Каким должен быть двигатель самолёта ?

[Мастеров АВ]

Каким должен быть двигатель самолёта ?

Турбовинтовентиляторный двигатель


https://youtu.be/Mo9fdbcev70

Турбовинтовентиляторный двигатель показал очень высокую экономию топлива,
но в нём есть недостаток присущий всем реактивным двигателям: горячая реактивная струя,
которая уносит энергию сгорания топлива, и эта энергия не участвует в создании тяги.

Чтобы сэкономить топливо, в камеру Bypass следует впрыскивать воду.

Вода испарится, объём увеличится, мощность двигателя возрастёт.

Такой двигатель (с впрыском воды, при доработке) может работать
в режиме "турбо", необходимом при взлёте.

[Мастеров АВ]

Простите, ОБЪЁМ ЧЕГО УВЕЛИЧИТСЯ? Объём камеры в которой образуется рабочее тело?

Увеличится объём и масса газов в реактивной струе,
а температура струи уменьшится.

Испаряясь (при атмосферном давлении и температуре 100^ос)
вода увеличивается в объёме в 1700 раз.

Мощность реактивного двигателя: \(W=P\frac{dV}{dt}\)

Давление постоянное (его создаёт предыдущий каскад).
Впрыск воды увеличивает объём рабочего тела \(\frac{dV}{dt}\)
Мощность возрастёт.

Имеет смысл прокачивать воду через каналы в лопостях крыльчатки,
что на выходе "предыдущего каскада".

Это будет охлаждать лопасти крыльчатки,
а значит можно увеличить температуру и давление
в камере сгорания.

Это даст экономию топлива и увеличит КПД реактивного двигателя.

ПОВТОРЯЮ: Несложная доработка этого двигателя позволит создавать
режим "турбо" на взлёте и маневрах самолёта (при этом тяга двигателя
может увеличиться в разы (в сравнении с крейсерским режимом),
но - на короткое время).

[Мастеров АВ]

Бред и скоморошество буду удалять

[Мастеров АВ]

Наше представление о типичной теплоэлектростанции:

(близко к теме)

Но мне попадалась и другая схема.
(не смог найти)

Сейчас турки строят ТЭС с двумя турбинами,
вырабатывающие электричество.

Вначале используется газовая турбина
(та, что прокачивает газ в газовой магистрали).
эта турбина газ не прокачивает, а
вырабатывает электричество.

А уж выхлоп этой турбины греет воду,
и пар её вращает паровую турбину.

КПД такой ТЭС значительно выше.
=================================


В предлагаемой мной модернизации турбовинтовентиляторного двигателя:
реактивный двигатель создаёт давление и температуру в камере Bypass,
а вода (испаряясь) крутит паровую турбину (как на ТЭС).

[Антонов Владимир]

Бред и скоморошество буду удалять

Рискну.

1. У воды - наибольшая теплоёмкость, и поэтому её нерационально использовать.

2. Как Вы смотрите на то, чтобы вместо одного (или двух, трёх) большого двигателя устанавливать на самолёт несколько десятков мелких?

[Мастеров АВ]

Чем меньше двигатель, тем меньше его КПД,
Это прямое следствие тех фактов, что
в мелких двигателях растут потери тепла
 и растут потери на вязкое трение,
поскольку: чем меньше двигатель,
тем больше у него внутренняя поверхность
(относительно объёма двигателя)
о которую трутся газы.

Площадь внутренней поверхности растёт
пропорционально квадрату размеров двигателя,
а объём растёт пропорционально кубу.

Т.е. мощность двигателя растёт
пропорционально кубу размера двигателя,
а потери - пропорционально квадрату.

В результате КПД растёт пропорционально размеру двигателя,
поскольку относительная величина потерь уменьшается,
обратно пропорционально размеру двигателя.

Это и ракетного двигателя касается.
(чем больше РД - тем больше его КПД)

[Мастеров АВ]

1. У воды - наибольшая теплоёмкость, и поэтому её нерационально использовать.

И тем не менее именно воду (водяной пар)
крутит паровую турбину на ТЭС.

Ещё раз прочитай то, что я говорил про ТЭС с двумя турбинами.
Турбовинтовентиляторный двигатель, это - оно и есть.

[Мастеров АВ]

У ТЭС есть недостаток: летом (когда тепло и отопление не требуется)
ТЭС греет атмосферу (пар, с температурой 93^оС)
выбрасывается в атмосферу.

Эту проблему можно было бы решить,
замораживая воду (зимой) в озере,
рядом с ТЭС, а потом (летом)
использовать лёд как холодильник.

[Антонов Владимир]

Чем меньше двигатель, тем меньше его КПД,
Это прямое следствие тех фактов, что
в мелких двигателях растут потери тепла
 и растут потери на вязкое трение,
поскольку: чем меньше двигатель,
тем больше у него внутренняя поверхность
(относительно объёма двигателя)
о которую трутся газы.

Площадь внутренней поверхности растёт
пропорционально квадрату размеров двигателя,
а объём растёт пропорционально кубу.

Т.е. мощность двигателя растёт
пропорционально кубу размера двигателя,
а потери - пропорционально квадрату.

В результате КПД растёт пропорционально размеру двигателя,
поскольку относительная величина потерь уменьшается,
обратно пропорционально размеру двигателя.

Это и ракетного двигателя касается.
(чем больше РД - тем больше его КПД)

Вроде всё правильно, но появляются сомнения.

Не мешало бы проверить: не окажутся ли малые авиационные двигатели - более экономичными?

[Мастеров АВ]

Да-да... Проверь

[Антонов Владимир]

Да-да... Проверь

Ладно, хорошо...

А как Вы смотрите на то, чтобы на выходе из авиационного двигателя формировать торовые вихри воздуха?
Тогда не пришлось бы создавать сверх высокую скорость истечения.

[Мастеров АВ]

Для всех движителей, отталкивающихся от среды действует правило:
среде передаётся минимум кинетической энергии
при фиксированном потоке импульса.

ПОЯСНЮ:
Вин самолёта, или реактивный его двигатель,
крыло самолёта или винт лодочного мотора
вносит вреду возмущение, чтобы получить
силу (поток импульса \(F=\frac{dp}{dt}\)).

При этом желательно потратить минимум энергии
и получить нужную силу.

Как минимизировать энергетические затраты ?
Дчтобы ответить на этот вопрос, нужно вспомнить, сто:

 \(\frac{mv^2}{2}\) -энергия

 \(p=mv\) - импульс

Из формул видно:
чтобы вдвое увеличить силу, нужно
либо массу удвоить, либо скорость, но...
в первом случае энергозатраты удвоятся,
а во втором - в четверо увеличатся.

Вывод:
Скорость нужно уменьшать а массу увеличивать.

Именно по этому в планерах делают крылья
длинными, тонкими и узкими.
Такие крылья передают минимум возмущения
максимуму объёма среды.

А для подводных лодок это правило ещё более жёсткое:
движитель (винт) подводной лодки должен быть тихим,
и при этом должен создавать максимальную тягу.

Я намерен обсудить ЭТО в теме:
"Каким должен быть винт подводной лодки ?"