Welche Integration des Flugzeugantriebs wäre bei Hochgeschwindigkeitsflügen auf Meereshöhe effizienter? Turbofan, Impeller oder Turbojet?

Zu Bildungszwecken entwerfe ich ein kleines einsitziges zweimotoriges Flugzeug, das auf Meereshöhe und bei einer Vielzahl von Geschwindigkeiten von 150-500+ mph so effizient wie möglich ist. Das Ziel ist es, lange Strecken mit hoher Geschwindigkeit zurücklegen zu können und gleichzeitig hervorragende Beschleunigungs- und Bummeleigenschaften zu bieten.

Alle Informationen, die ich gefunden habe, beziehen sich auf Reiseflughöhen, in denen der Turboprop bei Geschwindigkeiten von 400 Meilen pro Stunde oder weniger effizienter ist als ein Turbofan.

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Die folgende Grafik zeigt die Ergebnisse in der Höhe.

Meine zwei besten Optionen sind ein ungezogener Lüfter mit variabler Steigung oder ein Turbofan mit hohem Bypass. Beide würden im Flügel montiert, wobei die Einheit ohne Leitung die Blätter hinter dem Flügel hat. Beide könnten möglicherweise einen Nachbrenner zum Beschleunigen auf Höchstgeschwindigkeit enthalten.

Keines dieser Diagramme berücksichtigt den Luftwiderstand der unterschiedlich großen Motoren und ihrer jeweiligen Anordnungen. Der TSFC wird normalerweise mit Konstruktionsabsicht oder statischem Schub und nicht mit Meereshöhe bei hohen Fluggeschwindigkeiten angegeben, sodass es schwierig ist, bekannte Triebwerke zu vergleichen.

Das Turbofan-Flugzeug könnte wahrscheinlich etwas anders konstruiert werden, da Sie Schubvektoren und eine variable Düse verwenden könnten, um die Anzahl der erforderlichen Steuerflächen und damit den Luftwiderstand zu reduzieren, was in der dickeren Atmosphäre äußerst wichtig ist.

Für unschlagbaren Kraftstoffverbrauch und hohe Geschwindigkeit ist ein Turbo-Compound-Radialkolben wie ein Wright R-3350 unschlagbar. Der spezifische Kraftstoffverbrauch liegt auf dem Niveau moderner Pkw; vielleicht 2/3 eines Turboprops mit der gleichen PS. Leider muss man mit Vibrationen, Öllecks, vielleicht Zuverlässigkeitsproblemen leben ... aber wer kann sich nicht in den Sound verlieben.
Muss Ihr Konzept in Bezug auf den Kommentar von @JohnK einen Turbinenmotor haben? Wenn nicht, würden Sie experimentelle Bühnenmotoren akzeptieren? Außerdem ist Ihr angegebener Geschwindigkeitsbereich ziemlich breit ...
@ jpe61 Es sind nur Turbinentriebwerke, die ich im Moment in Betracht ziehe. Es muss reibungslos und zuverlässig laufen, wie eine Gasturbine.
Die Sache mit Turbinen ist, dass sie in niedrigeren Höhen (wärmere Luft) nicht optimal sind. Ein wilder Gedanke: USA ein Propfan mit Nachbrenner ;)
Jpe61 Nach meinem Verständnis ist die Antriebseffizienz in niedrigeren Höhen viel höher, da die dickere Luft eine bessere Kompression und auch einen besseren Massenstrom für den Lüfter bietet. Ich glaube, die Temperaturdifferenz selbst hat nur wenige Prozentpunkte an Effizienz zu bieten. Es ist die Tatsache, dass es in der Höhe weniger Luftwiderstand gibt, was eine viel bessere Gesamteffizienz bietet. Außerdem habe ich in meiner Frage einen Propfan nach dem Brennen vorgeschlagen.

Antworten (2)

Die Vorfahren der Pinguine fuhren zum Essen ins Meer, nicht um Geschwindigkeitsrekorde aufzustellen. Es gibt absolut keinen Grund, ein Flugzeug so zu konstruieren, dass es auf Meereshöhe kreuzt. Außerdem nimmt man sich bei einem Triebwerksausfall einen ganz wichtigen Lebensretter, den Gleitflug. Es ist viel besser, in dünnerer Luft zu fliegen, wo die wahre Fluggeschwindigkeit bis an Ihre Mach-Grenze gedrückt werden kann, während die angezeigte Fluggeschwindigkeit viel niedriger ist.

Wenden Sie Ihre Diagramme einfach auf größere Höhen an, um die größte Effizienz zu erzielen, und wenn Sie nicht vorhaben, über 400 Knoten zu fliegen, sollte der Turboprop Ihre Wahl sein, es sei denn, Sie finden einen guten Mechaniker für Ihren Turbo-Compound-Radial.

Auch das Wetter ist dort oben etwas ruhiger.

„Es gibt absolut keinen Grund, ein Flugzeug so zu konstruieren, dass es auf Meereshöhe kreuzt“. Richtig. Ich habe nie gesagt, dass es auf Meereshöhe "kreuzen" würde. Es ist kein Verkehrsflugzeug. Mit großer Reichweite meinte ich vielleicht 200 Meilen.
@usernamechecksout Ihr Diagramm ist ausgezeichnet. Sie täten gut daran, die Strategien von Verkehrsflugzeugen zu studieren , da sie besessen von Kraftstoffeinsparung sind . Es dreht sich alles um die Fluggeschwindigkeit , bis Sie so hoch gehen, dass die Machzahl Ihre Geschwindigkeit begrenzt (es sei denn, Sie gehen in den Überschallbereich). Je höher Sie fliegen, desto größer ist die wahre Fluggeschwindigkeit (TAS) . Ein weiterer Weg zur Effizienz ist die Minimierung des Luftwiderstands . Ein dritter Faktor, für den sich selbst große Namen nur sehr langsam einsetzen, ist billigerer Kraftstoff . CNG oder LNG kostet 1/3 der Kosten für Flugbenzin. Sie sind auf dem richtigen Weg, gehen Sie mit dem Lüfter ohne Abzug (Propeller).
Das ist falsch. Es mag effizienter sein, in einer Höhe von 35.000 Fuß zu fliegen, aber in dieser Höhe findet man nicht viele U-Boote.
@Harper - Setzen Sie Monica tatsächlich wieder ein, außer dass ihre Rümpfe außen einen geringeren Druck haben und die Bugflugzeuge etwas größer sind. Ich dachte einmal, eine von Panik geplagte Marine hätte Raketen auf die Sea View (VTTBOTS) geworfen, um mitzuhalten, dann wurde mir klar, dass ihr Mini-U-Boot gar nicht so schlecht war.

Ich habe versucht, einen Artikel über die Propfan-Effizienz zu finden, den ich gelesen habe, da ich mich an einen Propfan erinnere, der Ihren Spezifikationen ganz gut entspricht. Ich bin sicher, Sie haben mehr über Propfans gelesen als nur den Wikipedia-Artikel ? Grob gesagt würde ein Propfan einige der besten Aspekte von Turbofan und Turboprop in einer Weise kombinieren, die für Ihr Projekt von Vorteil wäre.

Bei meiner (bisher erfolglosen Suche) bin ich jedoch auf Folgendes gestoßen: Mehrzweck-Unterschall-Marineflugzeug (MPSNA) Mehrfachanwendung Propfan ... (pdf), auf den ersten Blick schien dies interessant zu sein, und einige der Missionsprofile stimmen mit Ihrem überein. Rechts? Vergleiche zwischen Propfan und Turbofan beginnen auf Seite 138.

Es ist ein altes Papier, aber schau es dir an.

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