質問:
旅客機でプロペラエンジンが珍しいのはなぜですか?
blended
2014-01-16 08:01:09 UTC
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私の航空経験は基本的にゼロですが、ウィキペディアを見ると、 Tu-95 Bearは高い亜音速と極​​端な範囲を提供しているようです。

ターボプロップエンジンだと思いますジェットエンジンよりも燃料効率が高いです。上記のすべてが当てはまる場合、なぜ私たちは商用航空会社のフライトでより多くのロータリーエンジン飛行機を見ることができないのですか?

それは騒音の懸念ですか? TU-95は明らかに「地球上で最も騒々しい軍用機」であることがわかります。

力である推力を質量x加速度に等しくする方法はいくつかあります。ターボジェットは比較的少量の空気を取り、そこから一体を加速します(加速=ノイズ)。ターボファンはより多くの空気をつかみ、加速を少なくします。ターボプロップはさらに大きな空気をつかみ、加速を抑えます。ヘリコプターのローターは、途方もない量の空気をつかみ、それを比較的少ししか加速しません。 747とF-16のエンジンはほぼ同じ量の推力を生成しますが、747(高バイパス)は1時間あたりの燃料消費量が少なく、F-16(低バイパス)の最高速度は高くなります。
三 答え:
#1
+34
voretaq7
2014-01-16 08:52:42 UTC
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まず、いくつかの用語を明確にしましょう。「ロータリー」エンジンとは、以前はかなり一般的だったピストンエンジンの一種である星型エンジンを指していると思います。航空機で。 (最近、対向ピストンエンジンはピストン駆動の航空機で一般的に見られるものです。ロータリーエンジンはさらに別の設計ですが、その使用は第一次世界大戦の終わり頃に消滅しました。 。)


TU-95は実際にはピストン駆動の航空機ではありません。これはターボプロップです。基本的にはジェット機に見られるものと同様のタービンエンジンであり、「ジェットスラスト」を直接生成するのではなく、プロペラを回転させるために装備されているだけです。

効率の観点から、タービンエンジンは通常、対応するピストンエンジンよりも燃料効率が高く、ジェット燃料は航空機用ガソリンよりも密度が高く、精製度が低いため、オペレーターが調達するのに安価です。ターボエンジンはピストンエンジンよりも信頼性が高く、ターボプロップエンジンのメンテナンスも、いくつかの追加コンポーネントを備えたジェットエンジンとほぼ同じです。これは、ジェットおよびプロペラ駆動の航空機を運用する会社にとって有利です。

運用効率と信頼性の違いが、ガソリン式ピストンエンジンが基本的に定期航空便から姿を消した主な理由です。


では、なぜそうしないのですか?もっとターボプロップを見ませんか?実際、適切な場所を見ると、それらがたくさん見られます。

ジェットとターボプロップはさまざまな点で優れています。大まかに単純化すると、ターボプロップは低高度と対気速度でより効率的ですが、ジェットエンジンはより高い高度と対気速度でより効率的です。

その結果、 ATR 72sのようなターボプロップ航空機が短距離の「通勤」サービスに使用されていますが、大陸横断または大洋横断のフライトで長時間使用されています高高度のジェット機でのクルージングが空を支配します。

ほとんどの人が比較的長距離を飛んでいるため、定期航空会社の定期便にはターボプロップよりも比較的多くのジェット機があります。

ノイズもおそらく要因です。ベアのような高速ターボプロップは LOUD エンジンによるものではなく、プロペラによるものです。 TU-95の回転するプロペラの先端は超音速に近づく可能性があり、かなりの騒音が発生します。 TU-95の二重反転プロペラ(推力をより効率的に生成するのに役立ちます)も、より大きなノイズフットプリントに貢献します。 TU-95の場合、これは問題ではありません。これは軍用機であり、航空機には完了の使命があるため、ロシア空軍は人々が不満を言ってもかまいません。これは、いくつかの騒音苦情よりも重要です。ユナイテッド航空が人々の家を出発するケネディからTU-95を運用する場合、騒音の苦情が入り始めたときに、彼らはすぐに機器の選択を再考するだろうと思います。...

また、ジェット機の方が安全であるという一般の誤解により、多くのターボプロップ機がリージョナルジェット機に置き換えられたため、以前よりもはるかに少ない頻度で見られることを付け加えておきます。
機械的に言えば、ターボプロップよりもジェットで壊れることははるかに少なく、ピストンエンジンよりもターボプロップで壊れることは少ないです:-)
まあ、ターボプロップエンジンはジェット機よりも多くの利点があります(特に、一般的に飛行速度が遅い/滑走路の使用量が少ないということです)が、乗客にとっては快適ではなく、(より多くの天候、乱気流で)立ち往生しますなど)そして人々はそれを好きではありません。
私がロータリーエンジンについて言及したとき、私はプロペラを備えた飛行機を意味しました:Dこの完全な説明をありがとう
@Lnafziger,の人々は、イージージェットのような安い旅客機からわかるように、便利さをより安い運賃と交換する用意があります。
実際、ターボプロップエンジンはピストンよりも燃料効率が低いようです(特にディーゼルは、さらにJet-Aを燃焼させる可能性があります)。ただし、軽量でシンプルで信頼性が高くなっています。
@JanHudec-メトリックによって異なります。ピストンエンジンは、1時間あたりのガロン数または1ガロンあたりのマイル数の点でより効率的ですが、乗客マイルの点では、ターボプロップエンジンは、エンジンがより大きな航空機を一緒に運ぶことができるという理由だけでより効率的です。
@JonStory:いいえ、キログラムあたりのジュールについて考えています([BSFC](http://en.wikipedia.org/wiki/Brake_specific_fuel_consumption#Examples_of_values_of_BSFC_for_shaft_engines)(わかりました、逆に、ジュールあたりのキログラムは実際には重要ではありません))。同じサイズの航空機のみを運搬できる同等のシャフト出力のエンジンを比較しています。異なる出力のエンジンを比較するのは明らかにばかげています。
ロータリーエンジンのもう1つの可能な定義は、[Wankel](http://en.wikipedia.org/wiki/Wankel_engine)です。
質問を読んだとき、彼は[これらのロータリーエンジン](http://en.wikipedia.org/wiki/Wankel_engine)について話していると思いました。
@Lnafziger-翼のナセルマウントのターボプロップエンジンが同じ構成のターボファンよりも大幅に安全性が低い状況が1つあります。ブレードアウト。プロペラブレードが*ちょうど*間違った時間にプロペラハブから分離された場合、その勢いが飛行機の胴体を完全に通過する可能性があります。例:http://aviation-safety.net/database/record.php?id = 19690803-1最新のターボファンエンジンハウジングは、壊れたブレードを含むように特別に設計されています。
ノイズについて:https://www.youtube.com/watch?v = q-2dfEc70gU
@JanHudecは正しいです。ディーゼルピストンエンジンは、巡航時と比較しても、圧縮比が高いため、ターボシャフトよりも優れています。しかし、個人的には、燃料消費率(kg / s)あたりの供給トルク(ニュートンメートル)の観点から考える方が直感的です。これは、ジュール/ kgと同じように毎秒平方メートルになります。残念ながら、これはピストンプロップとターボプロップにのみ有効であり、どの種類のジェットにも適していません。これには、燃料消費量あたりの推力(N /(kg / s))= m / sが必要です。これには、出力だけでなく、プロペラエンジンの推力も取得する必要があります。
@KeithS:一方、_フルローターディスク_がターボファンに吹き付けられた場合、エンジンカウリングでさえそれを止めることはできず、ターボプロップでプロペラ全体がバラバラになることで起こりうるよりもはるかに悪い損傷を与える可能性があります。
民間航空機ではなく軍用航空機であるTu-95に関しては、その乗客用のバリエーションである[Tu-114](https://en.wikipedia.org/wiki/Tupolev_Tu-114)がありました。しかし、ユナイテッドの艦隊の一部を形成したことはなく、JFKに出入りしたことがあるかどうかはわかりません。
「タービンエンジンは通常、ピストンエンジンよりも燃料効率が高い」という誤った記述に反対票を投じる
#2
+33
Peter Kämpf
2014-12-08 03:50:16 UTC
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ここで回答を読むと、いくつかの事実を議論に入れることができます。

  1. ピストンエンジンは最も燃料効率の高い航空エンジンです。それらの欠点は、速度に対して一定の出力であるため、推力は速度に反比例します。これは離陸時の加速に役立ちますが、最高速度を制限します。最新のピストンエンジンは、240gの燃料を使用して1時間で1kWの電力を供給します:240g / kW-h。ディーゼルエンジンはわずか220g / kW-hを使用します。この数値は、80年前に稼働した最初の航空ディーゼルエンジンの1つである古い Jumo 205にも当てはまります。
  2. ターボプロップエンジンが次にあり、その出力は速度より少し高くなります。ラム圧による(マッハ0.8でエンジンの内圧が約30%上昇します)。それらの電力固有の消費量は約300g / kW-hです。
  3. ジェットエンジンは両方よりも効率が低くなりますが、高速で高速飛行には適しています。それらの推力は速度とともにさらに低下するので、消費を表現するためのより良い基礎は、電力ではなく推力です。最新のジェットエンジン( GE-90)の一般的な燃料消費量は、静止状態での走行時の1時間(30 g / Nh)での推力ニュートンあたり30グラムの燃料であり、マッハでの巡航時の2倍です。 0.8。最新のミリタリージェットエンジンは離陸時に80g / N-hを達成し、速度に対してほぼ一定の推力と特定の消費量を持っています。
  4. ol>

    すべての場合において、推力は大量の空気を後方に加速することによって生成されます。推進効率$ \ eta $の一般式は$$ \ eta = \ frac {v _ {\ infty}} {v _ {\ infty} + \ frac {\ Delta v} {2}}、$$です。ここで$ \ Delta v $は、その加速による空気の質量の速度増加です。この式は、大きな空気の質量を小さな質量よりも少しだけ加速する方が良いことを示しています。プロペラはこれを行い、そのため最高の効率を提供します。ターボプロップエンジンは、効率は劣りますが、電力を生成するために軽量のガスタービンを使用しますが、効率的なプロペラは保持します。民間のターボファンは、バイパス比を上げることで空気の量を増やしようとします。超音速で最適な選択肢であるため、バイパス比が1未満の最も効率の悪いタイプを使用しているのは軍隊だけです。

    以下に、バイパス比に対するさまざまなエンジンタイプの巡航状態での推力固有の燃料消費量のプロットを示します。逆の関係は簡単にわかります。

    Plot of thrust specific fuel consumption over bypass ratio

    1時間あたりの推力1ポンドあたりの燃料のポンド数で表した推力固有の燃料消費量のプロットバイパス比の対数を超えるエンジン(写真ソース)。

    ピストンエンジンとターボファンエンジンの比較を可能にするために、離陸時の燃料消費量を比較してみましょう。プロペラの静的推力の式は次のとおりです$$ T_0 = \ sqrt [\ Large {3} \;] {P ^ 2 \ cdot \ eta_ {Prop} ^ 2 \ cdot \ pi \ cdot d_P ^ 2 \ cdot \ rho }、$$ここで、$ P $はシャフトの出力、$ d_p $はプロペラの直径、$ \ rho $は空気の密度です。この例では、直径3.4 mの4枚羽根の支柱と、1111kWの出力のエンジンを使用します。標準大気条件と85%の支柱効率を想定した場合、その静的推力は10.727kNです。燃料の流れは1時間あたり266.6kgで、推力に対してこれは24.8 g / N-hであり、最新のターボファンの80%にすぎません。

    慣れないメートル法を使って難読化したので、愛好家でさえ私が使用した飛行機を推測できるのではないかと思います。高速飛行用に最適化されていないと誰もが主張しないと思います。したがって、この比較は、利用できるデータが少ないTu-95にも当てはまるはずです。

    ただし、プロペラはすべての航空機にジェットよりもゆっくりと飛ぶ。プロペラの先端が超音速で回転すると、効率タンクが増えるため、巡航マッハを0.6未満に保つのが最善です。しかし、商業交通は経済的に可能な限り速く飛行することを望んでおり、ターボファンではこの制限に達するのはマッハ0.85付近だけです。より速い航空機は同時により多くの足を飛ばし、より多くの人々を運び、より多くの収入を得るでしょう。また、より高速な接続を提供することで、1ページの予約システムに表示され、航空会社のほぼすべての利益を占めるビジネス旅行者に人気があります。 そのため、民間の交通にはターボプロップ機があまり見られなくなりました。

不思議なことに、なぜ$ v_0 $や$ v_i $のような記号の代わりに$ v_ \ infty $のような記号を使用しているのですか?無限はどこから来るのですか?また、ピストンエンジンとターボプロップエンジンは**異なる燃料を使用**しているので、誰かがこれらの効率に比エネルギー(MJ / kg)を掛けて、違いがあるかどうかを確認したいと思うかもしれません。実は、Avgasの比エネルギーは約43.5 MJ / kgで、jet-A1は43.15であるため、ほとんど違いはありません。
@DrZ214無限大は、この対気速度が、航空機またはプロペラの圧力場の影響を受けていない乱されていない空気に対するものであることを示す必要があります。理論的には、この条件が真になるのは無限大だけです。
効率が信頼/燃料の重量であることを意味する良い答えです。ターボジェットと高速なので、燃料のマイル/重量を測定するとどのように比較されますか?
@jean:速度の違いは、違いを生むほど大きくはありません。プロペラエンジンは、1マイルあたりのガロンベースでもさらに効率的です。もちろん、この結論に達するには、同じ技術標準を比較する必要があります。
#3
  0
Falk
2014-01-16 09:31:44 UTC
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ノイズは問題ではないはずです。現代のターボプロップ駆動の航空機は、ジェットエンジンによって駆動される同様の航空機と比較してさらに静かです。いつものように、経済がすべてです。

利用可能なエンジンの種類について話しましょう。 (経験豊富な飛行士の皆さん、私はそれを非常にシンプルに保つので、100%正しくない場合もあります。これが気に入らない場合は、この段落をスキップしてください。エンジンタイプの萌えの詳細が必要な場合は、お気軽にご質問ください)ピストンエンジンは最も初期のエンジンであり、今でも最も一般的または軽量のスポーツ航空機です。それらをあなたの車のエンジンと比較することができますが、あなたの車輪を駆動するギアボックスを駆動する代わりに、それらはプロペラを駆動します(時にはギアボックスを介して)。過去のように、旅客機に動力を供給するのに十分な強度のピストンエンジンは、ジェットエンジンと競争するのに十分な効率を発揮するには、燃料とオイルを大量に消費します。 ジェットエンジンにはさまざまな種類があります。古典的なジェットエンジンは、ファンで空気中に吸い込み、コンプレッサーで絞り、燃焼室で強打します。ノズルの前のタービンがこのエネルギーの一部を使用してファンとコンプレッサーを駆動している間、それを吹き飛ばします-この4つの単語を覚えておいてください、そしてあなたはそれがどのように機能するかを常に知っています;)この単純な種類のジェットエンジンは初期のジェット駆動の旅客機に使用されていましたが、最近では軍用ジェットでしか見られません。現代の旅客機も同じ原理を使用していますが、エンジンにははるかに大きなファンターボファンエンジンが搭載されています。空気の大部分は、エンジンの「コア」の周りをバイパスされます。この空気は推力の半分以上を供給します。ターボプロップエンジンもあります。ファンをプロペラと交換するだけです。そして最後に、すべてのジェットエンジンの動力がプロペラを駆動するために使用され、排気ガスが前方エネルギーを供給しないターボシャフトエンジン。

このノイズはどこから来るのですか?簡単に言うと、速度の違いはノイズを発生させると言えます。ジェットエンジンは、エンジンを通過する空気と自由空気の流れの速度に大きな差があるため、ノイズが多くなります。ターボファンエンジンの冷気の流れは遅いので、排気時の速度差が少なく、騒音も少なくなります。プロペラエンジンの騒音は、主にプロペラの速度に依存します。プロペラブレードの先端は明らかにファスト可動部品です。それらの設計では、推力を供給するために亜音速のままである必要がありますが、ターボファンエンジンのプロペラ速度とファンの速度は、騒音放出を減らすためにますます低下しています。

経済的なエンジンは完全であるだけではありません。だけでなく、強力で燃料効率も良いです。あなたは正しいターボプロップエンジンが一般的に最も燃料効率の良いエンジンですが、乗客としてロンドンからニューヨークに行くために飛行機に10時間座ってみたいですか?飛行時間はお金がかかるので、私は好きではなく、ほとんどの旅客機もそのような飛行機を好きではありません。ターボプロップ航空機は、速度の違いが飛行時間にそれほど大きな違いをもたらさない短距離で最も効率的です。

ターボプロップエンジンのもう1つの問題は乗客です。プロペラを見て、これまでで最も古い飛行機の1つに座っていると思う人はたくさんいます。彼らはジェットエンジン、低翼機のデザイン、そして7歳の子供が描いた「現代の」旅客機にあるすべてのものを信頼しています。

これらすべてが本当に基本的であることを考慮して、あなたが答えを見つけてくれることを願っています簡素化された知識。

「アーボプロップエンジンは一般的に最も燃料効率の良いエンジンですが、乗客としてロンドンからニューヨークまで飛行機で10時間座ってみたいですか?」とおっしゃっています。 、旅客機と同じ速度のため、Tu-95について言及しました
さて、まっすぐで水平な飛行でこの速度でこのような航空機を加速して維持するために何が必要かを推測してください。あなたはたくさんの力を必要とします。これらのNK-12エンジンは、この量の出力を提供できますが、燃料効率の点では、最新のジェットエンジンに匹敵するものではありません。将来的には、より長いルートでもプロペラ駆動の航空機が増える可能性がありますが、これらの航空機はまだ開発されていません。また、自由空気流におけるターボファンとプロペラの間のある種のハイブリッドが検討されています。このリンクを参照してください:http://en.wikipedia.org/wiki/Propfan
興味深いことに、1980年代後半、GEは非ダクトファン(UDF)として知られる高効率設計に取り組みました。これは既存のターボファンコアに基づいていましたが、エンジンの外周を形成するリングに取り付けられた一連の短い湾曲したブレードがありました。本質的に、ファンはエンジンの外側にありました。彼らは燃料消費量を約30%削減しましたが、騒音の問題に悩まされていました。ボーイングは、737に代わる新しいナローボディ航空機設計(7J7)でこれらのエンジンを使用することに関心を持っていました。燃料価格の低下と開発コストの高さにより、プロジェクトはキャンセルされました。


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