Что такое часовой расход топлива?

С момента создания первого самолета и по сегодняшний день, было сконструировано и воссоздано не менее десяти тысяч различных моделей авиалайнеров, будь то военной или гражданской авиации. Постоянно возникающие вопросы и прогрессивные усовершенствования воплощаются в новые изящные конструкции и образцы, которые уже через несколько лет занимают свою нишу в современном воздушном флоте.

Одна из наиболее важных задач авиастроения – расход топлива самолета, ведь чем он выше – тем нерентабельнее машина, что прямо противоположно любому рыночному прогрессу. Так что же такое расход топлива авиалайнера, и какой он у разных самолетов?

В текущий момент существует три технических показателя данного параметра самолета:

1. Часовой расход топлива;
2. Километровый расход топлива;
3. Удельный расход топлива.

Удельный расход топлива ДВС

Удельный расход топлива двигателя внутреннего сгорания, выдающего мощность через вращение, обычно выражается в граммах на 1 кВт·ч. Цифра показывает, сколько граммов топлива будет израсходовано двигателем за 1 час для выполнения работы, на которую нужно потратить 1 кВт мощности. Эта цифра не имеет единого значения для всего рабочего диапазона работы конкретного двигателя, но она неизменна для своего значения оборотов в минуту. Точнее, цифра удельного расхода неизменна для своей частоты вращения в случае работы на стехиометрической горючей смеси, а в случае работы на обогащённой рабочей смеси эта цифра несколько больше, хотя это не декларируется, так как такие переходные режимы работы мотора не считаются. В информационных материалах по двигателю производителем обычно декларируется значение минимального удельного расхода. В случае, если имеется достоверная диаграмма мощностной характеристики конкретного ДВС, то на ней кривая удельного расхода топлива по своей кривизне обычно зеркально обратна к кривой крутящего момента, а минимальное значение удельного расхода топлива находится примерно в том же диапазоне оборотов, что и максимальное значение крутящего момента. Объяснение этому в том, режим максимального крутящего момента это есть режим наивысшего КПД конкретного двигателя.

Независимо от того, какое значение удельного расхода топлива показано на диаграмме или опубликовано в информационных материалах, всегда следует понимать, что фактический расход топлива на интересующем режиме оборотов двигателя будет зависеть от фактической нагрузки на него — то есть, не от той мощности, которая теоретически доступна двигателю при данных оборотах, а от той, которая при данных оборотах фактически потрачена (а таковая всегда меньше или равна теоретически доступной). Для примера: заявленный расход в 150 грамм на 1 кВт·ч при 4000 оборотах минуту и мощности данного режима в 80 кВт не означает, что на 4000 оборотах расход двигателя всегда будет 12 килограмм топлива в час, так как этот расход будет определяться только фактически потраченной мощностью в текущих условиях движения, а таковая может быть и весьма незначительна.

Величина удельного расхода топлива не имеет прямой связи с конструкцией двигателя: с его числом цилиндров, рабочим объёмом, типом системы питания, наличием наддува, конструкцией выпуска. При этом есть общие тренды, такие как: дизельные двигатели экономичнее бензиновых; поршневые экономичнее роторно-поршневых и газотурбинных; двухтактные поршневые экономичнее четырёхтактных. Также величина удельного расхода топлива двигателя не имеет никакой связи со стилем езды конкретного водителя, и она всегда едина для всех эксплуатантов этой модели двигателя. При одинаковом составе топлива и условиях сгорания удельный расход пропорционален выработке CO2.

Бензиновые двигатели

Бензиновый двигатель способен преобразовывать лишь около 20—30 % энергии топлива в полезную работу (КПД = 20—30 %) и, соответственно, имеет высокий удельный расход топлива.

Дизельные двигатели

Дизельный двигатель обычно имеет КПД 30—40 %, дизели с турбонаддувом и промежуточным охлаждением — свыше 50 %. Например, дизель MAN B&W S80ME-C7 при КПД 54,4 % тратит всего 155 г топлива на полезную работу в 1 кВт·ч (114 г/(л.с.·ч)).

Газотурбинные двигатели

Поршневые авиационные двигатели

Определение часового расхода топлива

Подсчитав значения коэффициента полезного действия котельной установки по уравнению (III. 1) и зная график потребления тепла, определяют часовой расход топлива по максимальной и минимальной нагрузкам как для всей котельной, в целом, так и для одного котла:

если котельная водогрейная и нагрузка дана в ккал/ч, то по формуле

В = Qрасч/Qрп 100 кг/ч (III.35)

если котельная паровая и нагрузка дана в кг/ч, то по формуле

B = Dрасч ∆i + Dпр ∆iпр/Qрп 100  (III.36)

Расход топлива, которое подается в топки котлов, подсчитанный по формулам (III.35) и (III.36), является фактическим. Однако в процессе горения из-за механической неполноты сгорания (q4) часть топлива не используется, поэтому при подсчете продуктов горения и количества потребного воздуха вводится соответствующая поправка и, следовательно, расчетный расход топлива при производстве тепловых расчетов принимается равным

Bр = B (1 — q4/100) (III.37)

При сжигании жидкого и газообразного топлива поправка не вводится.

Удельный расход топлива в реактивной авиации

Для авиационных двигателей в качестве показателя топливной эффективности используется килограмм топлива на килограмм-силу в час. Для форсированных двигателей это приблизительно соответствует: 0,77 кг/(кгс·ч) (двигатель РД-33 самолёта МиГ-29), 1,95 кг/(кгс·ч) для двигателя НК-22 самолёта Ту-22М2, 2,08 кг/(кгс·ч) для двигателя НК-25 самолёта Ту-22М3 (для последнего — около тонны керосина в минуту на каждый двигатель на форсаже).

Километровый расход горючего

Километровый расход горючего – это количество горючего, затраченное на один километр перелета. Рассчитывается, также как и при часовом – на крейсерской скорости и при максимальной коммерческой загрузке.

Стоит заметить, что при грузовых и пассажирских перевозках намного логичнее применять именно данный расчет, т. к. главная цель подобного полета – доставить груз на требуемое расстояние при наименьшей затрате горючего, а не продержаться в воздухе как можно дольше, однако в технических характеристиках закрепился именно часовой.

Рассчитывается в кг/км.

Удельный расход топлива

Удельный расход топлива – это количество потребляемого горючего на единицу времени или расстояния, относительно мощности или тяги летательного аппарата, обеспечиваемого тем или иным двигателем и т. д.

Существует несколько различных единиц исчисления, зависимых от выбора параметров:

• Масса или объем топлива – грамм, килограмм или литр (г, кг или л);
• Время или расстояние пути – час или километр (ч или км);
• Мощность или тяга двигателей – лошадиных сил или килограмм-сила (л. с. или кгс).

В результате выходит, например, г (л. с. ·ч) или кг (кгс ·ч).

В гражданской авиации закрепился также другой расчет – вес затраченного топлива на один километр пути к общему количеству пассажиров на самолете. Его единица расчета – г/пасс.-км (грамм на пассажиро-километр).

Данный технический показатель тесно сотрудничает с топливной эффективностью, помогая указать наиболее выгодный авиалайнер для перевозки того или иного количества пассажиров, используя при этом минимум горючего.

От чего зависит расход топлива

Расход горючего летательного аппарата зависит от нескольких факторов:

• Крейсерской скорости;
• Массе летательного аппарата;
• Коммерческой загрузке;
• Погодных условий;
• Вида и количества двигателей (винтовые, реактивные или комбинированные);
• Конструкции авиалайнера;
• И другого.

Как рассчитывают количество топлива на полет

Количество горючего, которое заправляют в авиалайнер перед взлетом, рассчитывается по специальным формулам, доступным узкому специализированному кругу лиц и отличающимся в зависимости от модели воздушного судна.

Однако существует приблизительное вычисление, которое складывается из следующих слагаемых:

• Массы горючего, требуемой для перелета из точки А в точку Б при определенной коммерческой нагрузке.
• Количества топлива, которое израсходуется при полете из точки Б до самого удаленного аэродрома, указанного запасным в полетном плане.
• Количества горючего, которое будет использовано, если самолет сделает два дополнительных круга на посадке.
• И 5% от всей суммы топлива, рассчитанного в предыдущих пунктах, как запас.

Данное видео показывает сброс топлива во время полета. Такую процедуру практикуют некоторые модели авиалайнеров при аварийных ситуациях или перед посадкой (намного реже).

Заключение

В заключение можно сделать несколько основных выводов:

1. Расход горючего воздушного судна – одна из самых старых и актуальных задач при конструировании самолетов.
2. Существует три основных характеристики топливной эффективности: часовой, километровый и удельный расход топлива. Каждый из них участвует в своих расчетах и помогает выбрать наиболее выгодный вариант в тех или иных условиях (технических, погодных, погрузочных и далее).
3. Затрата горючего также не является точной величиной, она зависит от внешних и внутренних факторов (условий полета, коммерческой загрузке, крейсерской скорости и подобного).
4. У разных моделей авиалайнеров и удельный, и часовой расход топлива варьируется в достаточно большом диапазоне (часовой от 1 тыс. кг в час до 11 тыс. кг у дозвуковых, до 40 тыс. кг у сверхзвуковых).
5. Количество горючего, которое нужно заправить в самолет перед вылетом рассчитывается специальными для разных моделей формулами. Самая приблизительная из них суммирует расход топлива на полет до конечной точки, до самого дальнего запасного аэропорта, два дополнительных круга перед посадкой и еще 5% от получившейся суммы про запас.

Читайте также:

Что такое рулевая трапеция?... Что такое EHC (Electrically Heated Catal... Что такое ESA (Electronic Seat Adjustmen... Что такое передний привод?...