Почему пропеллерные самолеты до сих пор производятся?

Реактивные двигатели эффективны только на больших высотах и высокой скорости (25 000+ футов или около того и 300+ узлов или около того истинной воздушной скорости). Стоимость изготовления и эксплуатации самолета, способного летать там, очень высока, и большинство полетов авиации общего назначения не нуждаются в таких характеристиках (или расходах), следовательно, пропеллерных самолетах.

Самолеты с поршневым двигателем относительно эффективны на малых высотах и скоростях полета, более экономичны для средних типов полетов авиации общего назначения. Они также гораздо дешевле в строительстве и эксплуатации, чем турбины самолета.

Турбовинтовые двигатели заполняют промежуток эффективности между возвратно-поступательными и чистыми реактивными двигателями, будучи самыми эффективными на средних высотах и скоростях полета. Тем не менее, больше расходов и производительности, чем требуется большинству полетов авиации общего назначения.

Все это связано с миссией.

Пропеллерные двигатели — и я в том числе турбовинтовые-намного эффективнее на более низких скоростях и высотах. Пример: грузовой самолет С-130 «Геркулес». Он может входить и выходить из полей намного короче, чем турбореактивный двигатель или турбовентилятор, при транспортировке большой нагрузки, потому что у него есть эти огромные пропеллеры, царапающие воздух. Самолеты, как было сказано ранее, имеют преимущество высоко и быстро. Но это не миссия Геркулеса.

Как уже упоминалось, они эффективны на более низких высотах (и обслуживают миссию GA довольно хорошо), но во многих отношениях это просто сводится к стоимости. Есть компании, которые проектируют и работают на небольших самолетах, таких как Cirrus с SF50 . Затем есть несколько самолетов, таких как Cessna Citation Mustang, которые сертифицированы одним пилотом и могут летать с соответствующими рейтингами на PPL. Но факт остается фактом, что это не дешево нелегко вывести на рынок новый самолет. Cirrus впервые полетели на своем самолете в 2008 году и до сих пор не на рынке официально. Это ставит их почти на 8 лет от прототипа до развертывания, и я уверен, что первые строки для него были нарисованы задолго до 2008 года.

С другой стороны, такие компании, как Piper и Cessna, одобрили проекты, которые по-прежнему быстро и легко поддерживать даже по сегодняшним стандартам. Очень много» если он не сломался, не исправить » вопрос. Это не тайна, что продажи GA вниз, и некоторые из компаний могли бы делать лучше.

Есть небольшая проблема безопасности. Пропеллер самолеты приятно и легко летать с быстрой реакцией дроссельной заслонки и более низкими скоростями они делают большие тренеры. Некоторые могут утверждать, что самолеты просто много самолет для обработки для нового пилота.

Для чего его стоит есть некоторые очень быстрый поршень выделяет там. Glasair претендует на круиз 252Ktas (хотя и экспериментальный), а полное производство Mooney Acclaim Type S тянет на 242Ktas оба этих самолета приближаются к скоростям турбовинтового двигателя, в то время как старый дизайн все еще может обеспечить производительность (и высокие скорости).

Существует также некоторые перекрестные с автомобильными поршневыми двигателями. Через нашу историю было несколько автомобильных двигателей, сертифицированных для самолетов. Когда-то у Форда было несколько моторов, которые входили в самолеты. Муни попытался использовать автомобильные двигатели по крайней мере дважды, начиная с двигателя Crosley, который был найден в ранних клещей и кульминацией с epic (если вы поклонник Porsche, как я) PFM3200, который показал Porsche 3.2 двигатель из конца 80-х Carrera. В то время как PFM3200 был пронизан проблемами, и Porsche в конечном итоге отказался от сертификации FAA для двигателя, это был интересный показ техники. Запчасти для 3.2, возможно, было легче купить, и было много людей, которые знали, как работать над ними. В настоящее время Diamond предлагает дизельный DA42 это работает на модифицированных автомобильных двигателях. Снова с помощью двигателя, который пробовал и правда на дороге. Таким образом, затраты не только потому, что двигатели дешевле в производстве, но и сделаны в гораздо более высоких количествах, а также в состоянии компенсировать некоторые из инженерных затрат с этой массой.

Силовые установки гребного винта с поршневым приводом:

• Более дешевый. Поскольку двигатель является проверенной и хорошо понятной конструкцией, они дешевле в проектировании, изготовлении и обслуживании, что снижает расходы пилота. Вы можете забрать старый Piper Cherokee примерно за 40 тысяч долларов, хорошо оснащенный множеством часов до следующего ремонта. Абсолютный самый дешевый Piper turboprop, который я могу найти с быстрым поиском,-это двухмоторный Шайенн за 275 000 долларов, и, вероятно, он нуждается в работе, поскольку они в среднем ближе к 400 тысячам долларов. Другие турбовинтовые корпуса приближаются к 2 миллионам долларов за поп.

• Меньший. Четырехцилиндровый поршневой двигатель с воздушным охлаждением не намного больше, чем V-twin на мотоцикле. Меньший имеет тенденцию равняться легче, и это также позволяет больше места в кабине в фюзеляже того же самого полного объема, и меньше различия CG с весом кабины (который является большим делом в маленьких самолетах).

• Упроститься. Там не так много, чтобы пойти не так с фиксированным шагом воздушного охлаждения поршневого двигателя самолета. Это снова снижает затраты на техническое обслуживание, но также повышает безопасность, удлиняя «среднее время между отказами», что потребует чрезвычайных процедур. Опоры с постоянной скоростью немного сложнее механически, но не так уж плохо. Турбовинтовые двигатели еще немного сложнее.

• Лучше-выполнение на малых высотах. Большинство турбовентиляторов рассчитаны на работу на высоте более 10 000 футов, в то время как большинство пропеллерных судов рассчитаны на полет на высоте 8 000 или ниже, потому что их кабина негерметична. На более низких высотах, где воздух толще, поршневые двигатели работают более эффективно и холоднее, чем турбовентиляторы, и намного лучше, чем чистые струи.

Сверхлегкие реактивные самолеты были все увлечение десять лет назад, и никогда не взлетал: они были слишком неэффективным топливом. Пропеллеры делают гораздо лучшую работу по преобразованию химической энергии топлива в тягу, которая продвигает самолет вперед, чем струи.

Аэродинамическую тягу можно записать в виде T = m Δ Δ V

$T = \dot{m} \cdot \Delta V$, с m

$\dot{m}$ массовый поток воздуха в кг / с и ΔV

$\Delta V$ увеличение скорости движения воздушной массы в м/ с. Для того чтобы получить самую высокую пропульсивную эффективность, ускорьте ход самого большого количества воздуха к самому небольшому ΔV

$\Delta V$. Пропеллеры имеют гораздо более высокую эффективную площадь диска, чем чистые реактивные двигатели, и обеспечивают большую тягу на установленную мощность двигателя, чем чистые струи.

Турбовентилятор гораздо более экономичен, чем чистая струя, потому что большой байпасный вентилятор работает как пропеллер. Однако турбовентилятор все еще менее эффективен, чем турбовентилятор, просто из-за большего радиуса лопасти.

Вопрос поршневого двигателя против турбинного двигателя для авиации общего назначения является отдельным. Поршневые двигатели тяжелее, но имеют лучшую экономию топлива. По весу они масштабируются очень плохо, в то время как здесь турбины полностью вступают в свои собственные: ничто не сравнится с большой турбиной в соотношении мощности/веса. Турбины меньшего размера не очень эффективны из-за более низких отношений давления от промежутков лезвия/кожуха.