影響噴氣引擎推力的因素

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推力是噴氣式引擎最常被提起的性能,粗略的計算公式如下:

簡略的推力公式

簡略的推力公式

T表示推力,V1 是進入引擎的氣流平均速度,V2 事由引擎噴射出去的氣流平均速度,m是氣流的質流量,也就是說推力大約等於進入引擎的氣流質流量乘上其出口與入口的速度差。而質流量又可以用空氣密度、通過的面積及速度的乘積來表示,如下:

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從公式上可以了解到影響推力大小主要來自於質流量及進出口速度差,在一個已經設計製造完成的噴氣引擎,速度差及氣流的質流量都和其運轉的轉速正相關,也就是轉速越高,其推力越大,一直到其額定的最高轉速,通常是飛機的起飛轉速。

最大推力

一般常提到的最大推力有兩種,標準的是試車時的最大推力,試車時引擎是固定在支架上,因此入口的速度幾乎為零,因此又稱為最大靜推力,由於大氣壓與環境溫溼度都會影響推力,量測所的的推力需要轉換到標準環境狀態下的推力,也就是說最大靜推力是指在一大氣壓,攝氏25度的溫度及濕度0%的試車環境下所測得的最大推力。

而引擎或飛機的製造商常用來宣傳的最大推力會用高速飛行中的最大推力,因為飛行速度會增加推力,數字會好看些,例如早年的GE90-115B引擎,其額定的靜推力最大是115,300磅,但宣稱最大推力是127,900磅,甚至曾記錄在金氏紀錄上。

氣壓的影響

在溫度不變的狀況下,氣壓會影響到空氣的密度,進而影響到氣流的質流量,依據理想空氣的關係,氣壓與密度成正比,

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氣壓越高,密度越高,同樣質流量也越大,因此推力與氣壓成正比

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氣溫的影響

同樣依據理想氣體公式,氣壓不變的狀況,空氣密度與氣溫成反比,氣溫越高,密度越低,造成質流量減少而使推力下降。

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飛行高度的影響

離地面高度越高,我們知道溫度及壓力都會下降,實際上因高度升高所產生的氣壓減少要大於氣溫的降低,因此空氣的密度會逐漸降低,縮以高空的空氣稀薄,也因此造成直流量變少而使推力降低,而在到達同溫層(高度約36,000 ft)時,溫度的變化會更小,推力會減少得更多。

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濕度的影響

乾空氣(濕度為0)的密度在標準環境下是1.225 kg/m3,而水蒸氣的密度是0.59764 kg/m3,所以濕度增加必然會造成空氣的密度下降,因此濕度越高,推力越小。

飛行速度的影響

飛行速度對推力的影響有兩個,首先是入口氣流速度增加,會使速度差減少,不利於推力,稱為航速負效應,另一個則是會增加氣流的質流量,會增加推力,稱為衝壓效應,這兩個效應的影響如下圖:

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兩個效應的總和基本上是會增加推力,而且飛行速度越快增加越多。

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