какую силу развивают двигатели
Лучшие авиадвигатели для истребителей с точки зрения их тяги
Тяга – один из ключевых параметров двигателя боевого самолета
В авиации тягой называют силу, толкающую самолет в воздушной среде. Ей противостоит лобовое сопротивление. Если машина летит прямолинейно и горизонтально с постоянной скоростью, то тяга будет примерно равна лобовому сопротивлению.
Чаще всего тягу измеряют в килоньютонах (кН) или килограмм-силах (кгс). Грубо на одну килограмм-силу приходится 10 ньютонов. А если точно, то 1 кгс = 9,80665 Н.
Используя этот показатель, отберем три самых лучших двигателя по тяге. Чтобы упростить задачу, будем сравнивать их тягу по максимальному показателю в режиме форсажа.
Двигатели для семейства истребителей Су-27
Российские истребители Су-27, Су-30 и Су-35 относятся к единому семейству. Основой для проектирования конструкции более поздних Су-30 и Су-35 стал Су-27.
В боевом самолете Су-27 используется турбореактивный двухконтурный двигатель АЛ-31Ф с форсажной камерой. На каждый истребитель устанавливают по два таких двигателя. Их также используют для оснащения истребителей Су-30. Такой двигатель в режиме форсажа способен развивать максимальную тягу 122,6 кН.
В более новом истребителе Су-35 применен уже другой двигатель – АЛ-41Ф1С, обладающий управляемым вектором тяги. Это изделие, как и предыдущее, имеет длину 4,9 метра и диаметр 1,2 метра. Несмотря на то, что новый агрегат имеет такие же габариты, он способен развивать гораздо большую тягу, чем предшественник. Она составляет уже 142,2 кН.
Американский чемпион F-22
Истребители F-22, выпускаемые в США, оборудованы двигателями Pratt&Whitney F119-PW-100. На сегодняшний день их выпущено более 500 единиц. Это изделие представляет собой двухвальный двигатель, оснащенный роторами высокого и низкого давления с противовращением.
По тяге, которая составляет почти 155 кН, F119-PW-100 имеет полное право на звание лидера среди двигателей для истребительной авиации. Правда с некоторыми оговорками.
Как говорилось ранее, тяга является далеко не единственной характеристикой. Поэтому из-за большей массы максимальная скорость, развиваемая F-22, ниже, чем скорость Су-35, хоть американец и развивает большую тягу, чем россиянин.
Помимо этого, как оказалось, двигатели F119-PW-100 вырабатывают свой ресурс быстрее, чем рассчитывали. Поэтому ВВС США уже начинают испытывать дефицит этих изделий.
С другой стороны, если ресурс двигателей подходит к концу, это говорит об их интенсивной эксплуатации. А активное использование изделий свидетельствует о том, что он нашел свое место в американской военной авиации и вполне устраивает по своим характеристикам своих пользователей.
Унифицированный российский авиадвигатель
В июле этого года управляющий директор Опытно-конструкторского бюро имени Люльки при Уфимском моторостроительном ПО Евгений Семивеличенко рассказал агентству РИА Новости о начале разработки нового универсального авиадвигателя для истребителей Су-27, Су-30 и Су-35. При этом изделие можно устанавливать на любой из трех типов самолетов без доработки планера.
Планируется улучшение технических характеристик двигателя по сравнению с предшественниками, причем в нем будут задействованы узлы, уже задействованные в предыдущих моделях.
Унификация двигателей для истребителей разных типов является положительным фактором с точки зрения экономики их производства. При этом станет дешевле и проще обслуживать эту технику в частях.
И когда создадут первый прототип нового двигателя, будет интересно узнать его технические характеристики, в том числе и развиваемую тягу.
Какую силу развивают двигатели самолета при разгоне перед взлетом, если длина разбега 500м взлетная скорость 40 м / с масса самолета 17 т а сила сопротивления движению 4400 Н?
Какую силу развивают двигатели самолета при разгоне перед взлетом, если длина разбега 500м взлетная скорость 40 м / с масса самолета 17 т а сила сопротивления движению 4400 Н.
a = V² / (2 * S) = 40² / (2 * 500) = 1, 6 м / c²
По 2 закону Ньютона :
F(дв) = ma + F(сопр) = 17000 * 1, 6 + 4400 = 31, 6 кН.
Какой должна быть ллина взлетной полосы, если известно, что самолет лля взлета должен приобрести скорость 240км / ч, а время разгона самолета ровна примерно 30с?
Какой должна быть ллина взлетной полосы, если известно, что самолет лля взлета должен приобрести скорость 240км / ч, а время разгона самолета ровна примерно 30с.
! сРОчнооо?
Самолет массой 5 т для взлета должен приобрести скорость 360 км / ч.
Какой должна быть мощность двигателя самолета в конце разгона, если длина разгона 1800м.
Считайте движение самолета по взлетной полосе равноускоренным ; сила сопративления движению равна 0.
Решить задачу : Найти силу тяги двигателя самолета массой 20 тонн, если в конце взлетной полосы длиной 500 м он имеет при разгоне скорость 180 км / час?
Решить задачу : Найти силу тяги двигателя самолета массой 20 тонн, если в конце взлетной полосы длиной 500 м он имеет при разгоне скорость 180 км / час.
Сила сопротивления 10 000 Н.
С каким ускорение двигался при разбеге реактивный самолет массой 50 тонн, если сила тяги двигателей 80 кН?
С каким ускорение двигался при разбеге реактивный самолет массой 50 тонн, если сила тяги двигателей 80 кН?
Cамолет массой 5 т для взлета должен иметь скорость 540 км / ч и длину разбега 600 м Какой должна быть мощность двигателя самолета Считать что во время разгона самолет двигался равноускоренно а коэффи?
Cамолет массой 5 т для взлета должен иметь скорость 540 км / ч и длину разбега 600 м Какой должна быть мощность двигателя самолета Считать что во время разгона самолет двигался равноускоренно а коэффициент сопротивления был равен 0, 2.
Самолет при взлете в конце взлетной полосы длиной 1км приобретает скорость 250 км / ч?
Самолет при взлете в конце взлетной полосы длиной 1км приобретает скорость 250 км / ч.
Найти время разгона и ускорение самолета при взлете.
Токо плиз развернуто.
С каким цскорением двигался при разбеге реактивный самолет массой 50т если сила тяги двигателя 80кН?
С каким цскорением двигался при разбеге реактивный самолет массой 50т если сила тяги двигателя 80кН.
С каким ускорением двигался при разбеге самолет массой 60т если сила действия тяги двигателей 90кн?
С каким ускорением двигался при разбеге самолет массой 60т если сила действия тяги двигателей 90кн.
Силой сопротивления принебреч.
С каким ускорением двигался при разбеге реактивный самолет массой 50т?
С каким ускорением двигался при разбеге реактивный самолет массой 50т?
Сила тяги двигателя 80kH.
1 / полезная работа связана с изменением потенциальной энергии и равнаmgh. Совершенная работа равна Fh КПД mgh / Fh * 100% = mg / F * 100% = 120 * 10 / 1300 * 100% = 92% это в идеале, нужно устройство для подъема. Если подъем осуществлять с использ..
V = v0 + at v0 = 0 v = at v = 4×3 = 12м / с Ответ 12м / с.
Fa = po * g * V1 = po * g * V / 2 = 1000 * 10 * 2 / 2 = 10000 H (10 кН) = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =.
Физическим телом не является секунда.
Происхождение лошадок: как правильно форсировать атмосферный мотор
Сколько в вашем моторе сил? А какой у него рабочий объем? Если бы все автовладельцы России честно ответили на вопрос, то получилось бы в среднем что-то около 1,6-1,8 литра рабочего объема и 110-120 лошадиных сил. И почти каждый, у кого мощность примерно «средняя», мечтает ее увеличить до… А тут сколько хватает куража и фантазии. Вот в Формуле 1 с такого же объема «снимают» минимум 600 л. с., а Mercedes в прошедшем сезоне говорил об отдаче гибридной силовой установки в 900 л. с. Сколько из них приходится на сам ДВС, не сообщается, но вряд ли меньше 750. А чем вообще отличается форсированный мотор от «обычного», что позволяет ему быть настолько мощнее? В этой части сфокусируемся на атмосферных моторах.
Два слова о мощности
В таком вопросе нельзя без щепотки теории, поэтому позвольте пару слов о природе мощности, чтобы смысл всяких «железных» доработок был понятнее. Подробно на этом вопросе я останавливался в одном из прошлых материалов, а тут лишь обозначу коротко по сути. Мощность для любого двигателя внутреннего сгорания может быть выражена как крутящий момент, умноженный на обороты, с коэффициентом.
Не волнуйтесь, на выходе это все та же работа в единицу времени, просто так куда удобнее оперировать цифрами из технических характеристик машины.
Поэтому очевидно: для увеличения мощности нужно увеличивать крутящий момент и обороты. Ну или один из этих параметров.
На словах задача выглядит просто. Казалось бы, какая разница, 5 тысяч оборотов или 8? На практике зависимость нагрузок на цилиндропоршневую группу от оборотов – квадратичная. Если по-простому, то безоглядно поднимать рабочие обороты нельзя – мотор быстро получит необратимые механические повреждения. Поэтому нужно либо «затачивать» мотор под высокие обороты, либо все-таки идти путем увеличения крутящего момента.
На фото: Koenigsegg Regera, мощность: 1 100 л.с., максимальный крутящий момент: 1 280 Н*м при 4 100 об/мин
Чуть о природе крутящего момента
С ним тоже не так все просто. При поднятии момента нагрузка на поршневую группу растет уже не квадратично, а линейно, но увеличивается нагрузка иначе. Сильнее нагружаются коленчатый вал, шатуны, поршневые пальцы и сам блок цилиндров.
Ну хорошо, будем увеличивать момент осторожно. А что для этого надо сделать? «Вогнать» в мотор больше воздуха для окисления большего количества топлива. Как известно, для сжигания одного килограмма бензина нужно 14,7-15 килограммов воздуха. В пересчете на литры это выглядит куда внушительнее: 1,4 литра бензина против 12 кубометров, или же 12 тысяч литров воздуха. Поэтому-то, как вы понимаете, не так сложно подать в мотор нужное количество бензина, как обеспечить его воздухом.
Поэтому крутящий момент будет зависеть от количества воздуха, подаваемого в цилиндр за такт, а мощность – от того, сколько мотор может переварить в единицу времени.
Выводы напрашиваются сами собой: для форсировки нужно либо увеличивать рабочий объем, либо применить наддув!
Крутящий момент и объем
Так уж получилось, что в отношении почти любого атмосферного двигателя действует эмпирическое правило: 85-100 ньютон-метров приходятся на 1 литр рабочего объема. Моторчик объемом 1,6 литра будет иметь 140-160 Нм, двухлитровый – 180-200. Это фактический предел.
Правило это довольно универсальное и применимое к моторам как давним, так и совсем новым. Мощным и совсем слабеньким. Разве что совсем старые моторы отклоняются от него. Вот МеМЗ-968, мотор от Запорожца, его рабочий объем 1,2 литра, момент – 80 Нм. Но при этом ВАЗ-2101 – те же 1,2 литра, но уже 87 Нм. И это старые карбюраторные двигатели с совершенно ужасными по современным меркам характеристиками системы питания и зажигания!
У современного моторчика Skoda Fabia 1,2 выдает уже 112 Нм. Тойотовский 1ZZ-FE на 1,8 литра объема выдает 171 Нм, а куда более мощный 2ZZ-GE – всего 180 Нм. Мерседесовский М111 2,3 литра выдает 220 Нм, а куда более новый и мощный М272 3,0 – ровно 300 Нм. Экстремально форсированный Honda K20A 2,0 имеет момент 215 Нм – чуть лучше «среднего». Ну и так далее.
Кстати, даже формульные атмосферные моторы 2,4 имели момент в пределах 260 Нм. При оборотах за 18 тысяч этого хватало для получения очень высокой мощности.
Причина столь малого разброса в «форсировании по моменту» именно в том, что он зависит от степени наполнения, площади поршня и хода поршня. Степень наполнения ограничена атмосферным давлением и еще немного можно выжать за счет хорошо проработанной системы впуска. Поэтому сильно поднять крутящий момент без увеличения рабочего объема не только нельзя, этого попросту не нужно.
Вот моторы с турбонаддувом делают, что хотят. Хотите 250 Нм с мотора 1,4? Пожалуйста, двигатель 1,4 TSI EA111 на Skoda Octavia это может. На Fabia RS тот же мотор мощнее, но момент такой же. А на Мерседесах мотор M274 2,0 DE20 AL может иметь как 350 Нм, так и 370. В общем, любые варианты возможны. Турбина наддует столько, сколько выдержит механическая часть мотора.
На фото: двигатель M274, мощность: 245 л.с., крутящий момент: 370 Н*м при 1 300-4 000 об/мин
Главный вывод, который нужно сделать: без наддува нет момента. Даже самые серьезные изменения дадут лишь небольшой прирост. И то в основном на высоких оборотах.
Про форсировку турбомоторов я подробно расскажу в следующей статье. Но если вы противник турбин и все же решились «допилить» свой атмосферный мотор, двинемся дальше. Что такого происходит с мотором, что с атмосферного 1,6 какой-нибудь Fiesta получают 180-220 лошадиных сил без всякого наддува, а мощность скромных двухлитровых с турбонаддувом переваливает за 400 или даже 800 сил? И что придется поменять в вашем совершенно обычном двигателе, чтобы он выдавал хотя бы 180-200 «лошадей»? Глобально вроде бы все понятно: либо «дуть» во имя момента, либо «крутить» во имя оборотов. А что придется менять в конструкции для достижения фантастических результатов?
Работы по «железу»
Даже если мотор остается атмосферным, хлопот немало. Увеличение рабочих оборотов – дело сложное и затратное. В первую очередь заботятся о том, чтобы поршневая группа вообще выдержала нагрузки. Улучшения идут в двух направлениях: увеличивают прочность и вместе с тем снижают массу поршневой группы.
Нам необходимы: кованый коленчатый вал, кованые Н-образные шатуны, Т-образные поршни пониженной высоты, особо прочные болты шатунов. Ну а более производительный маслонасос позволит снизить потери и обеспечить приемлемую прочность. У особенно форсированных двигателей для гонок поршень может остаться всего с двумя поршневыми кольцами для снижения массы, а для снижения потерь на трение их делают минимальной толщины.
Если в ваших планах – обороты свыше 10 тысяч в минуту, шатуны придется делать из титановых сплавов, хотя это не самый лучший материал для деталей двигателя. Несмотря на высокую прочность, его сплавы слишком пластичны, а в ДВС точность изготовления идет на микроны. Очень высокая нагрузка приходится на нижнюю головку шатуна, и потому требования к их шпилькам или болтам очень высоки, и тюнинговые детали стоят крайне дорого именно по этой причине.
Конечно, новой поршневой группой изменения не ограничиваются. Требования к механизму ГРМ тоже растут. С ростом оборотов должна возрастать упругость клапанных пружин, чтобы они успевали возвращать тарелки в закрытое положение. Тут нужно снижать массу клапанов, а заодно и их возможности по теплоотдаче. К тому же с более агрессивными распределительными валами скорость открытия и закрытия клапанов увеличивается, и растет нагрузка на все компоненты механизма. В общем, клапаны обычно заменяют на облегченные и особо прочные. Титановые детали изредка применяют и тут, но чаще в ход идут высокопрочная сталь и металлокерамика.
Ну а дальше вопрос в настройке резонансных явлений на впуске и выпуске мотора с помощью впускного коллектора, выпуска и распредвалов. Разумеется, расширяют «узкие места» в виде дросселя, а то и переходят на многодроссельный впуск, с отдельной заслонкой для каждого цилиндра.
Если действовать по уму, то оптимизации обычно требует также форма каналов в ГБЦ и остальных местах впускного тракта. Для этого мотор «продувают» и ищут точки потери давления – места с повышенным сопротивлением течению воздуха. Процессы доработки впуска на практике ничуть не проще доработки поршневой группы мотора, а при «легком» тюнинге и вовсе съедают основную долю бюджета доработок.
Вот, например, мотор Opel C20XE. Двигатель дорабатывался специалистами Lotus и является типичным примером «двигателя для омологации» – мотора, изначально подготовленного к переделкам самим производителем. Не зря его использовали в WTCC команды Opel, а затем Chevrolet и Lada добрых полтора десятка лет. Его конструкция неплохо переносит форсирование, и потому список необходимых изменений выглядит достаточно скромным.
С мотором изначально менее «прочным» бюджет был бы выше, причем в разы. Стоковый C20XE имеет объем 2,0 литра и мощность 150 л. с. Английские компании набрали большой опыт по подготовке этого двигателя к различным гонкам и существуют так называемые «киты», которые можно купить и установить на свой мотор. Разумеется, двигатель должен быть идеально собран и не иметь значительного износа. Для примера воспользуемся продуктами компании Qedmotorsport.
Любой комплект доработок включает в себя впускной коллектор с индивидуальными дросселями на каждый цилиндр диаметром 45 мм, новый регулятор давления топлива, топливную рампу, новую систему управления двигателем (ECU), двухступенчатый ограничитель максимальных оборотов и поставляется в сборе с комплектом проводки. Система омологирована для применения в автоспорте.
Минимальный уровень доработок гарантирует мощность 190-200 л. с. при установке распределительных валов с большой высотой кулачков и более крепких болтов шатунов. Цена такого комплекта – 1 800 фунтов. Небюджетно, зато все рассчитано не в гараже на коленке, а профессионалами.
Хотите больше? Набор доработок C20XE до 210 л. с. включает в себя замену поршней для работы на более высоких оборотах, разрезные шестерни ГРМ для тонкой настройки фаз и еще более «агрессивные» распределительные валы. Цена такого комплекта уже 2 300 фунтов.
Для получения еще 10 л.с. сверху, с пределом мощности 215-220 л.с., комплект получает новые распредвалы, предназначенные для работы без гидрокомпенсаторов, новые толкатели, новые клапанные пружины. Цена такого комплекта уже 2 550 фунтов.
Топовый комплект, с максимальной мощностью до 245 л.с., включает в себя тот же набор, что и предыдущий, но настроенный на более высокие обороты и нагрузку. Цена – 2 750 фунтов. Готовый же двигатель с сертификатом стенда на 240-260 л.с. имеет цену порядка 3 500-5 000 фунтов, в зависимости от производителя.
Максимальный уровень мощности, который имели заводские гоночные команды с таким мотором, – порядка 280-320 лошадиных сил при неограниченном бюджете.
Другой пример – очень популярный на раллийных Fiesta и Focus мотор 2,0 Duratec. Те же 2 литра и 150 л.с., но более современная конструкция. Для примера возьмем английские доработки Omex Technology Systems.
Мотор с комплектом доработок до мощности в 180 л.с. стоит 5 995 фунтов без учета налога с продаж. В комплект входит новый впускной коллектор с индивидуальными впускными патрубками и дроссельными заслонками, система управления, «злые» распределительные валы, усиленные болты шатунов и выпускная система. Максимальные обороты – 7 800 в минуту, максимальная мощность достигается при 6 500.
Мотор с комплектом доработок до 200 л. с. включает в себя уже доработки ГБЦ и камер сгорания. Цена такого мотора – 6 895 фунтов без учета налогов. Максимальная мощность достигается при 7 000 оборотов.
Максимальный уровень доработки до мощности 260 сил – это кованые поршни для высочайших нагрузок, Н-образные кованые шатуны, более эластичные пружины клапанов и комплект облегчения ГРМ, более производительные форсунки и другие доработки. Максимальные обороты 8 700, максимальная мощность при 8 500 оборотах. Цена такого двигателя уже 11 595 фунтов.
В общем, как видите, правильный «атмосферный тюнинг» – это довольно дорого, сложно, а отдача на выходе не то чтобы ошеломляющая.
Эффект
Даже при небольшом увеличении максимальных оборотов можно существенно прибавить в мощности, если уменьшить падение крутящего момента или даже чуть увеличить его на максимальной скорости вращения.
При сохранении величины крутящего момента за счет его переноса в зону более высоких оборотов можно получить рост мощности на 30-40%. Фактически именно перестройка впуска является залогом высокой мощности атмосферного двигателя, а ограничением здесь выступают возможности поршневой группы.
Предел конструкции
Чем выше степень форсирования атмосферного мотора, тем больше усилий нужно прилагать. Обороты до 7 тысяч не требуют особых усилий, если максимум стокового мотора был на уровне 6 тысяч.
Каждая тысяча оборотов сверх дается дорогой ценой. Все элементы должны становиться легче и прочнее, а это не просто сложно, а очень сложно сочетать. Уже 10 тысяч оборотов для стандартной поршневой группы типичного «квадратного» мотора – недостижимая мечта. Большая часть сильно форсированных двигателей ограничивается оборотами 8 500-9 000 в минуту. Конструкции с особо коротким ходом поршня могут попытаться получить и более высокие обороты. Скажем, малоразмерные мотоциклетные моторы вполне неплохо себя чувствуют на оборотах за 13 тысяч, но форсировать до такой степени «гражданский» автомобильный мотор нереально.
Все ухищрения бесполезны, потери в поршневой группе возрастают слишком быстро. И даже серьезные переделки механизма ГРМ для повышения КПД уже не помогут, хотя для мотоциклетных и гоночных короткоходных есть еще пути. Скажем, есть такая штука как десмодромный клапанный механизм, где не используются пружины – они выдерживают экстремально высокие обороты. Но это дорого и неоправданно – сейчас такой механизм используют только на мотоциклах Ducati, и в основном ради имиджа. А на машинах формулы использовали «пневмопружины» клапанов, позволяющие «играть» упругостью в широких пределах.
Словом, еще раз повторю уже сказанное выше. Серьезно поднять мощность мотора без применения того или иного наддува невозможно. О «наддувном тюнинге» я расскажу во второй части рассказа о форсировке.