1. OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA NAPĘDÓW LOTNICZYCH

Napęd lotniczy

Jest to ogół urządzeń i instalacji zapewniających statkowi powietrznemu niezbędną wartość siły ciągu i wymagany jej kierunek oraz niezawodność użytkowania w całym zakresie eksploatacyjnych warunków lotu. Podstawowym zadaniem napędu lotniczego jest wytworzenie ciągu o wartości umożliwiającej start i lot samolotu (śmigłowca) w wymaganym zakresie warunków zewnętrznych.

Wymagania stawiane napędom lotniczym.

Zespół napędowy jest częścią statku powietrznego. Wybór rodzaju zespołu napędowego ma decydujący wpływ na własności lotne i eksploatacyjne samolotu czy śmigłowca a więc na możliwości zastosowania całego statku powietrznego. Zespół napędowy podlega ogólnym wymaganiom stawianym konstrukcjom lotniczym jak:

• mała masa konstrukcji;

• małe gabaryty, zwłaszcza powierzchnia przekroju czołowego;

• niezawodność działania;

• prosta konstrukcja i technologia wykonania;

• niska cena zakupu i użytkowania;

• łatwość obsługi i naprawy.

Poza wymaganiami ogólnymi zespołom napędowym stawia się również wymagania specjalne:

• zapewnienie niezbędnego ciągu (mocy) przy minimalnym zużyciu paliwa;

• korzystne z aerodynamicznego punktu widzenia położenia zespołu napędowego,
  zapewniające:

- minimalny opór (czołowy, powierzchniowy, interferencyjny),
- minimalny wpływ na charakterystyki skrzydeł, kadłuba lub usterzenia,
- jak najmniejszy wpływ na charakterystyki manewrowe,

• minimalne straty hydrauliczne w kanale przepływowym silnika;

• umożliwienie tłumienia drgań w stopniu ograniczającym ich wpływ na płatowiec;

• zapewnienie swobodnego przemieszczania się elementów podczas zmian temperatury;

• rozmieszczenie silników i zbiorników paliwa odpowiadające wymaganiom wyważenia samolotu (śmigłowca) i nie naruszające ogólnego układu wytrzymałościowego;

• łatwy dostęp do urządzeń wymagających regulacji, wymiany i konserwacji;

• duże bezpieczeństwo przeciwpożarowe;

• zabezpieczenie zespołu napędowego przed zanieczyszczeniami mechanicznymi, szczególnie przed dostaniem się ciał obcych do kanału wlotowego.

Klasyfikacja napędów lotniczych.

Opracowano wiele klasyfikacji napędów lotniczych, w których za podstawę przyjęto różne kryteria. Ze względu na sposób wytwarzania ciągu, napędy dzieli się na dwie zasadnicze grupy:

• napędy śmigłowe i śmigłowcowe wytwarzające ciąg pośrednio;

• napędy odrzutowe wytwarzające ciąg bezpośrednio.

Podstawowa klasyfikacja obejmuje grupy napędów, których cechy zasadniczo wpływają na osiągi i charakterystyki lotne samolotów i śmigłowców.

Rys.1. Podstawowa klasyfikacja napędów lotniczych

Obszary zastosowań napędów lotniczych.

Rys. 2. Obszary zastosowań napędów lotniczych.

1 - napędy śmigłowcowe, 2 - napędy śmigłowe, 3 - napędy odrzutowe dwuprzepływowe,
4 - napędy odrzutowe jednoprzepływowe, 5 - napędy odrzutowe z dopalaczami, 6 - napędy rakietowe.

Charakterystyczne wskaźniki napędów

Podstawowym parametrem charakteryzującym silnik odrzutowy jest siła ciągu a silnik śmigłowy (śmigłowcowy) moc lub moment przekazywany na wał. Porównanie napędu śmigłowego i odrzutowego jest trudne, co jest powodem oddzielnego ich traktowania.

Stosuje się umowny podział wielkości napędów zależnie od osiąganych ciągów lub mocy:

• jednostki małe - ciąg do 2000 daN, moc do 1500 kW;

• jednostki średnie - ciąg 2000÷5000 daN, moc 1500÷3500 kW;

• jednostki duże - o ciągu (mocy) większej.

W celu porównania jakości napędów o różnych wartościach ciągów czy mocy, zdefiniowano kilka parametrów jednostkowych.

1. ciąg jednostkowy - wartość tego parametru określa przyrost prędkości strumienia w silniku. Jest to stosunek ciągu (K) silnika do strumienia masy:

Przy warunku p₅ = p_H

[m/s]

• k_j = 60÷100 daN/(kg/s) - dla silników jednoprzepływowych;

• k_j = 30÷50 daN/(kg/s) - dla silników dwuprzepływowych;

2. moc jednostkowa - dotyczy napędów śmigłowych i śmigłowcowych. Jest to stosunek mocy silnika do strumienia masy:

• P_j = 100÷250 kW/(kg/s).

3. jednostkowe zużycie paliwa - określa ekonomiczność silnika i jest podstawą obliczeń długotrwałości i zasięgu lotu. Jest to stosunek godzinowego zużycia paliwa (C) do ciągu (K) lub mocy (P) silnika:

• c_j = 0,75÷0,9 kg/daNh - dla silników jednoprzepływowych;

• c_j = 0,30÷0,6 kg/daNh - dla silników dwuprzepływowych;

• c_j = 0,25÷0,40 kg/kWh - dla silników tłokowych.

4. masa jednostkowa - parametr ten charakteryzuje silnik pod względem masowym, pośrednio określa zaawansowanie technologiczne producenta. Jest to stosunek masy silnika (m_s) do jego ciągu (K):

• m_j = 0,20 - 0,30 kg/daN - dla silników jednoprzepływowych;

• m_j = 0,15 - 0,20 kg/daN - dla silników dwuprzepływowych.

5. ciąg czołowy lub moc czołowa - ważny wskaźnik samolotów szybkich. Jest to stosunek ciągu (lub mocy) silnika do gabarytowej powierzchni czołowej silnika.

• k_cz = 40÷100 kN/m² - dla jednoprzepływowych turbinowych silników odrzutowych;

• k_cz = 30÷90 kN/m² - dla dwuprzepływowych turbinowych silników odrzutowych;

• k_cz = 100÷130 kN/m² - dla silników odrzutowych z włączonym dopalaniem;

• k_cz = 3000÷4000 kW/m² - dla silników odrzutowych z włączonym dopalaniem.

Atmosfera wzorcowa

Atmosferą wzorcową (standardową) nazywa się umowny wzorzec atmosfery ziemskiej, wykorzystywany do porównania wyników badań samolotów, rakiet i silników lotniczych, przeprowadzonych w różnych warunkach. Do jego opracowania przyjęto następujące założenia:

• skład atmosfery nie zmienia się wraz ze wzrostem wysokości;

• powietrze jest suche (nie zawiera pary wodnej);

• temperatura powietrza na poziomie morza: t₀ = 15°C, T₀ = 15+273,15 = 288,15°K≈288°K;

• ciśnienie atmosferyczne na poziomie morza: p₀ = 760 mmHg = 101325 Pa;

• gęstość powietrza na poziomie morza: ρ₀=1,225 kg/m³;

• pionowy gradient temperatury jest stały do wysokości 11 km (6,5°C na 1 km wysokości);

• powyżej 11 km temperatura jest stała i wynosi -56,5°C.

Temperaturę na danej wysokości można zatem obliczyć ze wzoru:

Ciśnienie i gęstość powietrza odczytuję się z tabel lub oblicza ze wzorów:

Można również korzystać z kalkulatorów na stronach internetowych. np.:

http://www.desktopaero.com/appliedaero/appendices/stdatm.html

1

4

Napędy lotnicze

Śmigłowe

Śmigłowcowe

Turbinowe

Tłokowe

Odrzutowe

Turbinowe

Rakietowe

Strumieniowe

Ma_H

4

3

2

1

H

[km]

0

10

20

30

6

5

4

3

2

1

---