Часовой расход зависит...

[Artem-Alien]

Хотелось бы услышать ответ специалистов. Поспорил со знакомым. Он почти постоянно живет в Словении, летает на Pipistrel Virus. Сейчас там сделали новый самолет Panther с Lycoming IO-390 (210 л.с.). В числе прочих чудес обещают (расчетно) расход 37 л/ч. Это удивило - у меня на Cessna 172SP и IO-360 (180 л.с.) на крейсере без микса примерно 10 галлонов в час, т.е. то же самое. Заводские данные 390-го - 11,1 галл/ч (42 л/ч) при 65% мощности. Суть свары приводить не буду, но насколько влияет аэродинамика на ЧАСОВОЙ расход топлива?

 

[Fan-Fen2]

Популярно.
1. Мощность СУ ЛА тратится на создание подъемной силы и преодоление силы сопротивления полету. Из этого следует, что для полета с одинаковой скоростью и в одинаковых условиях:
  - одного и того же ЛА с разным полетным весом (загрузкой) требуется разная подъемная сила и мощность СУ ( больше масса - больше мощность);
  - двух ЛА одинакового полетного веса и "одинаковыми" СУ, но с разным аэродинамическим сопротивлением, требуется разная мощность СУ (больше сопротивление - больше мощность);
  - разным мощностям СУ соответствуют разные удельные расходы топлива. Но часовые расходы топлива при этом могут различаться и ... совпадать.
Такая двойственность определяется и объясняется протеканием дроссельной (внешней) характеристикой ДВС: обычно зависимость удельного расхода топлива по частоте вращения имеет "ложку" - минимум на одном из режимов с увеличением в обе стороны, как про снижении, так и при увеличении режима. Зависимость величины мощности по частоте вращения обычно имеет "горб" - максимум на одном из режимов (ближе к максимальной частоте вращения), который не совпадает с минимумом удельного расхода топлива. Поэтому зависимость ЧАСОВОГО расхода топлива более сложная, т.к. он равен произведению двух переменных величин - мощности на удельный расход топлива.
2. В случае же одного ЛА с двумя разными СУ и тем более двух ЛА с разными СУ сравнение более сложно - начинать нужно со сравнения дроссельных характеристик СУ, анализируя протекание основных зависимостей (мощность, удельный расход) по частоте вращения; продолжая анализ наложением данных по ДХ на ЛТХ ЛА...
Примерный вид дроссельных характеристик СУ приведен на рисунке (вполне подходит для сравнительного анализа в условиях спора).

 

[Artem-Alien]

Удельный расход сомнений не вызывает. Но я всегда считал, что ЧАСОВОЙ расход при тех или иных оборотах - величина более-менее постоянная.

 

[леха (magnum)]

При одинаковых оборотах, но разном положении руда,
разный часовой расход(от разряжение перед карбюратором зависит).

Ваш товарищ имел в виду наверно, что при одинаковой скорости и оборотах, будет меньше часовой расход.
но при этом положение руда у него будет меньшее.

 

[Artem-Alien]

Получается, что с винтом фиксированного шага в приведенном примере один из винтов неоптимален (тяжел) - поэтому и "дыру" надо открывать сильнее для достижения тех же оборотов. Интересно, для каких условий завод приводит внешнюю характеристику и тот же часовой расход при 65%? Думается, что для идеальных. Соответственно, где же резервы его уменьшения?
Короче говоря, мне кажется, что ЧАСОВОЙ расход можно только УВЕЛИЧИТЬ по сравнению с заводскими данными - например, за счет тяжелого винта, увеличенного лобового сопротивления и пр.

 

[Ceрёга]

ЧАСОВОЙ расход при тех или иных оборотах - величина более-менее постоянная.

Совсем не постоянная. Стоит набрать ещё тысячу метров и расход уменьшится процентов на 15 при тех же оборотах. Или измениться давлению, влажности и плотности воздуха. Бывает, что часовой расход составляет 45-48 литров, а бывает 38-40, на тех же режимах. Слишком много факторов влияет на расход и говорить о константе не совсем корректно.

 

[Айрат]

Суть свары приводить не буду, но насколько влияет аэродинамика на ЧАСОВОЙ расход топлива? 

Сначала расшифруем слово аэродинамика, или ограничимся одним параметром - аэродинамическим качеством (АК).
Полётный вес делим на качество, получаем сопротивление или величину потребной тяги для горизонтального полёта. Причём берём АК  на той скорости и высоте которые интересны для крейсерского полёта и температуру не забываем учитывать в расчётах. Зная потребную тягу и кпд винта рассчитываем потребную мощность. Смотрим какой получается режим работы двигателя, корректируем значение кпд винта и снова считаем...  Из дроссельных характеристик берём удельный расход и умножаем на мощность, получаем часовой расход.

Вывод. Чем выше качество (на том же аппарате), тем ниже часовой расход. И даже если при этом режим работы двигателя окажется на оборотах ниже оборотов минимального удельного расхода (зависимость от потребляемой мощности более существенная).
Теперь ситуация с полётом на большей высоте.
Как правило крейсерский полёт производится на скорости большей чем скорость максимального качества и поэтому часовой расход на этом режиме значительно выше. С ростом высоты полёта (рассматриваем горизонтальный полёт) растёт скорость максимального качества и поэтому крейсерский полёт на той же скорости (на бОльшей высоте) происходит при бОльшем качестве - снижается часовой расход. Влияние высоты на удельный расход я не рассматриваю, это не так существенно.

В старых учебниках аэродинамики для пилотов очень подробно описаны эти зависимости, и приводится много примеров расчёта как расхода, так и дальности.

С уважением, Айрат.

 

[Fan-Fen2]

Интересно, для каких условий завод приводит внешнюю характеристику и тот же часовой расход при 65%? Думается, что для идеальных. Соответственно, где же резервы его уменьшения?

В нормальном руководстве приводится несколько характеристик двигателя: дроссельная, высотно-скоростная и климатическая (по температуре). В стандартных (МСА) условиях, что позволяет их пересчитывать под конкретные условия эксплуатации.
Ими и нужно руководствоваться для экономии топлива и ресурса. Сами же Вы не будете к своему серийному самолету подбирать другую модель двигателя?

 

[mdp-shnik]

   Часовой расход пропорционален мощности мотора. Мощность мотора пропорциональна кубу оборотов. Также требуемая мощность для полёта пропорциональна кубу полётной скорости. Таким образом, часовой расход пропорционален кубу оборотов. Или же он пропорционален кубу скорости, что то же самое. Эти зависмости настолько сильны, что на них мало влияет зависимость удельного расхода от частоты. Если измерить часовой расход на каких-либо оборотах, то можно более-менее точно спрогнозировать этот расход на любых других оборотах, исходя из кубичной зависимости.

 

[Artem-Alien]

Говоря о постоянстве часового расхода, я, естественно, имел в виду некие усредненные значения давления и температуры воздуха. Грубо говоря, может ли часовой расход при одних и тех условиях, на разных самолетах (но с оптимально подобранными винтами) существенно различаться?
Понимаю, что один из самолетов - скажем, при 2400 об/мин - полетит быстрее из-за лучшей аэродинамики, но почему он и в час будет расходовать меньше?
Так и не могу пока понять, как часовой расход можно уменьшить по сравнению с заводскими величинами (для все тех же условий), если завод наверняка указывает идеальные результаты (это, правда, уже из области маркетинга).

 

[Rafis]

расход при одних и тех же оборотах и при одном и том же МАР будет одинаковым (одинаковая мощность). Если же давление (МАР) будет разным то и расход будет разным т.к. мощность дигателя будет разная. Это особенности ВИШ.

Видимо словенцы собираються дросселировать двигатель ниже 65% т.е. летать на 50% мощности или около того.

 

[mdp-shnik]

С ростом высоты полёта (рассматриваем горизонтальный полёт) растёт скорость максимального качества и поэтому крейсерский полёт на той же скорости (на бОльшей высоте) происходит при бОльшем качестве - снижается часовой расход.

   Айрат, может, снижается километровый, а не часовой расход?
   Часовой расход топлива - это характеристика двигателя. Она происходит от удельного расхода, т.е. расхода от каждой л.с. в час. Аэродинамика никак не может влиять на этот параметр. Аэродинамика влияет на потребную мощность. Меньше мощность - меньше расход топлива.

Понимаю, что один из самолетов - скажем, при 2400 об/мин - полетит быстрее из-за лучшей аэродинамики, но почему он и в час будет расходовать меньше?

   На этот вопрос хорошо ответил Айрат. Нужно посчитать, изменилась ли мощность мотора для такого полёта. Соответственно изменится и расход.

 

[Artem-Alien]

Часовой расход топлива - это характеристика двигателя. Она происходит от удельного расхода, т.е. расхода от каждой л.с. в час. Аэродинамика никак не может влиять на этот параметр.

Вот и я всё к этому клоню...  🙂

 

[d_v]

Часовой расход пропорционален мощности мотора.

Примерно да (закон сохранения энергии, в приближении постоянного КПД).

Мощность мотора пропорциональна кубу оборотов. 

Нет (см, например график Ne👎выше ).

Также требуемая мощность для полёта пропорциональна кубу полётной скорости.

Только для очень малых углов атаки.

Таким образом, часовой расход пропорционален кубу оборотов.

Нет (см. выше).

Или же он пропорционален кубу скорости, что то же самое. 

Нет (по той же причине).

 

[d_v]

ЧАСОВОЙ расход при тех или иных оборотах - величина более-менее постоянная

При фиксированном шаге винта - да, постоянная.
С ВИШ, при уменьшении шага, чтобы сохранить заданные обороты, придется уменьшить открытие дросселя, что приведет к снижению расхода.
При увеличении шага, наоборот, придется открывать дроссель, чтобы у двигателя было больше мощности, чтобы проталкивать через воздух затяжеленные лопасти с заданной скоростью.

 

[Rafis]

Часовой расход пропорционален мощности мотора.

Примерно да (закон сохранения энергии, в приближении постоянного КПД).

Мощность мотора пропорциональна кубу оборотов. 

Нет (см, например график Ne👎выше ).

Также требуемая мощность для полёта пропорциональна кубу полётной скорости.

Только для очень малых углов атаки.

Таким образом, часовой расход пропорционален кубу оборотов.

Нет (см. выше).

Или же он пропорционален кубу скорости, что то же самое. 

Нет (по той же причине).

Похоже, вы и сами немного заблуждаетесь. И потом мдпэшник говорит о дроссельной зависимости а вы ссылаетесь на картинку с внешней характеристикой двигателя. Понятно что в правиле кубов присутствует некоторая доля идеализации. тем не менее оно вполне применимо на практике.
Читайте кассиков  😉

 

[mdp-shnik]

d_v, на Ваши возражения отвтил Rafis. Кубичная зависимость наиболее сильная. По ней можно довольно точно прогнозировать километровый расход. Точный расчёт, разумеется, должен учитывать и другие факторы.

 

[d_v]

@ Rafis, прошу прощения, не очень понял, в каком именно из 5 пунктов возражений я заблуждаюсь?
По поводу графиков я не имею ничего возразить, это правильные графики, они такие везде нарисованы. Но где вы видите хотя бы одну кубическую зависимость на этих графиках???
(кстати, а кто-то еще помнит, с чего вообще началась эта странная дискуссия 😀 )

 

[Айрат]

Айрат, может, снижается километровый, а не часовой расход?

Километровый естественно. Хотя я  про часовой  говорил и имел его в виду.
Рафис хорошо поправил насчёт скорости в числителе.
А вот если сравнивать полёт на одной и той же скорости на разных высотах (скорость выше скорости максимального качества), то и часовой расход снизится существенно. Качество вырастет (с ростом высоты), следовательно уменьшится сопротивление и потребляемая мощность (кпд винта считаем постоянным), отсюда и расход (часовой) топлива уменьшится. Расход топлива больше всего зависит от потребляемой мощности. А потребляемая мощность от сопротивления, скорости (спасибо Рафису - поправил) и кпд винта и всё! А изменения удельного расхода не так существенны.
Если говорить о зависимости от аэродинамики (как стоял вопрос вначале), то плз. - сопротивление это функция аэродинамики.

С уважением, Айрат.

 

[Айрат]

Нет, в ответе №6 всё правильно. Уменьшится часовой расход, а километровый естественно то же. Скорость же я предложил одинаковую.
А вот если на высоте лететь на скорости того же качества (скорость будет больше), то часовой расход вырастет, хотя сопротивление то же, ( потребляемая мощность больше), а километровый расход  скорей всего уменьшится (надо считать).