Поршневой самолет против реактивного.

[letbur]

Поршневой самолет против реактивного.

Допустим, 20 век был удивительно мирным. Не было ни одной крупной войны, ни горячей, ни холодной. И создавать реактивные самолеты в военных целях никто не стал. Сможет ли реактивная авиация вытеснить поршневую в таких условиях? И насколько хороши турбореактивные двигатели, по сравнению с поршневыми?

Пока у меня такие размышления. По сути оба типа двигателя отталкиваются от воздуха, и КПД двигателя будет тем выше, чем больше будет масса воздуха, которая ускоряется двигателем. В ТРД она сравнительно небольшая - тяга создается за счет того, что воздух ускоряется за счет нагревания. Есть авиационные двигатели с большой степенью двуконтурности. Они по принципу работы напоминают винтовые - у них большая часть тяги создается вентилятором, который крутится турбиной. Они имеют гораздо больший КПД. Но в любом турбодвигатель будет при той же механической мощности потреблять больше топлива.

Недостаток поршневых двигателей - низкая мощность и низкая скорость полета.

 

Может быть, высокая скорость позволит турбодвигателю достичь большей экономичности за счет того, что самолет меньше времени находится в воздухе? Нет. Мне так не кажется (может коллеги поправят меня). По моим прикидкам, в первом приближении высокая скорость не дает никаких преимуществ.

E=R*S

R=P/k

Где E - количество израсходованной за полет энергии, R - лобовое сопротивление, P - вес самолета, k - аэродинамическое качество.

При том же аэродинамическом качестве и аналогичном весе поршневой самолет должен иметь гораздо большую площадь крыла и лететь с гораздо меньшей скоростью, но при этом расходовать меньше топлива на полет, за счет экономичного поршневого двигателя и эффективного воздушного винта.

 

Скорость поршневого самолета вряд ли будет очень большой. Крейсерская должна составлять около 300-400 км/ч, в несколько раз тихоходнее реактивных... Но так ли важно, за сколько самолет пролетит заданную дистанцию, за 4 или за 10 часов? Если самолет грузовой, то на погрузку-разгрузку уйдет больше времени и тихоходность самолета не создаст больших проблем. А вот возможность взлетать короткой взлетной полосы будет большим плюсом. Если перевозка пассажиров, то согласятся ли платить люди лишние деньги только за чуть-чуть более быстрый полет?

 

Изменено 29 Jan 2016 пользователем letbur

[швамбран]

Преимущество турбореактивного или турбовинтового двигателя перед поршневым в более высокой удельной мощности (в среднем - в 2-2,5 раза). Поэтому с ростом размеров самолёта, что требует соответствующего роста мощности силовой установки, ДВС становится невыгоден, и если взлётная масса самолёта превышает 20-30 тонн предпочтительней будет оснащать его турбовинтовыми или турбореактивными моторами.

Изменено 29 Jan 2016 пользователем швамбран

[letbur]

Поэтому с ростом размеров самолёта, что требует соответствующего роста мощности силовой установки, ДВС становится невыгоден,

Вот чесно говоря не понял, почему у маленьких самолетов с прошневым двигателем все хорошо, а у больших - плохо? Что мешает туда поставить большее количество более мощные двигатели с большим числом цилиндров? Да, при 2-3 раза меньшей удельной мощности будет в 2-3 раза меньшая скорость. Но зато топливо экономим.

[Chugayster]

Что мешает туда поставить большее количество более мощные двигатели с большим числом цилиндров?

Например, мешает сложность, громоздкость, дороговизна обслуживания, и нагрузки на крыло/конструкцию от большего количества поршневых двигателей по сравнению с реактивными при той же тяге/мощности.

Подозреваю, что и с т. з. экономичности и прочих затрат реактивный двигатель будет выигрывать.

[Serg]

Скорость поршневого самолета вряд ли будет очень большой. Крейсерская должна составлять около 300-400 км/ч,

Это скорость поезда, а не самолета.

[чукча]

При том же аэродинамическом качестве и аналогичном весе поршневой самолет должен иметь гораздо большую площадь крыла и лететь с гораздо меньшей скоростью, но при этом расходовать меньше топлива на полет, за счет экономичного поршневого двигателя и эффективного воздушного винта.

У нас на Земле плотность атмосферы зависит от высоты. Лайнеры совсем не случайно сразу прут на высоту 10-11 км.

[Tungsten]

По сути оба типа двигателя отталкиваются от воздуха

Нет . Собственно , на этом тему можно и закрыть .

[Tungsten]

Преимущество турбореактивного или турбовинтового двигателя перед поршневым в более высокой удельной мощности

А так же в возможности преодоления звукового барьера . В принципе .

КПД винта падает по мере приближения к скорости звука ( почти до нуля ) , в то время как некоторые реактивные только на сверхзвуке вообще включиться могут , а пик КПД имеют далеко за пару Махов .

[швамбран]

Вот чесно говоря не понял, почему у маленьких самолетов с прошневым двигателем все хорошо, а у больших - плохо?

У газотурбинного двигателя критичный элемент - лопатки. Чем двигатель меньше, тем труднее изготовить их,  лопатки получаются слишком тонкими и недостаточно прочными. Если же лопатки делать толще, то профиль их становится неоптимальным, и двигатель теряет КПД. По этой причине, например, до сих пор не удаётся создать газотурбинный двигатель для автомобиля - он легче ДВС то же мощности, но уступает в экономичности. Поэтому легкомоторная авиация остаётся по преимуществу поршневой.

Изменено 30 Jan 2016 пользователем швамбран

[blacktiger63]

Аж поперхнулся от таких глубоких выводов. Турбину от Смарта или от ракеты крылатой загуглить слабо?  Крайслеров газотурбинных тоже не было? 

[Тунгус]

По этой причине, например, до сих пор не удаётся создать газотурбинный двигатель для автомобиля - он легче ДВС то же мощности, но уступает в экономичности.

Это называется "удаётся, но результат никому не нужен".

https://ru.wikipedia.org/wiki/Газотурбинные_автомобили_Chrysler

[Zenitchik]

Турбину от Смарта или от ракеты крылатой загуглить слабо?

Я тоже знаю маленькие ГТД. Но жрут они - дай боже.

[letbur]

КПД винта падает по мере приближения к скорости звука ( почти до нуля ) , в то время как некоторые реактивные только на сверхзвуке вообще включиться могут , а пик КПД имеют далеко за пару Махов .

Кому кроме военных нужна большая скорость? 300 км/ч поршневой двигатель тянет без особых проблем, а больше никому и не нужно. ИРЛ мирные сверхзвуковые самолеты что-то не очень распространены.

Нет . Собственно , на этом тему можно и закрыть .

В реактивном самолете тяга создается по большей части за счет воздуха, который проходит через двигатель и ускоряется. Топливо вносит лишь небольшой вклад в массу выбрасываемых продуктов (этим самолет отличается от ракеты).

Подозреваю, что и с т. з. экономичности и прочих затрат реактивный двигатель будет выигрывать.

Нужно учитывать, что самые совершенные поршневые двигатели (аналоги тех, что появились ИРЛ в 40-е годы) должны будут конкурировать с первыми несовершенными турбодвигателями. И конкурировать как раз по параметру "экономичность", с которой у первых таких двигателей было все печально.

Это скорость поезда, а не самолета.

А кому надо быстрее?

Изменено 29 Jan 2016 пользователем letbur

[Наполускр]

Не взлетит.

Т.е. взлетит конечно. Но не обгонит. Скорость важна. Вы не летали на конкордах? А я застал. Так вот, оно того стоит. И люди голосовали за это кошельком. При цене ао много раз выше.

Удельная мощность. Экономичность на больших самолетах в тонночасапассажирах или как ана там. Особенно у турбовентиляторных. 

Высота чтоб в разряженном лететь.

Больше скорость больше рейсов.

Меньше двигателей быстрее и дешевле обслуживание

И т.д.

[Serg]

А кому надо быстрее?

Во первых не только быстрее, но и удобней. Во вторых, нужно всем. В третьих, зачем ползающий как муха дорогой самолет когда есть поезд.

Изменено 30 Jan 2016 пользователем Serg

[vashu1]

У нас на Земле плотность атмосферы зависит от высоты. Лайнеры совсем не случайно сразу прут на высоту 10-11 км.

Единственный верный ответ.

E=R*S R=P/k Где E - количество израсходованной за полет энергии, R - лобовое сопротивление, P - вес самолета, k - аэродинамическое качество.

Плотность воздуха на высоте 10 км падает втрое и лобовое сопротивление при прочих равных тоже. Поршневый на такой высоте задыхается и нуждается в затратном по энергии наддуве. Секретные стратегические бомбардировщики зарубленные косными царскими советскими чиновниками помним?

-

Ну и низкая высота = некомфортная для пассажиров постоянная турбулентность и надежность турбовинтового намного выше чем поршневого.

[E.tom]

Далеко ходить не надо, США в средине 40-х в развитии ПД больших мощностей достигли больших успехов, были созданы стратолайнеры такие как Боинг-377,Дуглас DC-6 и Локхид L-049,  но  реактивные авиалайнеры  быстро их вытеснили, когда небольшие пассажирские и грузовые самолеты с ПД про эксплуатировались до конца 20-го века.

Нужно учитывать, что самые совершенные поршневые двигатели (аналоги тех, что появились ИРЛ в 40-е годы) должны будут конкурировать с первыми несовершенными турбодвигателями. И конкурировать как раз по параметру "экономичность", с которой у первых таких двигателей было все печально.

Прирост скорости и высоты полета компенсирует расход топлива, это показали сравнительные испытания и расчеты в средине 40-х между бомбардировщиками с ПД Ту-2 и Ту-10/12 ТРД, полет самолета с ТРД на равные расстояния занимает меньшее время.

Результаты испытаний Ту-12 позволили сделать следующие выводы, имевшие принципиальное значение для дальнейшего развития реактивной бомбардировочной авиации Грамотно спроектированный бомбардировщик с ТРД способен обеспечить необходимую дальность при полетах на больших высотах, а большие по сравнению с поршневыми двигателями часовые расходы топлива у ТРД компенсируются значительно возросшей крейсерской скоростью.

 

Изменено 30 Jan 2016 пользователем E.tom

[Marlagram]

Нужно учитывать, что самые совершенные поршневые двигатели (аналоги тех, что появились ИРЛ в 40-е годы) должны будут конкурировать с первыми несовершенными турбодвигателями. И конкурировать как раз по параметру "экономичность", с которой у первых таких двигателей было все печально.

А ещё - удобство обслуживания. И вот тут - проблема. 96-112 свечей зажигания (на самолёт) вывернуть, проверить зазоры, прочистить... Ведь на форсированных двигателях свечи живут не слишком долго, даже с хитрыми электродами с напылениями. Потом - приводы клапанов, карбюраторы или системы впрыска... Первые ТРД механически значительно проще последних "больших авиагоршков", даже с учётом сотен деталек в автомате топливного регулятора. Да и потом, с появлением механизации компрессора всё не так уж сильно сложнее стало в обслуживании. Вот в производстве - там да...

[letbur]

В третьих, зачем ползающий как муха дорогой самолет когда есть поезд.

Поезда через океаны не ездят. Да и вообще, не везде проложены скоростные железные дороги.

Плотность воздуха на высоте 10 км падает втрое и лобовое сопротивление при прочих равных тоже.

Лобовое сопротивление падает, но и подъемная сила тоже. Они вообще друг с другом связаны параметром "аэродинамическое качество" и оно примерно одинаковое у поршневых и реактивных самолетов.

Прирост скорости и высоты полета компенсирует расход топлива, это показали сравнительные испытания и расчеты в средине 40-х между бомбардировщиками с ПД Ту-2 и Ту-10/12 ТРД, полет самолета с ТРД на равные расстояния занимает меньшее время.

Вот думаю, думаю и не как не пойму, почему. Ведь оба типа самолетов должны совершить одинаковую работу за полет.

[Serg]

Да и вообще, не везде проложены скоростные железные дороги.

Потому-что есть реактивная авиация. Без нее строили бы скоростные дороги. Летать на поршневых самолетах кошмар и тихий ужас. Стюардессы, кстати, появились на самолетах не в последнюю очередь для оказания медицинской помощи страдающим пассажирам.

[Lankaster]

Ещё пожалуй тихоходный самолёт оказывается паки тихоходнее из-за ветрового сноса.

А ещё он больше рискует, что за время полёта изменится погода в аэропорте прилёта. 

И рабское время экипажа тикает.

[чукча]

Лобовое сопротивление падает, но и подъемная сила тоже.

Ну и что?

[vashu1]

Лобовое сопротивление падает, но и подъемная сила тоже. Они вообще друг с другом связаны параметром "аэродинамическое качество" и оно примерно одинаковое у поршневых и реактивных самолетов.

На пальцах - два самолета с одинаковым аэрокачеством и все остальным.

Один летит у земли со скоростью 200 другой на высоте со скоростью 300 - сопротивление одинаково(у того который идет 300 повышение члена в2 компенсируется уменьшением ро) подъемная сила тоже(на самом деле качество меняется от любого изменения параметров, но считаем что остается одинаковым).

Итог - второй тратит в полтора раза меньше топлива на км(надо вычесть затраты топлива на забирание на высоту - они не возвращаются на 100 процентов при планировании, но при дальних перелетах это копейки).

Неправильно - потраченная энергия будет одинаковой поскольку она равна произведению пути на силу сопротивления.

Изменено 31 Jan 2016 пользователем vashu1

[letbur]

Неправильно - потраченная энергия будет одинаковой поскольку она равна произведению пути на силу сопротивления.

Ради этого поста я создавал тему (сам очень удивился, когда посчитал).

 

Ещё пожалуй тихоходный самолёт оказывается паки тихоходнее из-за ветрового сноса.

А если ветер попутный, то наоборот быстроходнее. Можно подобрать маршрут таким образом, чтобы ветер всегда был попутным.

А так выходит, что главная проблема поршневой авиации - это комфорт пассажиров и сложность обслуживания. Надо еще посмотреть как там с дальностью полета.

[Нкоро_]

Можно подобрать маршрут таким образом, чтобы ветер всегда был попутным.

На трансокеанских можно попробовать. А между Москвой и Питером?

 

Надо еще посмотреть как там с дальностью полета.

С дальностью полета в теории все лучше у винтовых машин, но на скоростях типа 300-400км/ч. Но на дальних линиях это превращается в проблему вместо преимущества, потому что сидеть 8 часов в реактивном лайнере, и 20+ поршневом - это совершенно разные вещи. Надо будет выделять место для разминки и сна, как на дирижаблях и летающих лодках конца колониальной эпохи, то есть терять вместимость и повышать цену полета.