Suất Tiêu Hao Nhiên Liệu Riêng Theo Lực đẩy – Wikipedia Tiếng Việt

Fuel efficiency of an engine design with respect to thrust outputBản mẫu:SHORTDESC:Fuel efficiency of an engine design with respect to thrust output

Suất tiêu hao nhiên liệu riêng theo lực đẩy (tiếng Anh: Thrust-specific fuel consumption (TSFC)) là hiệu suất sử dụng nhiên liệu cùa một động cơ để tạo lực đẩy. TSFC cũng có thể được định nghĩa là mức tiêu hao nhiên liệu (gram/giây) để tạo ra một đơn vị lực đẩy (kilonewton, hay kN). Nó bằng hiệu suất tiêu thụ nhiên liệu chia cho lực đẩy của động cơ.

Ví dụ: Động cơ tên lửa nhiên liệu rắn Avio P80 của tên lửa đẩy Vega có TSFC= 360 (g/kN.s) có nghĩa là để tạo ra 1 kN lực đẩy thì động cơ này cần tiêu thụ nhiên liệu với tốc độ 360 (g) nhiên liệu mỗi giây.

TSFC hay SFC đối với động cơ phản lực (ví dụ: động cơ tuốc bin phản lực luồng, turbofans, ramjets, động cơ tên lửa,...) là khối lượng nhiên liệu cần để tạo ra lực đẩy trong một khoảng thời gian, ví dụ lb/(h·lbf) (pound nhiên liệu mỗi giờ để sinh ra 1 pound lực đẩy) hay g/(s·kN) (gram nhiên liệu mỗi giây để sinh ra 1 kilonewton lực đẩy). Lượng nhiên liệu tiêu thụ thường sử dụng đơn vị khối lượng nhiều hơn thay vì đơn vị thể tích (gallon hay lít) do khối lượng không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ.[1]

Suất tiêu hao nhiên liệu riêng (SFC) của động cơ phản lực nạp khí từ khí quyển khi động cơ đạt tới giá trị hiệu suất tối đa phần nào đó tỉ lệ với tốc độ của dòng khí xả. Mức nhiên liệu tiêu hao tính theo dặm hoặc kilomet thường được dùng để so sánh giữa các máy bay bay hành trình ở các tốc độ khác nhau. Bên cạnh đó cũng tồn tại đại lượng suất tiêu hao nhiên liệu theo năng lượng riêng (power-specific fuel consumption), bằng suất tiêu hao nhiên liệu theo lực đẩy riêng chia cho tốc độ. Nó có đơn vị pound trên giờ trên mã lực.

TSFC tỉ lệ thuận với Xung lực đẩy riêng.

Ý nghĩa của đại lượng Suất tiêu hao nhiên liệu riêng

[sửa | sửa mã nguồn]

Suất tiêu hao nhiên liệu riêng (tiếng Anh: Specific fuel consumption-SFC) phụ thuộc vào thiết kế của động cơ, nhưng sự khác biệt của suất tiêu hao nhiên liệu riêng giữa các động cơ khác nhau sử dụng cùng một cơ sở công nghệ là nhỏ. Để giảm suất tiêu hao nhiên liệu, phải tăng tỉ lệ nén không khí tổng thể (overall pressure ratio).

Trong thực tiễn, các đại lượng khác thường có ý nghĩa quan trọng hơn trong việc đánh giá hiệu suất sử dụng nhiên liệu của động cơ. Ví dụ, ở máy bay, động cơ tuốc bin (phản lực hoặc cánh quạt) thường nhỏ hơn và nhẹ hơn nhiều sơ với các động cơ piston có cùng công suất, cả hai đặc tính này sẽ làm giảm lực cản tác động lên máy bay và do đó làm giảm năng lượng cần thiết để tạo lực đẩy cho máy bay. Do đó, động cơ phản lực tuốc bin có hiệu suất tạo ra lực đẩy lớn hơn nhiều so với động cơ piston.

Giá trị của SFC khác nhau tùy thuộc vào chế độ của miệng xả, độ cao bay, thời tiết. Đối với động cơ phản lực không khí, tốc độ bay cũng là một chỉ số quan trọng. Tốc độ của không khí xung quanh sẽ làm cản trở vận tốc luồng phụt phản lực. Hơn nữa, do công tính bằng lực nhân với quãng đường, nên công suất bằng lực nhân với tốc độ của máy bay. Do đó, mặc dù thông thường SFC là đại lượng hữu ích để xác định hiệu suất nhiên liệu, nhưng để so sánh động cơ ở các vận tốc khác nhau ta nên chia nó cho vận tốc.

• Ví dụ, máy bay chở khách Concorde bay hành trình ở tốc độ 1354 dặm/giờ, hay 7,15 triệu feet mỗi giờ, động cơ của Concord có SFC là 1,195 lb/(lbf·h); có nghĩa là động cơ của Concord đã chuyển hóa 17,9 MJ/kg nhiên liệu, bằng với mức tiêu hao nhiên liệu SFC là 0,50 lb/(lbf·h) của máy bay bay dưới âm ở tốc độ 570 dặm/h, nghĩa là thậm chí còn tốt hơn các động cơ hiện đại; động cơ Olympus 593 trên chiếc Concorde là động cơ có hiệu suất cao nhất thế giới.[2][3] Tuy nhiên, Concorde cuối cùng lại có khung thân nặng hơn và do bay ở tốc độ siêu âm, sẽ có hiệu suất khí động học thấp, ví dụ như tỉ lệ lực nâng/lực kéo là rất thấp.

Đơn vị đo

[sửa | sửa mã nguồn]

Xung lực đẩy riêng (theo trọng lượng)	Xung lực đẩy riêng (theo khối lượng)	Vận tốc khí xả hiệu dụng	Suất tiêu thụ nhiên liệu riêng
SI	=X giây	=9.8066 X N·s/kg	=9.8066 X m/s	=101,972 (1/X) g/(kN·s) / {g/(kN·s)=s/m}
Đơn vị Hoàng gia	=X giây	=X lbf·s/lb	=32.16 X ft/s	=3,600 (1/X) lb/(lbf·h)

Giá trị tiêu hao nhiên liệu riêng theo lực đẩy ở một số loại động cơ

[sửa | sửa mã nguồn] Máy bay chở khách[4]

Model	SL thrust	BPR	OPR	SL SFC	SFC khi bay hành trình	Trọng lượng	Layout	giá thành (triệu $)	Đưa vào hoạt động
GE GE90	90.000 lbf400 kN	8.4	39.3	0,545 lb/(lbf⋅h)15,4 g/(kN⋅s)	16.644 lb7.550 kg	1+3LP 10HP 2HP 6LP	11	1995
RR Trent	71.100–91.300 lbf316–406 kN	4.89-5.74	36.84-42.7	0,557–0,565 lb/(lbf⋅h)15,8–16,0 g/(kN⋅s)	10.550–13.133 lb4.785–5.957 kg	1LP 8IP 6HP 1HP 1IP 4/5LP	11-11.7	1995
PW4000	52.000–84.000 lbf230–370 kN	4.85-6.41	27.5-34.2	0,348–0,359 lb/(lbf⋅h)9,9–10,2 g/(kN⋅s)	9.400–14.350 lb4.260–6.510 kg	1+4-6LP 11HP 2HP 4-7LP	6.15-9.44	1986-1994
RB211	43.100–60.600 lbf192–270 kN	4.30	25.8-33	0,570–0,598 lb/(lbf⋅h)16,1–16,9 g/(kN⋅s)	7.264–9.670 lb3.295–4.386 kg	1LP 6/7IP 6HP 1HP 1IP 3LP	5.3-6.8	1984-1989
GE CF6	52.500–67.500 lbf234–300 kN	4.66-5.31	27.1-32.4	0,32–0,35 lb/(lbf⋅h)9,1–9,9 g/(kN⋅s)	0,562–0,623 lb/(lbf⋅h)15,9–17,6 g/(kN⋅s)	8.496–10.726 lb3.854–4.865 kg	1+3/4LP 14HP 2HP 4/5LP	5.9-7	1981-1987
D-18	51.660 lbf229,8 kN	5.60	25.0	0,570 lb/(lbf⋅h)16,1 g/(kN⋅s)	9.039 lb4.100 kg	1LP 7IP 7HP 1HP 1IP 4LP	1982
PW2000	38.250 lbf170,1 kN	6	31.8	0,33 lb/(lbf⋅h)9,3 g/(kN⋅s)	0,582 lb/(lbf⋅h)16,5 g/(kN⋅s)	7.160 lb3.250 kg	1+4LP 11HP 2HP 5LP	4	1983
PS-90	35.275 lbf156,91 kN	4.60	35.5	0,595 lb/(lbf⋅h)16,9 g/(kN⋅s)	6.503 lb2.950 kg	1+2LP 13HP 2 HP 4LP	1992
IAE V2500	22.000–33.000 lbf98–147 kN	4.60-5.40	24.9-33.40	0,34–0,37 lb/(lbf⋅h)9,6–10,5 g/(kN⋅s)	0,574–0,581 lb/(lbf⋅h)16,3–16,5 g/(kN⋅s)	5.210–5.252 lb2.363–2.382 kg	1+4LP 10HP 2HP 5LP	1989-1994
CFM56	20.600–31.200 lbf92–139 kN	4.80-6.40	25.70-31.50	0,32–0,36 lb/(lbf⋅h)9,1–10,2 g/(kN⋅s)	0,545–0,667 lb/(lbf⋅h)15,4–18,9 g/(kN⋅s)	4.301–5.700 lb1.951–2.585 kg	1+3/4LP 9HP 1HP 4/5LP	3.20-4.55	1986-1997
D-30	23.850 lbf106,1 kN	2.42	0,700 lb/(lbf⋅h)19,8 g/(kN⋅s)	5.110 lb2.320 kg	1+3LP 11HP 2HP 4LP	1982
JT8D	21.700 lbf97 kN	1.77	19.2	0,519 lb/(lbf⋅h)14,7 g/(kN⋅s)	0,737 lb/(lbf⋅h)20,9 g/(kN⋅s)	4.515 lb2.048 kg	1+6LP 7HP 1HP 3LP	2.99	1986
BR700	14.845–19.883 lbf66,03–88,44 kN	4.00-4.70	25.7-32.1	0,370–0,390 lb/(lbf⋅h)10,5–11,0 g/(kN⋅s)	0,620–0,640 lb/(lbf⋅h)17,6–18,1 g/(kN⋅s)	3.520–4.545 lb1.597–2.062 kg	1+1/2LP 10HP 2HP 2/3LP	1996
D-436	16.865 lbf75,02 kN	4.95	25.2	0,610 lb/(lbf⋅h)17,3 g/(kN⋅s)	3.197 lb1.450 kg	1+1L 6I 7HP 1HP 1IP 3LP	1996
RR Tay	13.850–15.400 lbf61,6–68,5 kN	3.04-3.07	15.8-16.6	0,43–0,45 lb/(lbf⋅h)12–13 g/(kN⋅s)	0,690 lb/(lbf⋅h)19,5 g/(kN⋅s)	2.951–3.380 lb1.339–1.533 kg	1+3LP 12HP 2HP 3LP	2.6	1988-1992
RR Spey	9.900–11.400 lbf44–51 kN	0.64-0.71	15.5-18.4	0,56 lb/(lbf⋅h)16 g/(kN⋅s)	0,800 lb/(lbf⋅h)22,7 g/(kN⋅s)	2.287–2.483 lb1.037–1.126 kg	4/5LP 12HP 2HP 2LP	1968-1969
GE CF34	9.220 lbf41,0 kN	21	0,35 lb/(lbf⋅h)9,9 g/(kN⋅s)	1.670 lb760 kg	1F 14HP 2HP 4LP	1996
AE3007	7.150 lbf31,8 kN	24.0	0,390 lb/(lbf⋅h)11,0 g/(kN⋅s)	1.581 lb717 kg
ALF502/LF507	6.970–7.000 lbf31,0–31,1 kN	5.60-5.70	12.2-13.8	0,406–0,408 lb/(lbf⋅h)11,5–11,6 g/(kN⋅s)	0,414–0,720 lb/(lbf⋅h)11,7–20,4 g/(kN⋅s)	1.336–1.385 lb606–628 kg	1+2L 7+1HP 2HP 2LP	1.66	1982-1991
CFE738	5.918 lbf26,32 kN	5.30	23.0	0,369 lb/(lbf⋅h)10,5 g/(kN⋅s)	0,645 lb/(lbf⋅h)18,3 g/(kN⋅s)	1.325 lb601 kg	1+5LP+1CF 2HP 3LP	1992
PW300	5.266 lbf23,42 kN	4.50	23.0	0,391 lb/(lbf⋅h)11,1 g/(kN⋅s)	0,675 lb/(lbf⋅h)19,1 g/(kN⋅s)	993 lb450 kg	1+4LP+1HP 2HP 3LP	1990
JT15D	3.045 lbf13,54 kN	3.30	13.1	0,560 lb/(lbf⋅h)15,9 g/(kN⋅s)	0,541 lb/(lbf⋅h)15,3 g/(kN⋅s)	632 lb287 kg	1+1LP+1CF 1HP 2LP	1983
FJ44	1.900 lbf8,5 kN	3.28	12.8	0,456 lb/(lbf⋅h)12,9 g/(kN⋅s)	0,750 lb/(lbf⋅h)21,2 g/(kN⋅s)	445 lb202 kg	1+1L 1C 1H 1HP 2LP	1992

Bảng sau cho giá trị hiệu suất khi động cơ hoạt động ở 80% lực đẩy, là trạng thái phổ biến khi máy bay bay hành trình, theo đó, mực tiêu thụ nhiên liệu sẽ là thấp nhất. Hiệu suất của động cơ máy bay cánh quạt sẽ được tính bằng công suất chia cho tốc độ tiêu hao năng lượng. Do công suất bằng lực nhân với vận tốc, hiệu suất sẽ được cho bởi công thức

η = V / ( S F C × h ) {\displaystyle \eta =V/(SFC\times h)}

trong đó V là vận tốc còn h là năng lượng riêng của nhiên liệu.

Bay hành trình cận âm, 80% lực đẩy, SFC nhỏ nhất[5]

Turbofan	Hiệu suất
GE90	36.1%
PW4000	34.8%
PW2037	35.1% (M.87 40K)
PW2037	33.5% (M.80 35K)
CFM56-2	30.5%
TFE731-2	23.4%

Xem thêm

[sửa | sửa mã nguồn]

• Brake specific fuel consumption
• Năng lượng riêng
• Xung lực đẩy riêng

Tham khảo

[sửa | sửa mã nguồn]

1. ^ Specific Fuel Consumption Lưu trữ ngày 9 tháng 8 năm 2010 tại Wayback Machine.
2. ^ Supersonic Dream
3. ^ "The turbofan engine Lưu trữ ngày 18 tháng 4 năm 2015 tại Wayback Machine", page 5. SRM Institute of Science and Technology, Department of aerospace engineering
4. ^ Lloyd R. Jenkinson; và đồng nghiệp (ngày 30 tháng 7 năm 1999). "Civil Jet Aircraft Design: Engine Data File". Elsevier/Butterworth-Heinemann.
5. ^ Ilan Kroo. "Specific Fuel Consumption and Overall Efficiency". Aircraft Design: Synthesis and Analysis. Stanford University. Bản gốc lưu trữ ngày 24 tháng 11 năm 2016.

Liên kết ngoài

[sửa | sửa mã nguồn]

• GE CF6 website Lưu trữ ngày 4 tháng 9 năm 2011 tại Wayback Machine
• NASA Cruise SFC vs. Year Lưu trữ ngày 6 tháng 10 năm 2021 tại Wayback Machine
• SFC by Engine/Mfg Lưu trữ ngày 27 tháng 6 năm 2019 tại Wayback Machine