Соотношение тяги к весу является безразмерное отношение тяги к весу о наличии ракеты , реактивного двигателя , пропеллерной двигатель или транспортное средство приводится в движение таким двигателем , который является индикатором работы двигателя или транспортного средства.
Мгновенное отношение тяги к массе транспортного средства постоянно изменяется во время работы из-за прогрессирующего расхода топлива или топлива и в некоторых случаях из-за градиента силы тяжести . Отношение тяги к весу, основанное на начальных тяге и массе, часто публикуется и используется в качестве показателя качества для количественного сравнения начальных характеристик транспортного средства.
Расчет [ править ]
Отношение тяги к массе можно рассчитать путем деления тяги (в единицах СИ - в ньютонах ) на вес (в ньютонах) двигателя или транспортного средства и является безразмерной величиной. Обратите внимание, что тяга также может быть измерена в фунт-силах ( фунт-силах ) при условии, что вес измеряется в фунтах (фунтах); деление этих двух значений по-прежнему дает численно правильное соотношение тяги к весу. Для достоверного сравнения начального отношения тяги к массе двух или более двигателей или транспортных средств тяга должна быть измерена в контролируемых условиях.
Самолет [ править ]
Отношение тяги к массе и нагрузка на крыло - два наиболее важных параметра, определяющих летно-технические характеристики самолета. [1] Например, удельная тяга боевого самолета является хорошим показателем маневренности самолета. [2]
Отношение тяги к массе постоянно меняется во время полета. Тяга меняется в зависимости от настройки дроссельной заслонки, скорости полета , высоты и температуры воздуха. Вес зависит от расхода топлива и полезной нагрузки. Для самолетов указанная тяговооруженность часто представляет собой максимальную статическую тягу на уровне моря, деленную на максимальный взлетный вес . [3] Самолет с относительной тягой к массе более 1: 1 может двигаться по вертикальному наклону и поддерживать воздушную скорость до тех пор, пока летно-технические характеристики не уменьшатся на большей высоте. [4]
В крейсерском полете отношение тяги к весу самолета является обратной величиной подъемной силы и аэродинамического сопротивления, поскольку тяга противоположна сопротивлению , а вес противоположен подъемной силе. [5] Самолет может взлетать, даже если тяга меньше его веса: если отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению больше 1, отношение тяги к весу может быть меньше 1, т. Е. Для отрыва самолета требуется меньшая тяга. земля, чем вес самолета.
Винтовые самолеты [ править ]
Для винтовых самолетов отношение тяги к массе можно рассчитать следующим образом: [6]
где - тяговая эффективность (обычно 0,8), - мощность на валу двигателя в лошадиных силах , а - истинная воздушная скорость в футах в секунду.
Ракеты [ править ]
Отношение тяги к массе ракеты или ракетного транспортного средства является показателем ее ускорения, выраженного в единицах ускорения свободного падения g. [7]
Ракеты и ракетные двигатели работают в широком диапазоне гравитационных сред, включая невесомую . Отношение тяги к весу обычно рассчитывается из начальной полной массы на уровне моря на Земле [8] и иногда называется отношением тяги к весу Земли . [9] Отношение тяги к земной массе ракеты или транспортного средства с ракетным двигателем является показателем его ускорения, выраженным в единицах ускорения свободного падения, g 0 . [7]
Отношение тяги к массе ракеты меняется по мере сгорания топлива. Если тяга постоянна, то максимальное передаточное число (максимальное ускорение транспортного средства) достигается непосредственно перед тем, как топливо полностью израсходуется. Каждая ракета имеет характеристическую кривую тяги к весу или кривую ускорения, а не просто скалярную величину.
Отношение тяги к массе двигателя превышает тягу всей ракеты-носителя, но, тем не менее, полезно, поскольку оно определяет максимальное ускорение, которое любое транспортное средство, использующее этот двигатель, теоретически может достичь с минимальным количеством топлива и прикрепленной конструкции.
Для взлета с поверхности земли с помощью тяги и отсутствия аэродинамической подъемной силы , отношение тяги к весу для всего транспортного средства должно быть больше , чем один . Как правило, удельная тяга численно равна перегрузке, которую может создать транспортное средство. [7] Взлет может произойти, когда перегрузочная сила транспортного средства превышает местную силу тяжести (выраженную кратным g 0 ).
Отношение тяги к массе ракет обычно значительно превышает таковое у реактивных двигателей с воздушным дыханием, потому что сравнительно большая плотность ракетного топлива устраняет необходимость в большом количестве инженерных материалов для его повышения давления.
На удельную тягу влияет множество факторов. Мгновенное значение обычно изменяется во время полета с изменениями тяги, обусловленной скоростью и высотой, а также весом, обусловленным оставшимся топливом и массой полезной нагрузки. К основным факторам относятся температура , давление , плотность и состав набегающего потока воздуха . В зависимости от рассматриваемого двигателя или транспортного средства на фактические характеристики часто влияют плавучесть и местная напряженность гравитационного поля .
Примеры [ править ]
России -Made РД-180 Ракетный двигатель (который питает Lockheed Martin «s Atlas V ) производит 3,820 кН тяги уровня моря и имеет сухую массу 5,307 кг. [ необходима цитата ] Используя силу гравитационного поля на поверхности Земли, равную 9,807 м / с², отношение тяги к массе на уровне моря рассчитывается следующим образом: (1 кН = 1000 Н = 1000 кг⋅м / с²)
Самолет [ править ]
| Транспортное средство | Т / Вт | Сценарий |
|---|---|---|
| Northrop Grumman B-2 Spirit | 0,205 [10] | Максимальная взлетная масса, полная мощность |
| Airbus A340 | 0,2229 | Максимальная взлетная масса, полная мощность (A340-300 Enhanced) |
| Боинг 777 | 0,285 | Максимальная взлетная масса, полная мощность (777-200ER) |
| Airbus A380 | 0,227 | Максимальная взлетная масса, полная мощность |
| Боинг 747-8 | 0,269 | Максимальная взлетная масса, полная мощность |
| Боинг 737 MAX 8 | 0,310 | Максимальная взлетная масса, полная мощность |
| Airbus A320neo | 0,311 | Максимальная взлетная масса, полная мощность |
| Боинг 757-200 | 0,341 | Максимальная взлетная масса, полная мощность (с Rolls-Royce RB211) |
| Туполев Ту-160 | 0,363 | Максимальный взлетный вес, полный форсаж |
| Конкорд | 0,372 | Максимальный взлетный вес, полный форсаж |
| Rockwell International B-1 Lancer | 0,38 | Максимальный взлетный вес, полный форсаж |
| BAE Hawk | 0,65 [11] | |
| Локхид Мартин F-35 | 0,87 с полным топливом (1,07 с 50% топлива, 1,19 с 25% топлива) | |
| HAL Tejas Mk 1 | 0,935 | С полным топливом |
| Dassault Rafale | 0,988 [12] | Версия M, 100% топливо, 2 ракеты EM A2A, 2 ракеты IR A2A |
| Сухой Су-30МКМ | 1,00 [13] | Снаряженная масса с 56% внутреннего топлива |
| Макдоннелл Дуглас F-15 | 1,04 [14] | Номинально загружен |
| Микоян МиГ-29 | 1.09 [15] | Полный внутренний топливный бак, 4 ААМ |
| Локхид Мартин F-22 | > 1,09 (1,26 с загруженной массой и 50% топлива) [16] | Боевая нагрузка? |
| Дженерал Дайнэмикс F-16 | 1.096 [ необходима ссылка ] | |
| Хоукер Сиддли Харриер | 1.1 [ необходима ссылка ] | СВВП |
| Еврофайтер Тайфун | 1,15 [17] | Конфигурация перехватчика |
| Космический шаттл | 1.5 | Взлететь |
| Космический шаттл | 3 | Пик |
Реактивные и ракетные двигатели [ править ]
| Реактивный или ракетный двигатель | Масса | Тяга, вакуум | Отношение тяги к массе | ||
|---|---|---|---|---|---|
| (кг) | (фунт) | (кН) | (фунт-сила) | ||
| Ядерный ракетный двигатель РД-0410 [18] [19] | 2 000 | 4 400 | 35,2 | 7 900 | 1,8 |
| Реактивный двигатель J58 ( SR-71 Blackbird ) [20] [21] | 2 722 | 6 001 | 150 | 34 000 | 5.2 |
Турбореактивный двигатель Rolls-Royce / Snecma Olympus 593 с подогревом ( Concorde ) [22] | 3175 | 7 000 | 169,2 | 38 000 | 5,4 |
| Pratt & Whitney F119 [23] | 1,800 | 3 900 | 91 | 20 500 | 7,95 |
| Ракетный двигатель РД-0750 , трехкомпонентный [24] | 4 621 | 10 188 | 1,413 | 318 000 | 31,2 |
| Ракетный двигатель РД-0146 [25] | 260 | 570 | 98 | 22 000 | 38,4 |
| Ракетный двигатель Rocketdyne RS-25 [26] | 3 177 | 7 004 | 2,278 | 512 000 | 73,1 |
| Ракетный двигатель РД-180 [27] | 5 393 | 11 890 | 4,152 | 933 000 | 78,5 |
| Ракетный двигатель РД-170 | 9 750 | 21 500 | 7 887 | 1,773,000 | 82,5 |
| F-1 ( Сатурн V первая ступень) [28] | 8 391 | 18 499 | 7 740,5 | 1,740,100 | 94,1 |
| Ракетный двигатель НК-33 [29] | 1,222 | 2 694 | 1,638 | 368 000 | 136,7 |
| Ракетный двигатель Merlin 1D , тяговой вариант [30] | 467 | 1,030 | 825 | 185 000 | 180,1 |
Истребители [ править ]
| Характеристики | Истребители | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ф-15К | F-15C | МиГ-29К | МиГ-29Б | JF-17 | J-10 | F-35A | F-35B | F-35C | F-22 | LCA Mk-1 | |
| Тяга двигателей, максимальная (Н) | 259 420 (2) | 208 622 (2) | 176 514 (2) | 162 805 (2) | 81 402 (1) | 122 580 (1) | 177 484 (1) | 177 484 (1) | 177 484 (1) | 311 376 (2) | 89 800 (1) |
| Масса самолета пустого (кг) | 17010 | 14 379 | 12 723 | 10 900 | 06 586 | 09 250 | 13 290 | 14 515 | 15 785 | 19 673 | 6 560 |
| Масса самолета с полным топливом (кг) | 23 143 | 20 671 | 17 963 | 14 405 | 08,886 | 13 044 | 21 672 | 20 867 | 24 403 | 27 836 | 9 500 |
| Масса самолета, не более взлетная нагрузка (кг) | 36 741 | 30 845 | 22 400 | 18 500 | 12 700 | 19 277 | 31 752 | 27 216 | 31 752 | 37 869 | 13 300 |
| Полная масса топлива (кг) | 06 133 | 06 292 | 05 240 | 03 505 | 02 300 | 03 794 | 08 382 | 06 352 | 08 618 | 08 163 | 02 458 |
| Соотношение T / W при полном топливе | 1.14 | 1.03 | 1,00 | 1,15 | 0,93 | 0,96 | 0,84 | 0,87 | 0,74 | 1.14 | 0,96 |
| Соотношение T / W, макс. взлетная нагрузка | 0,72 | 0,69 | 0,80 | 0,89 | 0,65 | 0,65 | 0,57 | 0,67 | 0,57 | 0,84 | 0,69 |
| Характеристики | Истребители | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ф-15К | F-15C | МиГ-29К | МиГ-29Б | JF-17 | J-10 | F-35A | F-35B | F-35C | F-22 | LCA Mk-1 | |
| Тяга двигателей, максимальная (фунт-сила) | 58 320 (2) | 46 900 (2) | 39 682 (2) | 36 600 (2) | 18 300 (1) | 27 557 (1) | 40 000 (1) | 40 000 (1) | 40 000 (1) | 70 000 (2) | 20 200 (1) |
| Масса пустого самолета (фунты) | 37 500 | 31 700 | 28 050 | 24 030 | 14 520 | 20 394 | 29 300 | 32 000 | 34 800 [31] | 43 340 | 14 300 |
| Масса самолета с полным топливом (фунты) | 51 023 | 45 574 | 39 602 | 31 757 | 19 650 | 28 760 | 47 780 | 46 003 | 53 800 | 61 340 | 20 944 |
| Масса самолета, не более взлетная нагрузка (фунт) | 81 000 | 68 000 | 49 383 | 40 785 | 28 000 | 42 500 | 70 000 | 60 000 | 70 000 | 83 500 | 29 100 |
| Общий вес топлива (фунты) | 13 523 | 13 874 | 11,552 | 07 727 | 05 130 | 08 366 | 18 480 | 14 003 | 19 000 [31] | 18 000 | 05 419 |
| Соотношение T / W при полном топливе | 1.14 | 1.03 | 1,00 | 1,15 | 0,93 | 0,96 | 0,84 | 0,87 | 0,74 | 1.14 | 0,96 |
| Соотношение T / W, макс. взлетная нагрузка | 0,72 | 0,69 | 0,80 | 0,89 | 0,65 | 0,65 | 0,57 | 0,67 | 0,57 | 0,84 | 0,69 |
- Таблица для реактивных и ракетных двигателей: реактивная тяга на уровне моря
- Плотность топлива, использованная в расчетах: 0,803 кг / л.
- Число в скобках - это количество двигателей.
- Для таблицы показателей отношение T / W рассчитывается путем деления тяги на произведение веса самолета с полным топливом и ускорения свободного падения.
- Двигателями F-15K являются двигатели Pratt & Whitney.
- Масса пустого МиГ-29К - приблизительная.
- Мощность двигателя JF-17 - РД-93.
- JF-17 в паре с его двигателем WS-13, и если этот двигатель получит обещанные 18 969 фунтов, то отношение T / W станет 1,10
- Вес пустого и заправленного J-10 является приблизительным.
- Мощность двигателя J-10 - АЛ-31ФН.
- J-10 в паре с его двигателем WS-10A, и если этот двигатель получит обещанные 132 кН (29 674 фунт-силы), то отношение T / W станет 1,08.
См. Также [ править ]
- Соотношение мощности к весу
- Фактор безопасности
Ссылки [ править ]
- Джон П. Филдинг. Введение в дизайн самолетов , Cambridge University Press, ISBN 978-0-521-65722-8
- Дэниел П. Реймер (1989). Дизайн самолетов: концептуальный подход , Американский институт аэронавтики и астронавтики, Вашингтон, округ Колумбия. ISBN 0-930403-51-7
- Джордж П. Саттон и Оскар Библарц. Элементы силовой установки ракеты , Wiley, ISBN 978-0-471-32642-7
Заметки [ править ]
- ↑ Дэниел П. Реймер, Дизайн самолетов: концептуальный подход , раздел 5.1.
- ^ Джон П. Филдинг, Введение в конструкцию самолетов , раздел 4.1.1 (стр. 37)
- ^ Джон П. Филдинг, Введение в конструкцию самолетов , раздел 3.1 (стр.21)
- ^ Никелл, Пол; Роговей, Тайлер (09.05.2016). «Каково это - летать на F-16N Viper, легендарном хотроде Topgun» . Драйв . Проверено 31 октября 2019 .
- ^ Дэниел П. Реймер, Дизайн самолета: концептуальный подход , уравнение 5.2
- ^ Дэниел П. Реймер, Дизайн самолета: концептуальный подход , уравнения 3.9 и 5.1
- ^ a b c Джордж П. Саттон и Оскар Библарц, Элементы силовой установки ракеты (стр. 442, 7-е издание) « удельная тяга F / W g - безразмерный параметр, который идентичен ускорению двигательной установки ракеты ( выражается в кратных g 0 ), если бы он мог летать сам по себе в вакууме без гравитации "
- ^ Джордж П. Sutton & Oscar Biblarz, ракетные двигатели , элементы (стр. 442, 7е издание) «Загруженный вес W г является уровня моря первоначальная полная масса метательного и ракетной двигательной установки аппаратного обеспечения.»
- ^ "Отношение тяги к массе земли" . Интернет-энциклопедия науки. Архивировано из оригинала на 2008-03-20 . Проверено 22 февраля 2009 .
- ↑ Northrop Grumman B-2 Дух
- ^ BAE Systems Hawk
- ^ "AviationMilitaires.net - Dassault Rafale C" . www.aviationsmilitaires.net . Архивировано 25 февраля 2014 года . Проверено 30 апреля 2018 года .
- ^ Сухой Су-30МКМ № Технические характеристики .28Су-30МКМ.29
- ^ "F-15 Eagle Aircraft" . About.com:Изобретатели . Проверено 3 марта 2009 .
- ^ Пайк, Джон. «МиГ-29 FULCRUM» . www.globalsecurity.org . Архивировано 19 августа 2017 года . Проверено 30 апреля 2018 года .
- ^ "AviationMilitaires.net - Lockheed-Martin F-22 Raptor" . www.aviationsmilitaires.net . Архивировано 25 февраля 2014 года . Проверено 30 апреля 2018 года .
- ^ "Еврофайтер Тайфун" . eurofighter.airpower.at . Архивировано 9 ноября 2016 года . Проверено 30 апреля 2018 года .
- ^ Уэйд, Марк. «РД-0410» . Энциклопедия Astronautica . Проверено 25 сентября 2009 .
- ^ «« Конструкторское бюро химавтоматики »- научно-исследовательский комплекс / РД0410. Ядерный ракетный двигатель. Перспективные ракеты-носители» . КБХА - Конструкторское бюро химической автоматики . Проверено 25 сентября 2009 .
- ^ "Самолет: Lockheed SR-71A Blackbird" . Архивировано из оригинала на 2012-07-29 . Проверено 16 апреля 2010 .
- ^ "Информационные бюллетени: Pratt & Whitney J58 Turbojet" . Национальный музей ВВС США. Архивировано из оригинала на 2015-04-04 . Проверено 15 апреля 2010 .
- ^ "Rolls-Royce SNECMA Olympus - Транспортные новости Джейн" . Архивировано из оригинала на 2010-08-06 . Проверено 25 сентября 2009 .
С форсажной камерой, реверсом и соплом ... 3175 кг ... Форсажной камерой ... 169,2 кН
- ^ Приобретение военного реактивного двигателя , RAND, 2002.
- ^ «« Конструкторское бюро химавтоматики »- научно-исследовательский комплекс / РД0750» . КБХА - Конструкторское бюро химической автоматики . Проверено 25 сентября 2009 .
- ^ Уэйд, Марк. «РД-0146» . Энциклопедия Astronautica . Проверено 25 сентября 2009 .
- ^ SSME
- ^ "РД-180" . Проверено 25 сентября 2009 .
- ^ Энциклопедия Astronautica: F-1
- ^ Запись Astronautix NK-33
- ↑ Мюллер, Томас (8 июня 2015 г.). «Является ли отношение тяги к массе SpaceX Merlin 1D более 150 правдоподобным?» . Проверено 9 июля 2015 года .
Merlin 1D весит 1030 фунтов, включая приводы гидравлического рулевого управления (TVC).
Он составляет 162 500 фунтов тяги в вакууме.
то есть почти 158 тяги / веса.
Новый вариант с полной тягой весит столько же и составляет около 185 500 фунтов силы в вакууме.
- ^ a b "Сайт Локхид Мартин" . Архивировано из оригинала на 2008-04-04.
Внешние ссылки [ править ]
- Веб-страница НАСА с обзором и пояснительной схемой соотношения тяги самолета к массе
