To andre grunner til at gassturbinen erstattet stempelmotoren for flybruk:

Effekt. Stempelmotorer for fly har en praktisk begrensning på hvor mye kraft de kan legge ut, før de blir ineffektive. Dette fungerte til å være rundt 3000 hk. To av de største og kraftigste stempelflymotorene som også var pålitelige nok til flybruk er Napier Saber og P&W R4360, på rundt 3000 hk, utviklet på slutten av andre verdenskrig . Ja, mer kraft er oppnådd fra stempelmotorer på landbaserte biler, men de er enten racingmotorer med påliteligheten er for lav for flybruk, eller de er altfor tunge for flybruk, for eksempel 20k + HP dieselmotorer som kraft cruiseskip.

Gassturbiner har ikke disse grensene, en medvirkende faktor er mangelen på en gjengjeldende handling. Med en stempelmotor resulterer hvert fulle slag i at stempelet akselererer til toppfart, deretter stopper brått og akselererer i motsatt retning ... to ganger. Gassturbiner som bare spinner, kan gjøres betydelig større, samtidig som påliteligheten og effektiviteten som fly bruker krever.

Gassturbiner har også en tendens til å ha et veldig høyt forhold mellom vekt og vekt, noe som gjør dem ideelle for store flybruk, hvor vekt er veldig viktig.

Å likestille HP til skyvekraft er ikke enkelt ettersom HP er rå kraft, mens skyvekraft inkluderer høyde, hastighet og propell / vifteeffektivitet.

Et forenklet eksempel ble publisert på Aerospaceweb:

Heldigvis har vi tilgang til data fra en NASA-rapport som inneholder alle dataene vi trenger for å illustrere et eksempel. Dataene er gitt for en Boeing 747-200-cruising på Mach 0,9 ved 12 000 m (40 000 fot). I dette eksemplet produserer flyets motorer 245 295 N (55545 lb) skyvekraft, bare en fjerdedel av dets nominelle statiske skyvekraft, for å cruise med en hastighet på 265 m / s (871 fot / s). Bruke ligningene gitt ovenfor, beregner vi kraften som 747 genererer til 87.325 hk (65.100 kW).

Ved å bruke det veldig forenklede eksemplet, ville en GE90 som produserer 115.000 pund skyvekraft, legge ut tilsvarende på rundt 160.000 hestekrefter.

Dessuten er vedlikeholdskravene på gasturbiner betydelig lavere, spesielt for motorer med høy ytelse. For eksempel har de veldig store RR Trent-serien turbofans en TBO ( Time Between Overhaul) på rundt 15 000 timer. På de store stempelmotorene som R4360 var TBO mer som 1500 timer, og de veldig store stempelmotorene, spesielt de radiale motorene, hadde en fantastisk appetitt på motorolje. Pluss mellomliggende vedlikehold på stempelmotorer som gasturbiner ikke trenger, som å bytte tennplugger, som måtte gjøres ofte. Convair B36, som hadde seks R4360-er, krevde 336 tennplugger. Ikke noe du kunne gjøre i oppkjørselen din på en time.

Noe av gassturbinens pålitelighet kommer av mangel på vibrasjon. Store stempelmotorer, med sin frem- og tilbakegående virkning, har en tendens til å vibrere mye, noe som reduserer motorens og tilleggskomponenters levetid, som drivstoffpumper og tennpluggledninger.

Dermed gjorde ikke bare turbojet, turboskaft og turbofan mulige fly som ikke ville være praktisk i det hele tatt med stempelmotorer, for eksempel store passasjerfly som fløy 30k + fot, de senket også kostnadene for vedlikehold og vedlikeholdsfrekvensen vesentlig.

Det er ett område der stempelmotoren for flybruk fremdeles er den bedre løsningen, og det er når motoren blir liten, under rundt 500 hk. Bensinturbiner reduserer ikke så godt. De små er ikke drivstoffeffektive, og kostnadene blir heller ikke vesentlig lavere.

Som et eksempel på dette, kan du vurdere en av dagdrømmene mine - et mygghelikopter med ett sete. Bortsett fra den ultralette versjonen, er det laget to versjoner med større motorer (og som krever FAA-helikopterlisens), XE285, med en 85 hk snøscootermotor, og XET med en 90 hk gassturbinemotor avledet fra en reservestrømgenerator. Stempelmotoren selger for kanskje 2k USD og brenner rundt 5gph, mens gassturbinen selger for 10k og brenner 8,5 gph.

Det er flere fordeler:

• stempelmotorer er best for å kjøre propeller. Ved samme akselhestkraft $ P $ varierer propellkraften $ T $ med inversen av lufthastigheten $ v $: ($ T_ {Prop} = \ frac {P} {v} $) . Dette betyr at kraftbehovet for å holde et stempeldrevet fly flygende vil øke med den tredje kraften til flyhastighet i høy hastighet. For å fly 50 m / s raskere, vil et fly med en toppfart på 200 m / s trenge en motor på nesten dobbelt hestekrefter (195%, for å være presis). En turbojet har derimot nesten konstant trykk over hastigheten i det subsoniske området, så $ T_ {jet} = konst. $

• Turbojets kan utnytte bedre forkompresjon ved høyere hastighet. Den kinetiske energien til luftstrømmen kan brukes til å komprimere luften selv før inntaket. Ved Mach 0,8 gir dette 50% mer lufttrykk i forhold til omgivende luft enn under statiske forhold.

• Spesielt viktig for militær luftfart: De tidlige strålene koster bare en fjerdedel av en høy- ytelse stempelmotor å bygge når det gjelder arbeidstid. Dette ga en mye bedre produktivitet i krigstid hvor tilgjengelig arbeidskraft var en alvorlig flaskehals. En enkelt Jumo-004B trengte bare 375 timer for å bli bygget:

Fra Wikipedia:

Jumo 004 kostet RM10.000 for materialer, og viste seg også noe billigere enn den konkurrerende BMW 003, som var RM12.000, og billigere enn Junkers 213 stempelmotor, som var RM35.000. Videre brukte strålene mindre arbeidskraft og trengte bare 375 timer å fullføre (inkludert produksjon, montering og frakt), sammenlignet med 1400 for BMW 801.

Det første punktet er virkelig det viktigste, og det oversettes til mye bedre høydeytelse fordi turbojet i det vesentlige er en stor turboladere med en kontinuerlig forbrenningsprosess i sentrum som gir trykk ved å kaste ut luft i høy hastighet direkte bakover i stedet for å gå gjennom komplikasjonen med å akselerere luften med roterende vinger. Dette ga jetfly i stor høyde (hvor bombeflyene og følgelig handlingen var) både en hastighet og en stigningsfordel - de kunne bryte av kamp etter eget ønske, og hastigheten deres var så høy at bombeflyet ikke kunne følge dem da de fløy gjennom en bombeformasjon. Jetdrevne rekognoseringsfly kunne fly uskadd over fiendens territorium fordi ingen stempeldrevne fly kunne avskjære dem.

Gloster E28 / 39 var bare en demonstrant - hvis du vil ha en realistisk sammenligning, gjør det mellom Grumman F7F og Messerschmitt 262A, som kan nå 560 MPH, 100 mer enn F7F, og til og med toppet 600 MPH i en spesiell versjon med en baldakin med lav luftmotstand.

Når det gjelder høyde: Hvis du legger til nok turbo- og overladning til motoren, kan en lavhastighetsdesign nå høyere høyder enn de fleste subsoniske jetfly, men ville være ganske upraktisk som et kampfly. I sivil bruk vil en jet nå høyere cruisehastigheter, noe som gir den en fordel i forhold til sammenlignbare propelldrevne fly. Imidlertid er en stempelmotor fortsatt det beste valget for drivstoffeffektivitet.

Et poeng til som jeg ikke har sett nevnt ennå: drivstoffet de brenner.

De fleste stempelmotorer brenner bensin, noe som krever mye forbedring. Luftfartsmotorer krever generelt bensin med svært høye oktanverdier (vanligvis minst 100), noe som fortsatt er dyrere enn den lavere oktanbensinen som brukes i de fleste biler og slikt. Kravet til råolje av høy kvalitet var (for et eksempel) hvorfor krigen i Nord-Afrika var så viktig under andre verdenskrig.

Jetbrensel er derimot omtrent som petroleum eller diesel . Det tar litt raffinement å komme fra råolje til flydrivstoff, men prosessen er enklere, og kvaliteten på nødvendig råolje er heller ikke så høy. Som et resultat blir det høyere volumet av brent flydrivstoff i stor grad oppveid av de lavere kostnadene for et gitt volum, og jo lettere det er å skaffe råolje av den nødvendige kvaliteten.

For at Diesels skal være fornuftig, må du bruke dem til et relativt langdistansefly - spesielt langt nok rekkevidde til at drivstoffbesparelsen oppveier (bokstavelig talt) den ekstra motorvekten. For det andre, gitt vanskeligheter med å produsere, vil du sannsynligvis begrense dem til et relativt lite antall fly. Så hvis du ville ha noen langdistansebombere (for eksempel), kan de være fornuftige. For jagerfly (kort rekkevidde, relativt brukbart) ville de sannsynligvis gi mye mindre mening.