Totalt trykkforhold - Overall pressure ratio
I luftfartsteknologi er det totale trykkforholdet eller det totale kompresjonsforholdet forholdet mellom stagnasjonstrykket målt foran og bak på kompressoren til en gassturbinmotor . Begrepene kompresjonsforhold og trykkforhold brukes om hverandre. Samlet kompresjonsforhold betyr også det totale syklustrykkforholdet som inkluderer inntaksrampe.
Historikk over generelle trykkforhold
Tidlige jetmotorer hadde begrensede trykkforhold på grunn av konstruksjonsnøyaktigheter i kompressorene og forskjellige materialgrenser. For eksempel hadde Junkers Jumo 004 fra andre verdenskrig et samlet trykkforhold på 3,14: 1. Den umiddelbare etterkrigstiden Snecma Atar forbedret dette marginalt til 5,2: 1. Forbedringer av materialer, kompressorblader og spesielt introduksjonen av flerspolede motorer med flere forskjellige rotasjonshastigheter, førte til de mye høyere trykkforholdene som er vanlige i dag.
Moderne sivile motorer kjører vanligvis mellom 40 og 55: 1. Den høyeste i bruk er General Electric GEnx -1B/75 med en OPR på 58 på slutten av stigningen til cruisehøyde (Top of Climb) og 47 for start ved havnivå .
Fordeler med høye totale trykkforhold
Generelt betyr et høyere samlet trykkforhold høyere effektivitet, men motoren vil vanligvis veie mer, så det er et kompromiss. Et høyt samlet trykkforhold gjør at det kan monteres en dyse med større arealforhold på jetmotoren. Dette betyr at mer av varmeenergien omdannes til jetfart, og energisk effektivitet forbedres. Dette gjenspeiles i forbedringer i motorens spesifikke drivstofforbruk .
Den GE katalysator har en 16: 1 OPR og dens termiske virkningsgrad er 40%, 32: 1 Pratt & Whitney GTF har en termisk virkningsgrad på 50% og 58: 1 Genx har en termisk virkningsgrad på 58%.
Ulemper med høye totale trykkforhold
En av de viktigste begrensende faktorene for trykkforholdet i moderne design er at luften varmes opp når den komprimeres. Når luften beveger seg gjennom kompressortrinnene, kan den nå temperaturer som utgjør en materialfeilrisiko for kompressorbladene. Dette gjelder spesielt for det siste kompressortrinnet, og utløpstemperaturen fra dette trinnet er en vanlig fortjeneste for motordesign.
Militære motorer blir ofte tvunget til å arbeide under forhold som maksimerer varmebelastningen. For eksempel var General Dynamics F-111 Aardvark pålagt å operere med hastigheter på Mach 1.1 ved havnivå . Som en bivirkning av disse brede driftsforholdene, og generelt eldre teknologi i de fleste tilfeller, har militære motorer vanligvis lavere samlede trykkforhold. The Pratt & Whitney TF30 brukes på F-111 hadde en trykkforhold på 20: 1, mens nyere motorer som General Electric F110 og Pratt & Whitney F135 har forbedret dette til 30: 1.
En ekstra bekymring er vekt. Et høyere kompresjonsforhold innebærer en tyngre motor, som igjen koster drivstoff å bære rundt. Således kan et optimalt samlet trykkforhold bestemmes for en bestemt konstruksjonsteknologi og sett med flyplaner.
Eksempler
| Motor | Totalt trykkforhold | Store applikasjoner |
|---|---|---|
| General Electric GE9X | 60: 1 | 777X |
| Rolls-Royce Trent XWB | 52: 1 | A350 XWB |
| General Electric GE90 | 42: 1 | 777 |
| General Electric CF6 | 30.5: 1 | 747 , 767 , A300 , MD-11 , C-5 |
| General Electric F110 | 30: 1 | F-14 , F-15 , F-16 |
| Pratt & Whitney TF30 | 20: 1 | F-14 , F-111 |
| Rolls-Royce/Snecma Olympus 593 | 15.5: 1/80: 1 Supersonic. | Concorde |
Forskjeller fra andre lignende termer
Begrepet bør ikke forveksles med det mer kjente uttrykket kompresjonsforhold som brukes på stempelmotorer . Komprimeringsforhold er et forhold mellom volumer. Når det gjelder Otto -syklusens frem- og tilbakegående motor, er maksimal ekspansjon av ladningen begrenset av stemplens (eller rotorens) mekaniske bevegelse, og kompresjonen kan måles ved ganske enkelt å sammenligne sylindervolumet med stempelet ved topp og bunn av bevegelsen. Det samme gjelder ikke gassturbinen med "åpen ende", der operasjonelle og strukturelle hensyn er begrensende faktorer. Likevel er de to begrepene like ved at de begge tilbyr en rask måte å bestemme total effektivitet i forhold til andre motorer i samme klasse.
Motortrykkforhold (EPR) skiller seg fra OPR ved at OPR sammenligner inntakstrykket med luftens trykk når den forlater kompressoren, og er alltid større enn 1 (ofte veldig mye), mens EPR sammenligner inntakstrykket med trykket ved motorens bakrør (dvs. etter at luften har blitt brukt til forbrenning og gitt opp energi til motorens turbinhjul), og er ofte mindre enn 1 ved lav effektinnstillinger.
Det stort sett likeverdige målet på rakettmotoreffektivitet er kammertrykk/utgangstrykk, og dette forholdet kan være over 2000 for romfergenes hovedmotor .