Удельный расход топлива по тяге ( TSFC ) — это топливная эффективность конструкции двигателя по отношению к выходной тяге . TSFC также можно рассматривать как расход топлива (граммы в секунду) на единицу тяги (ньютоны или Н), следовательно, специфичную для тяги . Этот показатель обратно пропорционален удельному импульсу , который представляет собой количество тяги, производимой на единицу израсходованного топлива.
TSFC или SFC для тяговых двигателей (например, турбореактивных , турбовентиляторных , прямоточных воздушно-реактивных двигателей , ракет и т. д.) — это масса топлива, необходимая для обеспечения чистой тяги в течение заданного периода, например фунт/(ч·фунт-сила) (фунты топлива в час-фунт тяги) или г/(с·кН) (граммы топлива на секунду-килоньютон). В качестве меры топлива используется масса топлива, а не объем (галлоны или литры), поскольку он не зависит от температуры. [1]
Удельный расход топлива воздушно-реактивных двигателей при их максимальном КПД более или менее пропорционален скорости истечения. Расход топлива на милю или километр является более подходящим сравнением для самолетов, которые движутся с очень разными скоростями. [ нужна цитата ] Также существует удельный расход топлива по мощности , который равен удельному расходу топлива по тяге, деленному на скорость. Он может иметь единицы фунты в час на лошадиную силу.
SFC зависит от конструкции двигателя, но различия в SFC между разными двигателями, использующими одну и ту же базовую технологию, как правило, весьма малы. Увеличение общей степени сжатия в реактивных двигателях имеет тенденцию к снижению SFC.
В практических приложениях другие факторы обычно имеют большое значение при определении топливной эффективности конкретной конструкции двигателя в этом конкретном приложении. Например, в самолетах турбинные (реактивные и турбовинтовые) двигатели обычно намного меньше и легче, чем поршневые двигатели эквивалентной мощности, причем оба свойства снижают уровень лобового сопротивления самолета и уменьшают количество энергии, необходимой для перемещения самолета. Следовательно, турбины более эффективны для приведения в движение самолетов, чем можно было бы предположить при упрощенном взгляде на таблицу ниже.
SFC зависит от настройки дроссельной заслонки, высоты над уровнем моря и климата. Для реактивных двигателей скорость полета воздуха также является важным фактором. Скорость полета воздуха противодействует скорости выхлопа самолета. (В искусственном и крайнем случае, когда самолет летит точно со скоростью истечения, можно легко представить, почему чистая тяга реактивного самолета должна быть близка к нулю.) Более того, поскольку работа равна силе ( т . е. тяге), умноженной на расстояние, механическая мощность равна сила, умноженная на скорость. Таким образом, хотя номинальный SFC является полезным показателем топливной эффективности, его следует делить на скорость при сравнении двигателей на разных скоростях.
Например, «Конкорд» двигался со скоростью 1354 миль в час, или 7,15 миллиона футов в час, а его двигатели давали SFC 1,195 фунт/(фунт-сила·ч) (см. ниже); это означает, что двигатели передали 5,98 миллиона футов фунтов на фунт топлива (17,9 МДж/кг), что эквивалентно SFC 0,50 фунтов/(фунт-сила·ч) для дозвукового самолета, летящего со скоростью 570 миль в час, что было бы лучше, чем даже у современных двигателей. ; Olympus 593, использованный в Concorde, был самым эффективным реактивным двигателем в мире. [2] [3] Однако Конкорд в конечном итоге имеет более тяжелый планер и, поскольку он сверхзвуковой, менее аэродинамически эффективен, то есть отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению намного ниже. В целом, общий расход топлива всего самолета имеет гораздо большее значение для заказчика.
В следующей таблице показан КПД нескольких двигателей при работе с дроссельной заслонкой 80%, что примерно соответствует тому, что используется в крейсерском режиме, обеспечивая минимальный SFC. КПД – это количество энергии, приводящей в движение самолет, деленное на уровень потребления энергии . Поскольку мощность равна тяге, умноженной на скорость, КПД определяется выражением
где V - скорость, а h - содержание энергии на единицу массы топлива ( здесь используется более высокая теплота сгорания , а при более высоких скоростях кинетическая энергия топлива или топлива становится существенной и ее необходимо учитывать).
