Удельный расход топлива на тягу ( TSFC ) — это топливная эффективность конструкции двигателя по отношению к выходной тяге . TSFC также можно рассматривать как расход топлива (грамм/секунду) на единицу тяги (ньютоны или Н), следовательно, удельный тяга . Эта цифра обратно пропорциональна удельному импульсу , который представляет собой величину тяги, произведенной на единицу потребленного топлива.
TSFC или SFC для реактивных двигателей (например, турбореактивных , турбовентиляторных , прямоточных , ракетных 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 в секунду-килоньютон). Для измерения топлива используется масса топлива, а не объем (галлоны или литры), поскольку он не зависит от температуры. [1]
Удельный расход топлива воздушно-реактивных двигателей при максимальной эффективности более или менее пропорционален скорости истечения. Расход топлива на милю или на километр является более подходящим сравнением для самолетов, которые движутся с очень разными скоростями. [ необходима цитата ] Существует также удельный расход топлива на мощность , который равен удельному расходу топлива на тягу, деленному на скорость. Он может иметь единицы измерения фунтов 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, довольно незначительны. Увеличение общего коэффициента давления 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, оба свойства снижают уровень сопротивления самолета и уменьшают количество мощности, необходимое для движения самолета. Таким образом, турбины более эффективны для движения самолета, чем можно было бы предположить, если взглянуть на таблицу ниже.
SFC меняется в зависимости от положения дроссельной заслонки, высоты, климата. Для реактивных двигателей скорость полета также является важным фактором. Скорость полета противодействует скорости истечения реактивного двигателя. (В искусственном и экстремальном случае, когда самолет летит точно со скоростью истечения, можно легко представить, почему чистая тяга реактивного двигателя должна быть близка к нулю.) Более того, поскольку работа — это сила ( т . е. тяга), умноженная на расстояние, механическая мощность — это сила, умноженная на скорость. Таким образом, хотя номинальный SFC является полезной мерой топливной экономичности, его следует делить на скорость при сравнении двигателей на разных скоростях.
Например, Concorde летел со скоростью 1354 миль/ч, или 7,15 миллионов футов в час, а его двигатели обеспечивали SFC 1,195 фунта/(фунт-сила-ч) (см. ниже); это означает, что двигатели передавали 5,98 миллионов фут-фунтов на фунт топлива (17,9 МДж/кг), что эквивалентно SFC 0,50 фунта/(фунт-сила-ч) для дозвукового самолета, летящего со скоростью 570 миль/ч, что было бы лучше, чем даже современные двигатели; Olympus 593, используемый в Concorde, был самым эффективным реактивным двигателем в мире. [2] [3] Однако Concorde в конечном итоге имеет более тяжелый планер и, из-за того, что он сверхзвуковой, менее аэродинамически эффективен, т. е. его аэродинамическое качество намного ниже. В целом, общий расход топлива всего самолета имеет гораздо большее значение для заказчика.
В следующей таблице приведена эффективность нескольких двигателей при работе на 80% дроссельной заслонки, что примерно соответствует крейсерскому режиму, что дает минимальный SFC. Эффективность — это количество мощности, приводящей самолет в движение, деленное на скорость потребления энергии . Поскольку мощность равна тяге, умноженной на скорость, эффективность определяется по формуле
где V — скорость, а h — энергосодержание на единицу массы топлива ( здесь используется более высокая теплотворная способность , а при более высоких скоростях кинетическая энергия топлива или ракетного топлива становится существенной и должна быть учтена).
