質問:
タービンエンジンが巻き上がるのになぜそんなに時間がかかるのですか?
ptgflyer
2014-01-14 22:00:17 UTC
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ピストンエンジンは1〜2秒以内にフルrpmに達しますが、タービンははるかに長くかかります。なぜですか?

あなたの質問から、あなたが正確に何を意味するのかは不明です。エンジンを始動する時間、またはすでに実行中のエンジンのRPMを上げる時間(アイドル状態からフルパワーなど)を意味しますか?
三 答え:
#1
+41
Radu094
2014-01-15 02:50:22 UTC
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私はエンジニアではないので(これに答えるのに適しているかもしれません)、これはパイロットに供給する単純化されたものによるものです:

ジェットエンジンはスプールアップ(RPMの増加)よりもはるかに長い時間がかかりますピストンエンジン、特に低RPMの場合、出力設定を変更するたびにコンプレッサーがストール/サージ/ブローアップするのを防ぐために必要な圧力比/増加した気流のため。

(簡略化された)ジェットエンジンサイクルには、空気を燃焼室に押し込み、そこで燃焼させた後、後端を吹き飛ばしてタービンを回転させ、コンプレッサーを最初の位置から後方に移動させるコンプレッサー。

「より多くの電力を追加する」(つまり、より多くの燃料を投入する)場合、その余分な燃料がより多くの推力を生成するのに時間がかかり、タービンを加速するのに時間がかかり、コンプレッサーが作成されますより速く回転すると、最終的にはより多くの圧縮空気が燃焼室に運ばれ、ステップ1で注ぎ込んだ余分な燃料がすべて利用されます。

突然電力を追加すると、燃焼室の圧力が上昇します。 「上流」にある(つまり、まだコンプレッサー内にある)空気は前進したくないのです。燃焼室の余分な圧力にはタービンを巻き上げるのに十分な時間がなかったため、圧縮空気を燃焼室に「押し込み」続けるためにコンプレッサーの電力が不足しています。空気が逆流し始め(つまり、燃焼室からコンプレッサーに)、エンジンが急上昇し、すべての地獄が解き放たれます。

したがって、遅れがあります(最近の電子的には、パイロットはトラストレバーを好きなだけ速く床に置くことができます)エンジンが低RPMの場合、FADECはほんの少しの余分な燃料を追加し、空気の流れが安定するのを待ってから、もう少し追加します。

下のグラフがこれを説明しているのではないかと思います。 RPMを変更するたびに、圧力比が増加し(つまり、グラフを上に移動し)、次に空気質量流量が増加するまで少し待ちます(つまり、右に移動します)。圧力比を上げすぎると、質量流量が伴わずに(慣性のために時間がかかります)、サージラインに入ります。

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同様のこと穏やかなものではありますが、スプールダウンで発生します。

これを、より多くの空気/ガス混合物をシリンダーに入れるピストンエンジンと比較すると、大きな衝撃が発生し、ピストンがより速く加速します。次のピストンサイクルでは、理論的に最大出力を得ることができます。

そしてターボプロップエンジンは中立的な立場を取ります。タービンは常に100%RPMであり、スロットル入力に応じて、プロペラはピッチを変更して100%に保ちます。プロップブレードのピッチは非常に速く変化します-移動する距離が短くなるほど質量が小さくなります。推力はすぐに始まります。
@radarbob:ターボプロップエンジンには低圧タービンにプロペラが取り付けられており、高圧タービンにコンプレッサーが取り付けられているため、それほど単純ではありません。したがって、高圧タービンはまだ巻き上げなければなりません。幸いなことに、タービンは独立していますが、プロペラピッチを介して低圧タービンを高回転に保つと圧力が変化するため、高圧タービンも高回転を維持します。そして、高圧タービンは一般的に常により高いrpmで動作します。
ピストンエンジンの出力もRPMによって制限されることに注意してください。これは、1サイクルで大量の空気しか取り入れることができず、大量の燃料を燃焼させるためです。スロットルダウンとスロットル全開の間のマージンだけがはるかに大きくなります。
@JanHudec,コメントの資格が不足している可能性があります。私が飛んだ航空機では、プロペラのピッチの変化、つまり推力は事実上即座でした。タービンは100%で作動し、支柱は100%rpmを維持するように制御されました。エンジンの部品が異なっていた場合、それは手順、制限、またはゲージでは確かに明らかではありませんでした。
@radarbob:タービンは高圧段階を意味する必要があります。高回転でのパワータービンの抵抗は低いと思いますが、パワーが低いと高圧タービンを100%程度で運転し続けることができます。
@JanHudec,唯一のタービンインジケータは、タービン入口温度ゲージでした-バーナー缶のすぐ後ろのタービンセクションに入る温度。エンジン性能はすべて、100%rpmで制御する支柱に関するものでした。スロットルに触れるたびに、タービンではなく、小道具だと思いました。
#2
+3
Jim W
2017-04-22 00:03:03 UTC
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ここに車の男。

基本的に、これはタービンエンジンがコンプレッサーのチャージに依存して燃焼室からの排気をタービンブレードを通して押し出すためです。燃焼室内の圧力が急激に上昇すると、コンプレッサー側からの流れが押し戻され、エンジンが停止し、コンプレッサーブレードが損傷する可能性があります。

ピストンエンジンでは、動力は(ほとんど)異なるストロークで作られます。パワーストローク中に圧力を急激に上げても、そのシリンダーの吸気バルブはその時点で閉じられるため、吸気チャージを押し戻すことはありません。

また、ピストンサイクルの早い段階で燃料/空気のチャージが点火されると、エンジンが破壊される可能性があります。 (「ノック」を参照してください。)
#3
+1
Dan
2014-01-14 22:34:22 UTC
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運動量は次の式で与えられます:

$$ \ mathrm {Momentum} = \ mathrm {Mass} \ times \ mathrm {Velocity} $$

行われた作業は次の式で与えられます。

$$ \ mathrm {Work〜done} = \ mathrm {Force} \ times \ mathrm {Distance} $$

完了した仕事はワットで測定され、1秒あたりのジュールとして定義されます。

これを知っていると、より大きな負荷でバッテリーがどのように動作するかがわかります。

ジェットエンジンは質量が大きく、より高速に到達する必要があります。そうするために行われる作業も増加し、より強力なバッテリーがより多くの回転を行います。重要なのは、それは比例して大きいバッテリーではないということです。ジェット機に非常に強力なバッテリーを与えると、行われる作業は膨大になり、非常に短い時間(高ワット数)で多くの力が加えられるため、小道具と同時に起動します。ただし、これは(加熱のために)非常にエネルギー効率が悪いため、より小さなバッテリーを使用して長時間起動するのが最適です。

ダン、私は質問を異なって解釈しました。エンジンを停止してから始動するのにかかる時間ではなく、アイドリングエンジンが巻き上がるのにかかる時間。第一世代のジェットエンジンではスプールアップ時間が長くなり、最新の設計でははるかに速くスプールアップすることを私は知っていますが、その理由の物理学はわかりません。
ああ、まあ同じことが当てはまります。上記と同じ理由で、2つの速度間の角運動量の変化はジェットエンジンでははるかに大きくなります:)
ダン、これは「JETPOWER」ブログの記事の見出しから見つけました。 「エンジン推力は、3.5の累乗に上げられたエンジン速度にほぼ比例します」。これが正しければ、スラストレバーを完全に前進させてエンジンが巻き上がるまで、アイドリングジェットエンジンの余剰電力がほとんどないことを意味します。回転質量と角運動量がピストンエンジンよりも大きいという上記の正しいコメントと相まって、ジェットがフルパワーに達するまでに時間がかかることは明らかです。
すべてのジェットエンジンとすべてのタービンエンジンの質量がピストンエンジンよりも大きいわけではありません。
スタートアップの時でさえ、これが唯一の、あるいは主な理由ではありません。ピストンエンジンでは、エンジン自体が最初のサイクル内でスピンアップするのに役立ちます。最初のピストンが点火すると、エンジンは非常に速くアイドル速度まで加速します。実際、電動スターターすら必要ありません。それらはより便利なアイテムであり、初期のピストンエンジンにはそれらがありませんでした。電源を入れて支柱を引っ張るだけでピストンエンジンを始動できます。最初のピストンが点火すると、エンジンはそこから残りを取ります。
タービンエンジンでは、状況は大きく異なります。コンプレッサーがすでに比較的高いRPMで稼働し、燃焼が燃焼室内に含まれるようになるまで、燃焼を開始することは安全ではありません。ジェットエンジンには、ピストンエンジンのように密閉された燃焼室がありません。燃焼は、コンプレッサーによって生成される高い空気圧によって抑制されます。その空気圧がまだ存在しない場合(回転していないエンジンには存在しません)、燃焼は抑制されず、エンジンの正面から直接発火します。言うまでもなく、それは悪いことです。
編集:ピストンエンジンに関する部分で、私は本当に「パワー*と燃料*をオンにしてプロペラを引っ張るだけでピストンエンジンを始動できる」と言ったはずです。明らかに、あなたがそれに燃料を与えなければ、それは始まりません。
ああ、タービンエンジンに関する別の問題:彼らは通常、電気スターターをまったく使用していません。それらは外部の高圧空気流(APUまたはすでに稼働しているエンジンまたは始動カートからの抽気)で開始されます。この質問を参照してください:[タービンエンジンはどのように始動しますか?](http:// aviation。 stackexchange.com/questions/1959/how-are-turbine-engines-started?rq=1)。
この質問/回答は古いものですが、仕事はジュール(またはニュートンメートルまたはワット秒)で測定されます。電力はワットで測定されます。人間は100kgの重りを100mの距離で数分で引っ張ることができますが、車は数秒で引っ張ることができます。仕事は同じですが、力が必要な時間を定義します。
この答えはまったく意味がありません。タービンエンジンの実際の特性を使用せずにタービンエンジンの動作を説明しようとするため、正しくない可能性があります。そして、バッテリーと力、仕事、またはタービンエンジンとの関係は何ですか?
ジェットエンジンは、同じ出力のピストンエンジンよりも**質量が小さい**。


このQ&Aは英語から自動的に翻訳されました。オリジナルのコンテンツはstackexchangeで入手できます。これは、配布されているcc by-sa 3.0ライセンスに感謝します。
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