve çevresel etki, daha akıllı ve sürdürülebilir bir augmentasyon yöntemlerine yönelik inovasyonu sürüyor. Hybrid-elektrik konseptleri, plazma destekli yanma ve adaptif döngü mimarisi, ita edilen mühendislik alanlarının sadece askeri bir brute-force uygulaması ve motorun doğal işletim döngüsünün geliştirilmesi için.

Daha derin teknik bilgi arayanlar için, ESRAT gibi kaynaklar:0)NASA Glenn Research Center'ın eğitim materyalleri) ve augmentasyon ABD'nin Aeronautics ve Astronautics) gibi kaynaklar, bu olağanüstü teknolojilerin arkasındaki termodinamik, akışkan dinamikleri ve mekanik tasarım göz önünde bulundurmaktadır.