Kokonaispainesuhde - Overall pressure ratio
In insinöörin , yleinen painesuhde , tai yleinen puristussuhde , on suhde stagnaatiopaineen mitattuna edessä ja takana kompressorin on kaasuturbiinin moottori. Termejä puristussuhde ja painesuhde käytetään keskenään. Kokonaispuristussuhde tarkoittaa myös koko syklin painesuhdetta, joka sisältää imusylinterin.
Kokonaispainesuhteiden historia
Varhaisten suihkumoottoreiden painesuhteet olivat rajalliset johtuen kompressorien rakenteellisista epätarkkuuksista ja erilaisista materiaalirajoista. Esimerkiksi toisen maailmansodan Junkers Jumo 004 : n kokonaispainesuhde oli 3,14: 1. Välitön sodanjälkeinen Snecma Atar paransi tätä hieman 5.2: 1. Parannukset materiaaleissa, kompressorien siivissä ja erityisesti monikelamoottoreiden käyttöönotto useilla eri pyörimisnopeuksilla johtivat nykyään paljon korkeampiin painesuhteisiin.
Nykyaikaiset siviilimoottorit toimivat yleensä välillä 40 ja 55: 1. Korkein-palvelu on General Electric GEnx -1B / 75 kanssa OPR 58 vuoden päähän kiivetä risteily korkeudessa (Top lentorata) ja 47 lentoonlähtö on merenpinnan tasolla .
Korkean kokonaispainesuhteen edut
Yleisesti ottaen korkeampi kokonaispainesuhde merkitsee suurempaa hyötysuhdetta, mutta moottori painaa yleensä enemmän, joten kompromissi on olemassa. Korkea kokonaispainesuhde mahdollistaa suuremman pinta -alan suuttimen asennuksen suihkumoottoriin. Tämä tarkoittaa, että suurin osa lämpöenergiasta muuttuu suihkunopeudeksi ja energiatehokkuus paranee. Tämä näkyy moottorin polttoaineenkulutuksen paranemisena .
GE Catalyst on 16: 1 OPR ja sen terminen hyötysuhde on 40%, 32: 1 Pratt & Whitney GTF on terminen hyötysuhde on 50%, ja 58: 1 GEnx on terminen hyötysuhde on 58%.
Korkean kokonaispainesuhteen haitat
Yksi tärkeimmistä rajoittavista tekijöistä painesuhteessa nykyaikaisissa malleissa on, että ilma kuumenee puristettaessa. Kun ilma kulkee kompressorivaiheiden läpi, se voi saavuttaa lämpötilat, jotka aiheuttavat materiaalivikaantumisriskin kompressorin siipille. Tämä pätee erityisesti viimeiseen kompressorivaiheeseen, ja tämän vaiheen ulostulolämpötila on yleinen ansio moottorisuunnittelussa.
Sotilasmoottorit joutuvat usein toimimaan olosuhteissa, jotka maksimoivat lämmityskuorman. Esimerkiksi General Dynamics F-111 Aardvark vaadittiin toimimaan 1,1 Machin nopeudella merenpinnan tasolla . Näiden laajojen käyttöolosuhteiden ja yleensä vanhemman tekniikan sivuvaikutuksena useimmissa tapauksissa sotilasmoottoreilla on tyypillisesti alhaisemmat kokonaispainesuhteet. Pratt & Whitney TF30 käytetään F-111 oli paine suhde on noin 20: 1, kun taas uusissa moottoreissa, kuten General Electric F110 ja Pratt & Whitney F135 on parantunut tämän noin 30: 1.
Lisähuoli on paino. Suurempi puristussuhde merkitsee raskaampaa moottoria, mikä puolestaan maksaa polttoaineen kuljettamisen. Siten tietylle rakennustekniikalle ja lentosuunnitelmille voidaan määrittää optimaalinen kokonaispainesuhde.
Esimerkkejä
| Moottori | Kokonaispainesuhde | Tärkeimmät sovellukset |
|---|---|---|
| General Electric GE9X | 60: 1 | 777X |
| Rolls-Royce Trent XWB | 52: 1 | A350 XWB |
| General Electric GE90 | 42: 1 | 777 |
| General Electric CF6 | 30.5: 1 | 747 , 767 , A300 , MD-11 , C-5 |
| General Electric F110 | 30: 1 | F-14 , F-15 , F-16 |
| Pratt & Whitney TF30 | 20: 1 | F-14 , F-111 |
| Rolls-Royce/Snecma Olympus 593 | 15.5: 1/80: 1 Supersonic. | Concorde |
Erot muihin vastaaviin termeihin
Termi ei pidä sekoittaa enemmän tuttu termi puristussuhde sovellettu edestakaisin moottoreita . Puristussuhde on tilavuuksien suhde. Tapauksessa on Otto-syklin edestakaisin moottorin, suurin laajeneminen maksu rajoittaa mekaaninen liike mäntien (tai roottori), joten puristus voidaan mitata yksinkertaisesti vertaamalla tilavuus sylinterin männän ollessa liikkeen ylä- ja alareuna. Sama ei päde "avoimeen" kaasuturbiiniin, jossa toiminnalliset ja rakenteelliset näkökohdat ovat rajoittavat tekijät. Nämä kaksi termiä ovat kuitenkin samankaltaisia, koska ne molemmat tarjoavat nopean tavan määrittää kokonaistehokkuus verrattuna muihin saman luokan moottoreihin.
Moottorin painesuhde (EPR) eroaa OPR: stä siinä, että OPR vertaa imupainetta ilmanpaineeseen, kun se poistuu kompressorista, ja on aina suurempi kuin 1 (usein hyvin paljon), kun taas EPR vertaa imupainetta paineeseen moottorin pakoputkessa (eli sen jälkeen kun ilmaa on käytetty polttamiseen ja se on luovuttanut energian moottorin turbiinipyörille), ja se on usein pienempi kuin 1 pienitehoisissa asetuksissa.
Lähes vastaava rakettimoottorin tehokkuuden mitta on kammion paine/poistumispaine, ja tämä suhde voi olla yli 2000 avaruussukkulan päämoottorilla .