議論ボード

||||　議論ボード　||||

┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃

←次へ　｜　前へ→

推力排気管について じゃま 16/2/21(日) 14:58

簡単にします じゃま 16/2/22(月) 5:41

推力式集合排気管と推力式単排気管の効率差 じゃま 16/2/22(月) 6:55

正しい式は じゃま 16/2/22(月) 7:19

Re:推力排気管について 超音速 16/2/22(月) 8:55

Re:推力排気管について い 16/2/22(月) 23:39

単位時間当たりの質量かける速度 じゃま 16/2/23(火) 6:45

Re:単位時間当たりの質量かける速度 い 16/2/23(火) 13:07

Re:単位時間当たりの質量かける速度 ちょん太 16/2/26(金) 19:04

プロペラとは違う じゃま 16/2/26(金) 20:34

Re:プロペラとは違う ちょん太 16/2/26(金) 23:16

飛行機の速度は関係ない じゃま 16/2/27(土) 5:52

片さん「どこかに数字があったはず」 じゃま 16/2/27(土) 5:55

Re:推力排気管について 超音速 16/2/24(水) 13:09

Re:推力排気管について い 16/3/2(水) 23:33

過去ログ じゃま 16/3/6(日) 20:41

Re:過去ログ い 16/3/12(土) 0:51

過去ログ じゃま 16/3/19(土) 6:31

Re:過去ログ 超音速 16/3/20(日) 21:18

推力排気管について

じゃま - 16/2/21(日) 14:58 -

前口上：
航空Ans.Q.1150で、レス数が40を超えて、回答が交錯する状況になってきましたので、ここで議論したいと思います。

管理人さん、不適当であると判断されたら、ストップをかけてください。

>レシプロエンジンでは出力が一定なら排ガス速度v1は一定です。なので、気速v0が大きくなれば排ガスの推力Tは小さくなります。

これはちがうと思います。
機速v0は関係しないと思います。

>T = ( ma + mf )v1 - mav0 = mfv1 + ma( v1 - v0 )

この式がちがうと思います。

質量に速度を掛け算すると、運動量です。

推力、力は、運動量の時間に対する導関数です。

推力式排気管はロケットと同じで、内燃機関ではなく、外燃機関だと考えたほうがいいと思います。


	引用なし

	パスワード

簡単にします

じゃま - 16/2/22(月) 5:41 -

まわりくどい言い方になってしまいました。

力は運動量を時間で微分したものです。

>T = ( ma + mf )v1 - mav0 = mfv1 + ma( v1 - v0 )

この式の左辺は力ですから、次元は[MLT**(-2)]
右辺は運動量ですから、次元は[MLT**(-1)]

次元もあっていないでしょう。

高校の物理か、数学IIIで習ったはずです。

ちょん太さん、思い出してください！


	引用なし

	パスワード

推力式集合排気管と推力式単排気管の効率差

じゃま - 16/2/22(月) 6:55 -

これは、推力式単排気管の方が、効果が大きいです。

推力式集合排気管では、各シリンダからの排気を（合流）集合させるところで、
圧力損失ができるからです。

流体と流体がぶつかると、運動エネルギーが減ってしまうんですね。

このへんは、水力学の本に書いてありますし、具体的な数字は、日本機械学会編「管路・ダクトの流体抵抗」に載っていますから、計算できます。


	引用なし

	パスワード

正しい式は

じゃま - 16/2/22(月) 7:19 -

それで、推力式排気管の推力は、

推力＝排気ガス動圧*排気管断面積*シリンダ数

です。

これですと、

[MLT**(-2)/L**(-2)]*[L**2]*[-]＝[MLT**(-2)]

となって、力の次元があらわれます。

なお、>15.で書いた排気量の式は、わたしのポカです。

>43.でも申し上げましたが、改めてお詫びします。


	引用なし

	パスワード

Re:推力排気管について

超音速 - 16/2/22(月) 8:55 -

> >T = ( ma + mf )v1 - mav0 = mfv1 + ma( v1 - v0 )
>
> この式がちがうと思います。
>
> 質量に速度を掛け算すると、運動量です。

質量ではなく、ちょん太さんはアンスク本文で、「単位時間当たりの質量」と書いているはずです。
よって式はちゃんと成立するんじゃないですか？


	引用なし

	パスワード

Re:推力排気管について

い - 16/2/22(月) 23:39 -

私も単位時間あたりの運動量（［時間＝１」を前提、時間は「／１」で省略）であっていると思います。
圧力×面積でも推力は計算できますが、
ロケットの教科書によくある、
推力を排気系に働く圧力の積分値とみるか、
排気に与えた運動量の反力とみるかの
見方の違いです。

排気の質量流量はわかりますが、
排気速度あるいは排気動圧となるとなかなか正確にわかりません。
加給エンジンの出口と外気の圧力差でみると
チョーク流れになって、速度はマッハ１程度ですが，，，，

NACAも東大航研も排気管出口に直角に板を立てて反力を
計測するというかなりワイルドな実験で
推力を計測していました。

集合排気管は内部で圧力回復があるので、
排気出口の背圧が上がる。
そうすると、軸出力も小さくなる，，，，，


	引用なし

	パスワード

単位時間当たりの質量かける速度

じゃま - 16/2/23(火) 6:45 -

> 質量ではなく、ちょん太さんはアンスク本文で、「単位時間当たりの質量」と書いているはずです。
> よって式はちゃんと成立するんじゃないですか？

超音速さん
ご指摘ありがとうございます。
確かにその通りですね。
ちょんたさん、すみませんでした。

そうすると、これは運動量ではなく、力そのものですね。

それで、右辺の引き算がわからないのですが。


	引用なし

	パスワード

Re:単位時間当たりの質量かける速度

い - 16/2/23(火) 13:07 -

F=mv
運動量と力は同じ次元、
右辺の引き算は
吸入する空気の持ち込む運動量です。
これは機体に対して排気と逆方向に
相対運動をしているので負号つきです。


	引用なし

	パスワード

Re:推力排気管について

超音速 - 16/2/24(水) 13:09 -

あと、排気管断面積ですけど、排気管出口は推力効果を高めるべく60％ぐらいの面積になるよう絞り込んでいるんですよね。出口の数も、一部が集合管になってて気筒数と同じではありませんし。

http://ansqn.warbirds.jp/logs-prev/A001/A0005082.html

こちらの過去ログによれば、航空エンジンでは集合管にしても排気干渉などの影響はあまり大きくないようですが。

また、排気流は胴体外板に沿って流れているわけなので摩擦抵抗が発生して、そのぶん推力が割り引かれそうですね。

推力の算出はなかなか難しそうです。


	引用なし

	パスワード

Re:単位時間当たりの質量かける速度

ちょん太 - 16/2/26(金) 19:04 -

> > 質量ではなく、ちょん太さんはアンスク本文で、「単位時間当たりの質量」と書いているはずです。
> > よって式はちゃんと成立するんじゃないですか？
>
> 超音速さん
> ご指摘ありがとうございます。
> 確かにその通りですね。
> ちょんたさん、すみませんでした。
>
> そうすると、これは運動量ではなく、力そのものですね。
>
> それで、右辺の引き算がわからないのですが。

しばらく出張しておりまして、書き込みできませんでした。

ニュートンの第二法則を変形して言い換えた「運動量の変化量は力積に等しい」を適用して導いています。
運動量の変化量ですので、力が作用した後と力が作用する前との引き算になります。
力積Fｔのｔを移項して空気と燃料の質量流量でFを表しています。
航空力学のプロペラ推力等でよく用いられる手法です。


	引用なし

	パスワード

プロペラとは違う

じゃま - 16/2/26(金) 20:34 -

ちょん太さんはプロペラを考えていたんですね。

式が違う理由がやっとわかりました。

飛行機の速度は関係ないから、右項の引き算は必要ないんですよ。


	引用なし

	パスワード

Re:プロペラとは違う

ちょん太 - 16/2/26(金) 23:16 -

> ちょん太さんはプロペラを考えていたんですね。
>
> 式が違う理由がやっとわかりました。
>
> 飛行機の速度は関係ないから、右項の引き算は必要ないんですよ。

航空機関係のAns.Qの１１４９－８で片さんから諭されたことをよくかみしめてください。
あなたは、物理学のレベルが低すぎるのですよ。
運動量の差とくりゃ、力積かな、じゃあ、時間を移項して力だな。って、程度の良い高校生なら思い描きますよ。

照れ隠しなのも分かりますが、先ずは、レベルを下げて説明してもらったことに感謝を示すのがエチケットですよ。

航空工学の本を１冊買って、暇な時に読まれては如何ですか。プロペラの推力も出てますよ。高校生レベルの学力で理解できるのもありますよ。
それからの話ですね。
私の書き込みはこれで終わらせていただきます。


	引用なし

	パスワード

飛行機の速度は関係ない

じゃま - 16/2/27(土) 5:52 -

ちょん太さん

圧縮上死点での圧力は、ノッキングを避けるために制限されるから、飛行機の動圧は反映されないんですよ。

そして、排気管を出た時点で、飛行機と排気ガスは縁が切れるから、やはり飛行機の速度は関係ないですよ。

ちょん太さん、ご自分の提案された式で計算してみてください。


	引用なし

	パスワード

片さん「どこかに数字があったはず」

じゃま - 16/2/27(土) 5:55 -

片さん

　数字は見つかりましたか。

見つからなかったら、計算してみてください。

ちょん太さんも計算してくれると思いますので、みんなで答え合わせをしてみましょう。


	引用なし

	パスワード

Re:推力排気管について

い - 16/3/2(水) 23:33 -

排気の反動による推力増大と排気管と機体の抵抗変化が合わせて発生しているので、推力排気管の効果を評価するのは難しい問題だと思います。

排気を機体側面に沿って流すと、排気は減速され、機体は排気によって前から後ろに引きずられることになりますが、
機体の表面近くの空気を加速すると、機体周りの境界層流れは安定化して機体全体の抵抗は減少しそうです。

その他、推力式でない排気管では機体に対してかなり角度を持って排気管をつきだして排気を吹き出しますが、排気管と排気の塊による空気の流れはかなり大きな抵抗源になっています。
http://ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=19930092668
A Summary of Drag Results from Recent Langley Full Scale Tunnel Tests of Army and Navy Airplanes

NACAの戦闘機を用いた推力排気管の飛行試験でも、推力排気管採用による速度向上には下向きに突き出していた集合管をやめた抵抗低減効果が含まれると評価していました。
http://www.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a801032.pdf

日本語で読める推力排気管の設計計算
　　わが国航空の軌跡 : 研三・A-26・ガスタービン
　　日本航空学術史編集委員会編
　　日本航空学術史編集委員会 , 丸善 (発売), 1998.10
陸軍/東大航研の研三研究機の推力試験と推力見積もりが記載されています。


	引用なし

	パスワード

過去ログ

じゃま - 16/3/6(日) 20:41 -

この過去ログでは

・排気管径を小さくして流速を上げれば推力が増す。
・排気管径を小さくすればエンジン背圧が増して出力が低下するが、それを忍んでも小さくした方が全体としてパワーアップになる。

と書いているが、全く誤っている。

それなら、エンジンの膨張行程なんか必要ない。

自分でそう考えたのか。
雑誌のインチキ記事を真に受けたのか。


	引用なし

	パスワード

Re:過去ログ

い - 16/3/12(土) 0:51 -

> この過去ログでは
>
> ・排気管径を小さくして流速を上げれば推力が増す。
> ・排気管径を小さくすればエンジン背圧が増して出力が低下するが、それを忍んでも小さくした方が全体としてパワーアップになる。
>
> と書いているが、全く誤っている。
>
> それなら、エンジンの膨張行程なんか必要ない。
>
> 自分でそう考えたのか。
> 雑誌のインチキ記事を真に受けたのか。
軸出力の低下は、膨張行程の問題ではなく、排気管内圧の変化による給排気、あるいは掃気行程への影響の問題だと思います。

　排気バルブの開きはじめからしばらくの間は、排気バルブ前後の圧力比が臨界値を超えているのでチョーク流れ、すなわち流速はマッハ１、６００Ｍ／Ｓ程度、この流速でそのまま後方に排気して反動を利用するのが短い単排気管です。この場合、排気推力は時間的に不連続でパルス状に発生します。
　排気が進むに従って、排気バルブ前後の圧力比は小さくなるので流速も小さくなる。
　集合排気管、長い単排気管など排気管の体積を大きくとると、排気は内部で減速、圧力回復するので、出口面積を絞って再び加速して放出というアプローチもあります。この場合、出口面積と排気管の内圧の設定には任意性があります。
　排気系の内圧が高いと充填効率が落ちるので、エンジン本体の出力は減少することになり、排気推力と軸出力はトレードオフの関係になります。
　以上、研三の報告書あるいは昭和１８年発行の「航空発動機」に出ている説明ロジックをなぞってみました。
NACAのレポートでは、排気管の出口面積を一番絞ったタイプで軸出力-10%,最高速は単なる単排気管モデルと同等、すなわち排気推力は出口面積を絞らない場合の倍程度という試験結果が出ていました。実際に排気推力と軸出力のトレードオフという現象は存在するのだとおもいます。

　


	引用なし

	パスワード

過去ログ

じゃま - 16/3/19(土) 6:31 -

い　さん

コメントありがとうございます。

>集合排気管、長い単排気管など排気管の体積を大きくとると、排気は内部で減速、圧力回復するので、出口面積を絞って再び加速して放出というアプローチもあります。この場合、出口面積と排気管の内圧の設定には任意性があります。

これは意味が無いんですよ。
もともとの全圧は変わらないのだから。

説明します。

排気ポート（排気バルブ）面積以下にに排気管を小さくして流速を上げるのは、推力増加にはならず、損失が増えるだけです。

排気管面積を小さくすると、背圧（排気圧）が上がってエンジンの軸出力が減ってポンプ損失が増えます。

増えた分がそのまま排気推力になれば、トレードオフが成立するが、そうはならない。

排気圧が上がると、同時に温度が上がって密度が下がる。

この温度上昇分は無駄なエネルギー損失になるんですね。
だいたい、半分以上は無駄になると思います。

なぜかというと、これはレシプロ圧縮機の一種であって、レシプロ圧縮機の断熱効率はまず50%を超えることはないからです。

熱力学的にいうと、エンタルピーが減ってエントロピーが増えるだけの過程をつくったことになるからです。

ギブスの自由エネルギーの式では、ご存じのとおり、

　E=U-Ts

でしょう。
排気温度Tが高くなっているから、余計に損失がふえる。

研三とNACAの報告は読んでいませんが、どこかで間違っていると思います。


	引用なし

	パスワード

Re:過去ログ

超音速 - 16/3/20(日) 21:18 -

じゃまさん。
バイクや車のエンジンの話ですが、排気系統のチューンをするとき、高回転重視ならヌケのいいマフラーが良いが、低回転トルク重視ならある程度背圧があった方が良い。というセオリーをよく聞きます。
背圧は限りなく小さいほうが良く、むしろマフラーの無い短い直管が理想、というのはレーシングカーのように常に高回転のエンジンの話ですね。
航空機エンジンは低回転型だから背圧があったほうがいい。したがって航空エンジンの単排気管は出口が絞り込まれている。絞った出口は、ジェットエンジンのコンバージェンスダイバージェンスノズルと同じで推力を増加するはたらきもある。
こんなふうに理解していたんですが、間違ってますか？


	引用なし

	パスワード

┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃

←次へ　｜　前へ→

(SS)C-BOARD v3.5.1 is Free.