Suger en jetmotor?
Preben Riis Sørensen
især suger flyet frem. Hvad er den procentvise betydning af tryk og sug?
--
M.V.H.
Preben Riis Sørensen
pre...@esenet.dk
Hans H.V. Hansen
> Jeg mener at have slugt i forbifarten i en tv-udsendelse, at en jetmotor
> især suger flyet frem. Hvad er den procentvise betydning af tryk og sug?
Så har du 'slugt forkert'!
Under almindelig flyvning bliver luften *presset ind* i luftindtaget - i
modsat fald kunne f. eks. en 'ram jet'-motor jo heller ikke virke!!
--
med venlig hilsen,
Hans
Preben Riis Sørensen
> Så har du 'slugt forkert'!
> Under almindelig flyvning bliver luften *presset ind* i luftindtaget - i
> modsat fald kunne f. eks. en 'ram jet'-motor jo heller ikke virke!!
> --
> med venlig hilsen,
> Hans
Så enkelt stiller sagen sig vist ikke.
Hans H.V. Hansen
> Så enkelt stiller sagen sig vist ikke.
Nå, men hvis du ikke mener det, bør du vel som minimum begrunde
*hvorfor*! :-)
Filip Larsen
> Jeg mener at have slugt i forbifarten i en tv-udsendelse, at en jetmotor
> især suger flyet frem. Hvad er den procentvise betydning af tryk og sug?
De fleste jetmoterer benytter sig af en eller anden variant af
gasturbine-princippet. En gasturbine består af tre hovedelementer hvor
igennem arbejdsgassen (fx. atmosfærisk luft) bevæger sig: en kompressor, en
forbrænder, og en turbine. Kompressoren består som regel af flere på
hinanden følgende ringe af kompressorblade der trykker luften sammen så der
er højt tryk i forbrændingskammeret hvor luft og brændstof antændes.
Forbrændingsgasserne heraf driver så turbinen, der igen, via en aksel,
driver kompressoren. Da forbrændingen tilføjer meget effekt til gasserne,
vil der være "overskydende" effekt i udstødningsgassen efter turbinen.
I en simpel jetmotor (som fx. Concordens supersoniske jetmotorer) udstøder
man denne gas for at få en resulterende jetkraft. I mere moderne subsoniske
jetmotorer benytter man i stedet mere komplicerede varianter, fx. hvor en
efterfølgende turbine bruger den overskydende effekt til at drive en propel
eller en fan (som ved turbofan by-pass motorer hvor dele af flowet løber
"uden om" forbrændingskamret).
Motoren kan også være bygget med to eller flere sæt af
kompressor-aksel-turbine dele for mere effektivt at kunne give højt
forbrændingstryk. Disse sæt (der hedder spools på engelsk) sidder så inden i
hinanden. Det er svært at tegne her, men med parenteser (hvor "(" er en
kompressor og ")" en turbine) ser det nogenlunde sådan ud: indtag->
(-(=*=)-) -> udstødning. Akslen til den yderste spool ligger altså inden i
akslen for den inderste spool.
Det var lidt et sidespor. Tilbage til dit spørgsmål.
Det der er bestemmenr fremdriften for jetmotor er den impulsforøgelse som
forbrændingen giver luften. Hvis hastigheden et stykke foran indtaget er
V_ind (hvilket altså er flyets hastighed), udstødningshastigheden er V_ud,
og masse flowet (dvs. masse per tid gennem motoren) er m_luft for luften og
m_brænd for brændstoffet, så vil det for en simpel jetmotor give den
resulterende kraft
F_jet = (m_luft+m_brænd)*V_ud - m_luft*V_ind, eller omformet,
F_jet = m_luft*(V_ud-V_ind) + m_brænd*V_ud
Brændstof-flowet er normalt meget, meget lavere end luft-flowet
(størrelsesordenen 1% eller mindre), så m_brænd er ikke så vigtig i denne
sammenhæng. Det vigtige er, at V_ud-V_ind er så stor som muligt med så lille
m_brænd som muligt. Hvis man definere effektiviteten af fremdriften,
eta_frem, som den del af forbrændingsenergien der rent faktisk bliver brugt
til at drive flyet frem med (dvs. den del der bliver brugt til at opbygge og
holde V_ind), så får man tilnærmet (når brændstof-flowet ignoreres)
eta_frem = 2*V_ind / (V_ud + V_ind).
Det ses, at eta_frem er lille og F_jet stor når V_ind er tæt på nul, mens
det omvendte er tilfældet når V_ind er tæt på V_ud. En jetmotor er defor
typisk designet ud fra et kompromis mellem eta_frem og F_jet, for eksempel
således, at eta_frem er maksimal når flyet har en bestemt cruise-hastighed
samtidig med at flyet har F_jet nok til at lette for små værdier af V_ind.
Skal man regne lidt mere i detaljer på, hvad V_ud afhænger af, må man kigge
på de termodynamiske processer der forgår i de forskellige motortrin. Selv
for den simple jetmotor bliver det hurtigt langhåret at forklare, men går vi
direkte til resultaterne finder man altså, at forholdet T4/T2, hvor T2 er
temperaturen (i Kelvin) før kompressoren og T4 temperaturen før turbinen,
typiske vil ligge omkring 4 til 7, mens trykforhold p4/p2 (igen: p2 før
kompressor, p4 før turbine) normalt ligger mellem 10 og 50. For en bestemt
værdi af T4/T2, vil motoren give størst effekt for lav p4/p2 (fx. 15) og
størst effektivitet for høj p4/p2 (fx. 40).
I praksis kan man styre T4/T2 mere eller mindre direkte ved at regulere
mængden af indsprøjtet brændstof, men jeg er i skrivende stund ikke helt
klar over, om p4/p2 for et bestemt motordesign udelukkende er bestemt ved
T4/T2 (hvilket jeg tror er tilfældet), eller om man i praksis indbygger
"uafhængige" p2/p4-reguleringsmuligheder i motorer.
Ovenstående er selvfølgelig en kraftig simplificering af en moderne
jetmotors virkemåde, men "hovedprincipperne" skulle gerne holde det meste af
vejen. Jetmotorer er et meget interessant teknisk område, omend moderne
jetmotorer kan være noget komplicerede at forstå i alle deres
design-optimerede detaljer. Selvom det der var god "design latin" for en
jetmotor fra 60'erne er ikke nødvendigvis gældende idag (primært fordi
nyere motorer er optimeret til moderne miljøkrav) så er de grundlæggende
principper (fx. gasturbine-princippet) så vidt jeg kan se stadig den
drivende kraft (høhø) bag det hele.
Mvh,
Filip Larsen filip....@mail.dk
Preben Riis Sørensen
noget bud på den procentvise fordeling, udover at du nævner at der suges
mest når flyet er i fart. Er der et bud på fordelingerne på et fly i fart,
henholdsvis et fly der starter? Den motor jeg så en udsendelse om, havde en
enorm indsugning og ledte luft udenom motoren.
Filip Larsen <filip....@mail.dk> skrev i en
nyhedsmeddelelse:901oef$lqi$1...@news.inet.tele.dk...
Torsten Iversen
>Tak for det uddybende svar, men som jeg læser det, ligger der ikke rigtigt
>noget bud på den procentvise fordeling, udover at du nævner at der suges
>mest når flyet er i fart. Er der et bud på fordelingerne på et fly i fart,
>henholdsvis et fly der starter? Den motor jeg så en udsendelse om, havde en
>enorm indsugning og ledte luft udenom motoren.
>--
> M.V.H.
>Preben Riis Sørensen
> pre...@esenet.dk
Hvad mener du med "suge". Det giver ikke mening rent fysisk. At noget
"suger" sig fremad vil sige, at det atmosfaeriske tryk bagest er
normalt, medens det er lavere foran, saa genstanden bliver i virkeligheden
skubbet fremad af det atmosfaeriske tryk bagved. Et eksempel er en prop i
et roer, hvor man fjerner luften foran, saa den bliver skubbet fremad. Der
virker ikke nogen krakt paa proppen der, hvor man har fjernet luften,men
paa den anden side, trykker atmosfaeren.
Jeg tvivler paa, at kompressoren kan goere trykket saa lavt foran motoren,
at der bliver et vaesentligt lavere tryk over et areal af betydning. Paa
nedenstaaende tegning, har jeg skitseret, hvor kraefterne virker og
integnet luftstroemmen i midten. At motoren "suger" sig frem ville saa
skyldes, at trykket ved 1 (motorfronten) er lavere end ved
2 (bagenden). Jeg tvivler paa, at det har en reel betydning sammenlignet
med den meget store impuls, flyet afleverer ved at presse luften hurtigt
bagud i selve motoren. Der gaelder at masse*hastighed for flyet er lig
masse*hastighed for luften omkring. Naar flyet sender
luftmolekyler bagud, vil det derfor selv oege sin hastighed fremad.
Proev ogsaa at sammenligne med en stoevsuger. Naar den puster, kommer
luften ud i een bestemt retning, og giver derfor slangen meget impuls i
den modsatte retning. Naar man derimod suger, bliver luften presset ind af
den omgivende atmosfaere, fordi der er et lavere tryk i slangen end
udenfor. Den kraft, der driver luften ind i slangen, stammer altsaa fra
atmosfaeren og ikke fra stoevsugeren. Det stoevsugeren goer er, at presse
luften ud af et kammer vha en propel, hvorved trykket i kammeret bliver
lavere, saa atmosfaeren kan presse sig ind i slangen udefra. Suget vil
derfor altid vaere begraenset af det atmosfaeriske tryk.
1 /------\ 2
-> -> -> -> ->
\------/
Forestil dig en simpel stoevsuger, der knaekker nedad i en
ret vinkel (-- er propellen, som blaeser luft nedad). Da der gaelder
impulsbevarelse (masse gange hastighed er konstant for stoevsuger og
luft), kan vi se, at stoevsugeren presses opad, da luftmolekylerne
gaar fra stilstand til at have en hastighed nedad. Her er der altsaa ingen
sugeeffekt.
------------|
-> -> |
-------| |
| -- |
| | |
V
Torsten
Hans H.V. Hansen
> Hvad mener du med "suge". Det giver ikke mening rent fysisk. At noget
> "suger" sig fremad vil sige, at det atmosfaeriske tryk bagest er
> normalt, medens det er lavere foran, saa genstanden bliver i virkeligheden
> skubbet fremad af det atmosfaeriske tryk bagved.....
'
Udsendelsen man måske have omtalt 'turbofan'-motorer med stort 'bypass
ratio'?
I en sådan motor vil en betydelig del af fremdrivningskraften hidrøre
fra kompressorens 'fan'-modul - man kunne faktisk sige, et motoren er en
mellemting mellem en (ren) 'turbojet'-motor (uden 'bypass') og en
'turboprop'-motor; m.a.o. at 'fan'-modulet i betydelig grad fungerer à
là en propel (man taler undertiden også om 'ducted fan')
Men jeg vil stadig ikke medgive, at en propel 'suger sig frem'!
Med hensyn til spm. om over-/undertryk i luftindtaget mener jeg at
huske, at der (normalt) er overtryk ved fart > ca. 275 knob, undertryk
ved lavere farter(?)
Preben Riis Sørensen
forbrændingen) store luftmængder igennem, der forvirrede mig. Selv med 0
atm. foran den ret store åbning, vil det nok ikke trække meget. (Men HVOR
meget?) Den procentvise fordeling jeg efterlyste må så ligge i forholdet
mellem det, udstødningen giver, og det den luft, der blæses udenom motoren
giver. Det var nok her det blev nævnt, at det var den luft (og ikke sug) der
gav det meste. Har lige hørt en lignende forvirring igår, hvor en propel
blev beskrevet som en roterende vinge med undertryk på oversiden.
En udvikling af jetmotorer går på at opgeare det forreste indtag, så det
SKUBBER noget mere luft igennem!
Hans H.V. Hansen <h2...@post6.tele.dk> skrev i en
nyhedsmeddelelse:1ekvsgv.1ah0lmvj7sj40N%h2...@post6.tele.dk...
John Larsson
>Men jeg vil stadig ikke medgive, at en propel 'suger sig frem'!
Hvorfor dog ikke det? En profil der under bevægelse skaber undertryk den
ene side og overtryk den anden suges vel lige så meget som den trykkes!
John
Ulrik Smed
<fc.0073fb6b02abceff3b...@net.dialog.dk>,
Som tidligere nævnt kan suget kun blive 1 atmosfære, mens trykket
kan blive større. Desuden er trykket også retningsbestemt i langt
højere grad end suget (som også tidligere nævnt, iøvrigt)
--
Ulrik Smed, Denmark, Aarhus
e-mail: ul...@post1.tele.dk
Ulrik Smed
> SKUBBER noget mere luft igennem!
En jetmotor er i princippet bare et rør med en propel i hver
ende, forbundet med en aksel. Det der bestemmer hvilken ende der
er indsugning og udstødning er forskellen på propellerne. En
opgearing af kompressoren kunne faktisk medføre at luftstrømmen
blev vendt, så kompressoren pludselig blev turbine, og omvendt.
Hans H.V. Hansen
> h2...@post6.tele.dk,Ny-Internet writes:
> >Men jeg vil stadig ikke medgive, at en propel 'suger sig frem'!
>
> Hvorfor dog ikke det? En profil der under bevægelse skaber undertryk den
> ene side og overtryk den anden suges vel lige så meget som den trykkes!
Ja, jeg kan (til en vis grad) udmærket følge dig her!
På den anden side: Hvis man opholder sig lige under en helikopter i
'hover', føler man ikke just, at den bliver *suget* op!! :-/
Og endelig: Når man skal *beregne* propellens trækkraft, plejer man vel
at se på (luftmasse/tidsenhed) * hastighedstilvækst {som for en
reaktionsmotor} - snarere end på 'opdriften' på bladene?
Torsten Iversen
>h2...@post6.tele.dk,Ny-Internet writes:
>>Men jeg vil stadig ikke medgive, at en propel 'suger sig frem'!
>
>Hvorfor dog ikke det? En profil der under bevægelse skaber undertryk den
>ene side og overtryk den anden suges vel lige så meget som den trykkes!
>
Nej. Den suges slet ikke. Den maade, hvorpaa der tilfoeres impuls til
propellen, er, at luftmolekyler stoeder ind i bladene bagfra. disse
molekyler bliver stoedt bagud, hvorved propellen kommer fremad.
Torsten
Torsten Iversen
>Tak for svarene. Det var det, med at forreste store blade 'trak' (via
>forbrændingen) store luftmængder igennem, der forvirrede mig. Selv med 0
>atm. foran den ret store åbning, vil det nok ikke trække meget.
Det traekker slet ikke! Der er ingen fremadrettet kraftpaavirkning paa
kompressorbladenes forside. De sparker bare luftmolekyler bagud, naar de
viser sig foran motoren (den omgivende atmosfaere skubber nye molekyler
frem til motoren efterhaanden som de bliver sendt bagud af
kompressorbladene).
>(Men HVOR
>meget?) Den procentvise fordeling jeg efterlyste må så ligge i forholdet
>mellem det, udstødningen giver, og det den luft, der blæses udenom motoren
>giver. Det var nok her det blev nævnt, at det var den luft (og ikke sug) der
>gav det meste.
Jeps. Denne fordeling kender jeg ikke.
Torsten.
John Larsson
>
>Nej. Den suges slet ikke. Den maade, hvorpaa der tilfoeres impuls til
>propellen, er, at luftmolekyler stoeder ind i bladene bagfra. disse
>molekyler bliver stoedt bagud, hvorved propellen kommer fremad.
Du tror måske heller ikke at der opstår trykgradienter på oversiden af en
flyvinge?
John
Hans H.V. Hansen
...
Heller ikke jeg....men jeg kan slutte mig til, at den må variere med
såvel motortypen som driftsbetingelserne!
Preben Riis Sørensen
> Du tror måske heller ikke at der opstår trykgradienter på oversiden af en
> flyvinge?
>
> John
>
var derfor jeg gerne ville vide arealet af motoråbningerne og hvad det måtte
bidrage med? Mon ikke arealet er oppe på flere kvadratmeter ved mellemstore
fly ?