Seuraa 
Viestejä4947

Kysymys suihkusuuttimen fysiikasta.

Liikennelentokoneiden puhallinmoottorien työntövoimasta puhallin tuottaa 75 – 90 %.
Alhaisilla lentonopeuksilla äänen nopeus voi rajoittaa puhallinsuihkun nopeutta, mutta matkanopeudella se ei enää sitä rajoita.. Matkakorkeudella ± 35000 ft (10,7 km) lentonopeus on noin 900 km/h. Äänen nopeus samalla korkeudella on ± 1067 km/h. Jotta puhallinvirtaus voisi tuottaa riittävästi työntövoimaa, puhallinsuihkun nopeuden täytyy ylittää reilusti äänen nopeus moottorin (lentokoneen) suhteen. Suihkun itsensä suhteen äänen nopeus ei kuitenkaan ylity. Suihkun nopeus voikin nousta lähes puolitoistakertaiseen äänen nopeuteen Mach 1,5.

file:///C:/Users/admin/Downloads/Turbofan%20design%20for%20the%20commercial%20aircraft.pdf
page 24. ”By the time the air leaves the nozzle at the back of the engine
it has been accelerated to a speed of nearly 1,000 miles per hour (1,600 kph).”

Puhallinkanavan suihkusuutin on suppeneva siten, että maassa lähtövirtausnopeus on noin kaksinkertainen tulovirtausnopeuteen.

Yleisesti suppenevan suuttimen toimintaa on kuvattu seuraavassa tiedostossa.

http://www.kurssit.lut.fi/040301000/main/11_print.html
kohta 11.5.1.1 Suppeneva suutin

Sen mukaan suppenevan suuttimen virtaus ei voi ylittää äänen nopeutta (suihkun lämpötilassa) eli suutin ”tukkeutuu” (choked, kuristuu). Siitä saa käsityksen, että suuttimen liikkeellä ei olisi mitään merkitystä virtausnopeuteen, niinkuin em lentokonemoottorin puhallinsuihkun tapauksessa kuitenkin on.

Miten tämä ristiriita on selitettävissä?
Teoriassa äänen nopeus siis ei voi ylittyä, mutta käytännössä kuitenkin ylittyy?
Voiko suihkumoottorin kuuma turbiinisuihkukin ”käytännössä” ylittää äänen nopeuden, vaikka suutin olisi vain suppeneva eikä Laval-suutin, kun lentonopeutta on riittävästi?

Sivut

Kommentit (351)

o_turunen
Seuraa 
Viestejä14900

Kontra1 kirjoitti:
Kysymys suihkusuuttimen fysiikasta.

Liikennelentokoneiden puhallinmoottorien työntövoimasta puhallin tuottaa 75 – 90 %.
Alhaisilla lentonopeuksilla äänen nopeus voi rajoittaa puhallinsuihkun nopeutta, mutta matkanopeudella se ei enää sitä rajoita.. Matkakorkeudella ± 35000 ft (10,7 km) lentonopeus on noin 900 km/h. Äänen nopeus samalla korkeudella on ± 1067 km/h. Jotta puhallinvirtaus voisi tuottaa riittävästi työntövoimaa, puhallinsuihkun nopeuden täytyy ylittää reilusti äänen nopeus moottorin (lentokoneen) suhteen. Suihkun itsensä suhteen äänen nopeus ei kuitenkaan ylity. Suihkun nopeus voikin nousta lähes puolitoistakertaiseen äänen nopeuteen Mach 1,5.

file:///C:/Users/admin/Downloads/Turbofan%20design%20for%20the%20commercial%20aircraft.pdf
page 24. ”By the time the air leaves the nozzle at the back of the engine
it has been accelerated to a speed of nearly 1,000 miles per hour (1,600 kph).”

Puhallinkanavan suihkusuutin on suppeneva siten, että maassa lähtövirtausnopeus on noin kaksinkertainen tulovirtausnopeuteen.

Yleisesti suppenevan suuttimen toimintaa on kuvattu seuraavassa tiedostossa.

http://www.kurssit.lut.fi/040301000/main/11_print.html
kohta 11.5.1.1 Suppeneva suutin

Sen mukaan suppenevan suuttimen virtaus ei voi ylittää äänen nopeutta (suihkun lämpötilassa) eli suutin ”tukkeutuu” (choked, kuristuu). Siitä saa käsityksen, että suuttimen liikkeellä ei olisi mitään merkitystä virtausnopeuteen, niinkuin em lentokonemoottorin puhallinsuihkun tapauksessa kuitenkin on.

Miten tämä ristiriita on selitettävissä?
Teoriassa äänen nopeus siis ei voi ylittyä, mutta käytännössä kuitenkin ylittyy?
Voiko suihkumoottorin kuuma turbiinisuihkukin ”käytännössä” ylittää äänen nopeuden, vaikka suutin olisi vain suppeneva eikä Laval-suutin, kun lentonopeutta on riittävästi?

Suuttimen kurkussa on suurin nopeus todellakin äänen nopeus.

Ristiriita on siinä, että sinun moottorisi ei ole mikään suutin.

Korant: Oikea fysiikka on oikeampaa kuin sinun klassinen mekaniikkasi. Jos olet eri mieltä kanssani olet ilman muuta väärässä.

Kontra1
Seuraa 
Viestejä4947

[/quote]

Suuttimen kurkussa on suurin nopeus todellakin äänen nopeus.

Ristiriita on siinä, että sinun moottorisi ei ole mikään suutin.

 [/quote]

1. Kun suutin liikkuessaan vastakkaiseen suuntaan suihkun suhteen "karkaa" suihkun edellä, miksei se mahdollista äänen nopeuden rajoituksen lakkaamista, kun sillä on riittävästi nopeutta? Luulisihan suuttimen nopeuden jotain vaikuttavan?

2. Moottorin puhallinkanavan suihkusuutinhan on suppeneva. Suihkun nopeus on noin kaksinkertainen tulovirtausnopeuteen verrattuna maassa, edellyttäen että sen nopeus ei yllä äänen nopeuteen. Eli maassa täydellä teholla suuttimen taakse nousee paine, kun suihkun nopeus ei voi ylittää äänen nopeutta, eli suutin "kuristuu".

Mikä puhallinkanavan suuttimen erottaa muista suppenevista suuttimista, joissa virtaus rajoittuu äänen nopeuteen eli "kuristuu" (choked, tukkeutuu) ? 

Sisältö jatkuu mainoksen alla
Sisältö jatkuu mainoksen alla
o_turunen
Seuraa 
Viestejä14900

Sinulla tuntuu olevan hiukan erikoinen käsitys siitä, mikä on suutin. Moottorissasi on varmaan montakin suutinta. Mikä on puhallinkanavan suihkusuutin???

No yksinkertaisesti. Jos meillä on kaasua paineastiassa, ja astian seinässä reikä, niin sitten meillä on suutin. Jos astian paine on suunnilleen kaksinkertainen ulkoilman paineeseen verrattuna, niin virtausnopeus on suunnilleen äänen nopeus suuttimen kurkussa. Paineen nostaminen astiassa ei nosta virtausnopeutta. Se nostaa ainoastaan kaasun tiheyttä ja massavirtaa.

Jos kasaat yhteen putkia, astioita, puhaltimia ja suuttimia, niin saatat saada jotain ihan muuta aikaiseksi.

Korant: Oikea fysiikka on oikeampaa kuin sinun klassinen mekaniikkasi. Jos olet eri mieltä kanssani olet ilman muuta väärässä.

Kontra1
Seuraa 
Viestejä4947

o_turunen kirjoitti:
Sinulla tuntuu olevan hiukan erikoinen käsitys siitä, mikä on suutin. Moottorissasi on varmaan montakin suutinta. Mikä on puhallinkanavan suihkusuutin???

No yksinkertaisesti. Jos meillä on kaasua paineastiassa, ja astian seinässä reikä, niin sitten meillä on suutin. Jos astian paine on suunnilleen kaksinkertainen ulkoilman paineeseen verrattuna, niin virtausnopeus on suunnilleen äänen nopeus suuttimen kurkussa. Paineen nostaminen astiassa ei nosta virtausnopeutta. Se nostaa ainoastaan kaasun tiheyttä ja massavirtaa.

Jos kasaat yhteen putkia, astioita, puhaltimia ja suuttimia, niin saatat saada jotain ihan muuta aikaiseksi.

 

Kiitos kannaotosta.

Puhallinmoottorissa puhallinkanava muodostaa suppevan suuttimen. Kyllä tämä asia moottoritekniikkaa kuvaavissa dokumenteissa on mainittu. (Esimerkisi kun moottorijarrutuksessa käännetään puhallinkanavan sivuista siivekkeillä suihku etuviistoon, virtauksen täytyy kiihtyä tulovirtausta suuremmaksi, ja se voi tapahtua vain suppenevassa kanavassa.)

Suuttimia on suihkumoottorissa tosiaan erilaisia. Esimerkiksi turbiinin siivet muodostavat keskenään suppenevia suuttimia, joilla reaktiovoima saadaan syntymään. 

Mutta jatketaanpa vielä ilmapallovertauksella.

Oletetaan, että ilmapallo on niin vahva, että sinne voisi pumpata painetta vaikka 5 baria. Jos nyt pidetään kiinni suuaukosta, ja annetan ilman vapaasti purkautua, niin ilmavirtaus rajoittuu äänen nopeuteen, eli virtaus ”kuristuu”. Jos sitten päästetään pallo lentoon, eikö luulisi ilmavirtauksen nopeuden virtauksen itsensä suhteen säilyvän edelleen äänen nopeutena, mutta pallon suhteen se olisi suurempi, kun pallon nopeus summautuisi siihen? Nimittäin vitausnopeuttahan rajoittaa vain ilmamolikyylit toistensa edessä, mutta jos pallo karkaa edellä, ilmamolekyylit eivät ole enää estämässä toistenta liikettä.

o_turunen
Seuraa 
Viestejä14900

Kontra1 kirjoitti:
o_turunen kirjoitti:

Jos kasaat yhteen putkia, astioita, puhaltimia ja suuttimia, niin saatat saada jotain ihan muuta aikaiseksi.

 

Kiitos kannaotosta.

Puhallinmoottorissa puhallinkanava muodostaa suppevan suuttimen. Kyllä tämä asia moottoritekniikkaa kuvaavissa dokumenteissa on mainittu. (Esimerkisi kun moottorijarrutuksessa käännetään puhallinkanavan sivuista siivekkeillä suihku etuviistoon, virtauksen täytyy kiihtyä tulovirtausta suuremmaksi, ja se voi tapahtua vain suppenevassa kanavassa.)

Suuttimia on suihkumoottorissa tosiaan erilaisia. Esimerkiksi turbiinin siivet muodostavat keskenään suppenevia suuttimia, joilla reaktiovoima saadaan syntymään. 

Mutta jatketaanpa vielä ilmapallovertauksella.

Oletetaan, että ilmapallo on niin vahva, että sinne voisi pumpata painetta vaikka 5 baria. Jos nyt pidetään kiinni suuaukosta, ja annetan ilman vapaasti purkautua, niin ilmavirtaus rajoittuu äänen nopeuteen, eli virtaus ”kuristuu”. Jos sitten päästetään pallo lentoon, eikö luulisi ilmavirtauksen nopeuden virtauksen itsensä suhteen säilyvän edelleen äänen nopeutena, mutta pallon suhteen se olisi suurempi, kun pallon nopeus summautuisi siihen? Nimittäin vitausnopeuttahan rajoittaa vain ilmamolikyylit toistensa edessä, mutta jos pallo karkaa edellä, ilmamolekyylit eivät ole enää estämässä toistenta liikettä.

 

Oletetaan, että meillä on esimerkiksi tuollainen puhallin:

http://www.flaktwoods.com/products/air-movement-/ventilation-fans/axial-...

Sijoitamme sen paineastian seinässä olevan DeLaval-suuttimen kurkkuun. Pystymme kasvattamaan ilmavirran nopeutta, vaikka astiassa ei mitään ylipainetta olisikaan, mutta se ei ole suuttimen ominaisuus. Älä tee liian monimutkaisia esimerkkejä. Yksi asia kerrallaan.

Jos meillä on ilmapallo, joka lentää nopeudella 1 M ja siitä purkautuu taaksepäin suihku, jonka nopeus on 1 M pallon suhteen, niin nuo nopeudet summautuvat niin, että suihkun nopeus ympäröivän ilman suhteen on nolla.

Mikä on suihkun nopeus itsensä suhteen, sitä voi arvailla.

Korant: Oikea fysiikka on oikeampaa kuin sinun klassinen mekaniikkasi. Jos olet eri mieltä kanssani olet ilman muuta väärässä.

Kontra1
Seuraa 
Viestejä4947

o_turunen kirjoitti:
Kontra1 kirjoitti:
o_turunen kirjoitti:

Jos kasaat yhteen putkia, astioita, puhaltimia ja suuttimia, niin saatat saada jotain ihan muuta aikaiseksi.

 

Kiitos kannaotosta.

Puhallinmoottorissa puhallinkanava muodostaa suppevan suuttimen. Kyllä tämä asia moottoritekniikkaa kuvaavissa dokumenteissa on mainittu. (Esimerkisi kun moottorijarrutuksessa käännetään puhallinkanavan sivuista siivekkeillä suihku etuviistoon, virtauksen täytyy kiihtyä tulovirtausta suuremmaksi, ja se voi tapahtua vain suppenevassa kanavassa.)

Suuttimia on suihkumoottorissa tosiaan erilaisia. Esimerkiksi turbiinin siivet muodostavat keskenään suppenevia suuttimia, joilla reaktiovoima saadaan syntymään. 

Mutta jatketaanpa vielä ilmapallovertauksella.

Oletetaan, että ilmapallo on niin vahva, että sinne voisi pumpata painetta vaikka 5 baria. Jos nyt pidetään kiinni suuaukosta, ja annetan ilman vapaasti purkautua, niin ilmavirtaus rajoittuu äänen nopeuteen, eli virtaus ”kuristuu”. Jos sitten päästetään pallo lentoon, eikö luulisi ilmavirtauksen nopeuden virtauksen itsensä suhteen säilyvän edelleen äänen nopeutena, mutta pallon suhteen se olisi suurempi, kun pallon nopeus summautuisi siihen? Nimittäin vitausnopeuttahan rajoittaa vain ilmamolikyylit toistensa edessä, mutta jos pallo karkaa edellä, ilmamolekyylit eivät ole enää estämässä toistenta liikettä.

 

Oletetaan, että meillä on esimerkiksi tuollainen puhallin:

http://www.flaktwoods.com/products/air-movement-/ventilation-fans/axial-...

Sijoitamme sen paineastian seinässä olevan DeLaval-suuttimen kurkkuun. Pystymme kasvattamaan ilmavirran nopeutta, vaikka astiassa ei mitään ylipainetta olisikaan, mutta se ei ole suuttimen ominaisuus. Älä tee liian monimutkaisia esimerkkejä. Yksi asia kerrallaan.

Jos meillä on ilmapallo, joka lentää nopeudella 1 M ja siitä purkautuu taaksepäin suihku, jonka nopeus on 1 M pallon suhteen, niin nuo nopeudet summautuvat niin, että suihkun nopeus ympäröivän ilman suhteen on nolla.

Mikä on suihkun nopeus itsensä suhteen, sitä voi arvailla.

 

Tuo tilanne on mahdollista vain tyhjössä, koska ilmanvastus estää pallon saavuttamasta suihkun nopeutta. Mutta oletetaan koordinaatisto silti sidotun ympäröivään ilmaan.

Suihkumoottorin puhallinsuihku voi käytännössä saavuttaa nopeuden noin 1,5 M moottorin suhteen, mutta teoreettinen maksiminopeus = lentonopeus + 1 M. Suihkun rajanopeus itsensä suhteen on silloin tuo 1M.

Sinun ilmapallon esimerkissä suihkun nopeus itsensä suhteen on siis 0 M, koska ilmamolekyylit eivät liiku toistensa suhteen suihkuaukossa, vaan jäävät paikoilleen. (Pallon sisällä ne kyllä liikkuvat suihkuaukkoa kohti.) Mutta jos painetta pallossa nostettaisiin riittävästi, teoreettinen rajanopeus suihkun itsensä suhteen olisi 1M. Ja silloin suihkun nopeus pallon suhteen olisi 2 M. Eikä vielä tarvittaisi Laval-suutinta, jolla nopeus voisi nousta vielä lisää.

Minkähän vuoksi sinä et hyväksy suihkumoottorin puhallinkanavan suppenevaa suutinta ”suuttimeksi”, vaikka se on ihan vastaava kuin varsinaisessa turbiinissakin? Erona vain pinta-ala, rengasmuoto ja kaasun lämpötila. Nämä molemmat ovat juuri suppevia suuttimia, josta kuvaus tässä em tiedostossa.

http://www.kurssit.lut.fi/040301000/main/11_print.html

kohta 11.5.1.1 Suppeneva suutin

o_turunen
Seuraa 
Viestejä14900

Kontra1 kirjoitti:

Tuo tilanne on mahdollista vain tyhjössä, koska ilmanvastus estää pallon saavuttamasta suihkun nopeutta. Mutta oletetaan koordinaatisto silti sidotun ympäröivään ilmaan.

Suihkumoottorin puhallinsuihku voi käytännössä saavuttaa nopeuden noin 1,5 M moottorin suhteen, mutta teoreettinen maksiminopeus = lentonopeus + 1 M. Suihkun rajanopeus itsensä suhteen on silloin tuo 1M.

Sinun ilmapallon esimerkissä suihkun nopeus itsensä suhteen on siis 0 M, koska ilmamolekyylit eivät liiku toistensa suhteen suihkuaukossa, vaan jäävät paikoilleen. (Pallon sisällä ne kyllä liikkuvat suihkuaukkoa kohti.) Mutta jos painetta pallossa nostettaisiin riittävästi, teoreettinen rajanopeus suihkun itsensä suhteen olisi 1M. Ja silloin suihkun nopeus pallon suhteen olisi 2 M. Eikä vielä tarvittaisi Laval-suutinta, jolla nopeus voisi nousta vielä lisää.

Minkähän vuoksi sinä et hyväksy suihkumoottorin puhallinkanavan suppenevaa suutinta ”suuttimeksi”, vaikka se on ihan vastaava kuin varsinaisessa turbiinissakin? Erona vain pinta-ala, rengasmuoto ja kaasun lämpötila. Nämä molemmat ovat juuri suppevia suuttimia, josta kuvaus tässä em tiedostossa.

http://www.kurssit.lut.fi/040301000/main/11_print.html

kohta 11.5.1.1 Suppeneva suutin

Miten määritellään suihkun nopeus itsensä suhteen?

En ole hyväksynyt enkä paheksunut suuttimen nimittämistä suuttimeksi. Jos kaasua tavalla tai toisella puristetaan supistuvaan kanavaan, niin se voi kanavan ahtaimmassa kohdassa saavuttaa nopeuden 1 M. Jos kanava on lentokoneessa, joka lentää 3 M, niin kaasun nopeus voi olla peräti 4 M. Riippuu siitä, mistä katsotaan.

Korant: Oikea fysiikka on oikeampaa kuin sinun klassinen mekaniikkasi. Jos olet eri mieltä kanssani olet ilman muuta väärässä.

Kontra1
Seuraa 
Viestejä4947

o_turunen kirjoitti:
Kontra1 kirjoitti:

Tuo tilanne on mahdollista vain tyhjössä, koska ilmanvastus estää pallon saavuttamasta suihkun nopeutta. Mutta oletetaan koordinaatisto silti sidotun ympäröivään ilmaan.

Suihkumoottorin puhallinsuihku voi käytännössä saavuttaa nopeuden noin 1,5 M moottorin suhteen, mutta teoreettinen maksiminopeus = lentonopeus + 1 M. Suihkun rajanopeus itsensä suhteen on silloin tuo 1M.

Sinun ilmapallon esimerkissä suihkun nopeus itsensä suhteen on siis 0 M, koska ilmamolekyylit eivät liiku toistensa suhteen suihkuaukossa, vaan jäävät paikoilleen. (Pallon sisällä ne kyllä liikkuvat suihkuaukkoa kohti.) Mutta jos painetta pallossa nostettaisiin riittävästi, teoreettinen rajanopeus suihkun itsensä suhteen olisi 1M. Ja silloin suihkun nopeus pallon suhteen olisi 2 M. Eikä vielä tarvittaisi Laval-suutinta, jolla nopeus voisi nousta vielä lisää.

Minkähän vuoksi sinä et hyväksy suihkumoottorin puhallinkanavan suppenevaa suutinta ”suuttimeksi”, vaikka se on ihan vastaava kuin varsinaisessa turbiinissakin? Erona vain pinta-ala, rengasmuoto ja kaasun lämpötila. Nämä molemmat ovat juuri suppevia suuttimia, josta kuvaus tässä em tiedostossa.

http://www.kurssit.lut.fi/040301000/main/11_print.html

kohta 11.5.1.1 Suppeneva suutin

Miten määritellään suihkun nopeus itsensä suhteen?

En ole hyväksynyt enkä paheksunut suuttimen nimittämistä suuttimeksi. Jos kaasua tavalla tai toisella puristetaan supistuvaan kanavaan, niin se voi kanavan ahtaimmassa kohdassa saavuttaa nopeuden 1 M. Jos kanava on lentokoneessa, joka lentää 3 M, niin kaasun nopeus voi olla peräti 4 M. Riippuu siitä, mistä katsotaan.

 

Tuossa edella kirjoitin: ”Suihkumoottorin puhallinsuihku voi käytännössä saavuttaa nopeuden noin 1,5 M moottorin suhteen, mutta teoreettinen maksiminopeus = lentonopeus + 1 M. Suihkun rajanopeus itsensä suhteen on silloin tuo 1M.”

Eli kun koordinaatisto sidotaan maahan, niin puhaltimen suihkun nopeus itsensä suhteen on suihkun nopeus maan suhteen, ja se on tuossa tapauksessa noin          1,5 M – lentonopeus, 

eli 1,5 x 1067 km/h – 900 km/h = 700 km/h.eli 0,66 M. Mutta raja tulisi vastaan vasta, kun suihkun nopeus maan suhteen olisi 1 M. Jo sen rajan lähestyessä paine alkaisi nousta suuttimen suulla, ja moottori ylikuormittuisi.

Kyllä suihkun nopeus tässä liikennekoneen suihkumoottorin puhaltinmen tapauksessa juuri suuttimen kapeimmassa kohdassa ylittää äänen nopeuden, siis moottorin suhteen (vaikka suutin ei ole Laval-suutin), mutta itsensä suhteen (eli maan suhteen) se ei ylity.

Hävittäjien moottoreissa puhallinvirtaus sen sijaan kiihdytetään Laval-suuttimella, (jolla tietääkseni miehittämättömällä lentokoneella on saavutettu nopeus Mach 22).

Tässä on juuri se epäselvyys. Kun en ole löytänyt mistään suutinfysiikkaa käsittelevistä tiedoista mainintaa siitä, mitä suuttimen liike vaikuttaa virtaukseen, eli jos suutin liikkuu vastakkaiseen suuntaan suihkun suhteen, eli ”karkaa” suihkun edellä, ja kuitenkin liikennekoneen puhallisuuttimella suihkun nopeus nousee 1,5 Machiin ilman mitään Laval-suutinta.

Kontra1
Seuraa 
Viestejä4947

o_turunen kirjoitti:
Kontra1 kirjoitti:

Tuo tilanne on mahdollista vain tyhjössä, koska ilmanvastus estää pallon saavuttamasta suihkun nopeutta. Mutta oletetaan koordinaatisto silti sidotun ympäröivään ilmaan.

Suihkumoottorin puhallinsuihku voi käytännössä saavuttaa nopeuden noin 1,5 M moottorin suhteen, mutta teoreettinen maksiminopeus = lentonopeus + 1 M. Suihkun rajanopeus itsensä suhteen on silloin tuo 1M.

Sinun ilmapallon esimerkissä suihkun nopeus itsensä suhteen on siis 0 M, koska ilmamolekyylit eivät liiku toistensa suhteen suihkuaukossa, vaan jäävät paikoilleen. (Pallon sisällä ne kyllä liikkuvat suihkuaukkoa kohti.) Mutta jos painetta pallossa nostettaisiin riittävästi, teoreettinen rajanopeus suihkun itsensä suhteen olisi 1M. Ja silloin suihkun nopeus pallon suhteen olisi 2 M. Eikä vielä tarvittaisi Laval-suutinta, jolla nopeus voisi nousta vielä lisää.

Minkähän vuoksi sinä et hyväksy suihkumoottorin puhallinkanavan suppenevaa suutinta ”suuttimeksi”, vaikka se on ihan vastaava kuin varsinaisessa turbiinissakin? Erona vain pinta-ala, rengasmuoto ja kaasun lämpötila. Nämä molemmat ovat juuri suppevia suuttimia, josta kuvaus tässä em tiedostossa.

http://www.kurssit.lut.fi/040301000/main/11_print.html

kohta 11.5.1.1 Suppeneva suutin

Miten määritellään suihkun nopeus itsensä suhteen?

En ole hyväksynyt enkä paheksunut suuttimen nimittämistä suuttimeksi. Jos kaasua tavalla tai toisella puristetaan supistuvaan kanavaan, niin se voi kanavan ahtaimmassa kohdassa saavuttaa nopeuden 1 M. Jos kanava on lentokoneessa, joka lentää 3 M, niin kaasun nopeus voi olla peräti 4 M. Riippuu siitä, mistä katsotaan.

 

Tuossa edella kirjoitin: ”Suihkumoottorin puhallinsuihku voi käytännössä saavuttaa nopeuden noin 1,5 M moottorin suhteen, mutta teoreettinen maksiminopeus = lentonopeus + 1 M. Suihkun rajanopeus itsensä suhteen on silloin tuo 1M.”

Eli kun koordinaatisto sidotaan maahan, niin puhaltimen suihkun nopeus itsensä suhteen on suihkun nopeus maan suhteen, ja se on tuossa tapauksessa noin          1,5 M – lentonopeus, 

eli 1,5 x 1067 km/h – 900 km/h = 700 km/h.eli 0,66 M. Mutta raja tulisi vastaan vasta, kun suihkun nopeus maan suhteen olisi 1 M. Jo sen rajan lähestyessä paine alkaisi nousta suuttimen suulla, ja moottori ylikuormittuisi.

Kyllä suihkun nopeus tässä liikennekoneen suihkumoottorin puhaltinmen tapauksessa juuri suuttimen kapeimmassa kohdassa ylittää äänen nopeuden, siis moottorin suhteen (vaikka suutin ei ole Laval-suutin), mutta itsensä suhteen (eli maan suhteen) se ei ylity.

Hävittäjien moottoreissa puhallinvirtaus sen sijaan kiihdytetään Laval-suuttimella, (jolla tietääkseni miehittämättömällä lentokoneella on saavutettu nopeus Mach 22).

Tässä on juuri se epäselvyys. Kun en ole löytänyt mistään suutinfysiikkaa käsittelevistä tiedoista mainintaa siitä, mitä suuttimen liike vaikuttaa virtaukseen, eli jos suutin liikkuu vastakkaiseen suuntaan suihkun suhteen, eli ”karkaa” suihkun edellä, ja kuitenkin liikennekoneen puhallisuuttimella suihkun nopeus nousee 1,5 Machiin ilman mitään Laval-suutinta.

Kontra1
Seuraa 
Viestejä4947

Seuraanvanlaista tietoa suihkumoottorin suuttimista löytyy mm. oheisessa wiki-tiedostossa

http://en.wikipedia.org/wiki/Propelling_nozzle

Propelling nozzles

....... a convergent nozzle cannot accelerate the jet beyond sonic speed ²

ja viitataan kirjaan ² "Jet Propulsion for Aerospace Applications" second edition, Hesse and Mumford, Pitman Publishing Corporation p136.

Eli ihan oppikirjassa väitetään, ettei suppenevan suuttimen suihku voi ylittää äänen nopeutta. Käytännössä kuitenkin esimerkiksi puhallinmoottorin suppenevan suuttimen suihkun nopeus lentokoneen suhteen matkalennolla ylittyy 1,5-kertaisesti.

Totta on, että maassa lentokone paikallaan ei suihkun nopeus voi ylittää äänen nopeutta, mutta mikä sitä estää ylittymästä, kun lentokoneella on riittävästi nopeutta.

Otanpa vielä edellä jo esittämäni ilmapallovertauksen vähän tarkennettuna.

Eikö aihe kiinnosta hitausvoimasta känääviä.

Oletetaan, että ilmapallo on niin vahva, että sinne voisi pumpata painetta vaikka 5 baria. Jos nyt pidetään kiinni suuaukosta, ja annetan ilman vapaasti purkautua, niin ilmavirtaus rajoittuu äänen nopeuteen, eli virtaus ”kuristuu”. Virtaus rajoittuu äänen nopeuteen sekä pallon suhteen, että ympäröivän ilman suhteen, eli virtauksen itsensä suhteen. Jos sitten päästetään pallo lentoon, eikö luulisi ilmavirtauksen nopeuden säilyvän virtauksen itsensä suhteen (eli ympäröivän ilman suhteen) edelleen äänen nopeutena, mutta pallon suhteen se olisi suurempi, kun pallon nopeus summautuisi siihen? Nimittäin virtausnopeuttahan rajoittaa vain ilmamolikyylit toistensa edessä, mutta jos pallo karkaa edellä, niin ilmamolekyylit eivät ole enää estämässä toistenta liikettä yhtä paljon.

Jos ilmapallovertaksenikin pitää paikkansa, silloin em oppikirjan väite, että suppenevan suuttimen suihku ei voi ylittää äänen nopeutta, on väärä. Vai tarkoitetaanko oppikirjassa suihkun nopeutta suihkun itsensä suhteen, eikä moottorin suhteen?

Kontra1
Seuraa 
Viestejä4947

Kolme vuotta sitten kävin o_turusen  kanssa keskustelua lentokoneen suihkusuuttimista. Tulin kirjoittaneeksi puppua.  Väitin mm että puhallinmoottorin puhallinsuihku ylittäisi äänen nopeuden. Näin ei voi tapahtua. Väärinkäsitys johtui lähdetiedoston tekstin virhetulkinnastani. Tavallisessa suppenevassa suuttimessa äänen nopeus ei voi ylittyä.

Tässä vähän lisätietoa tavallisesta suppenevasta suihkumoottorin suuttimesta.

 Ilman ohivirtausta olevan suihkumoottorin suihkusuutin on alle äänen nopeudella lentävillä koneilla kiinteä suppeneva ja yliäänikoneilla säädettävä (Laval-suutin). Suppenevan suuttimen suulla staattinen paine laskee muuttuen liike-energiaksi; tiheyden laskiessa lämpötila laskee ja mahdollisimman paljon energiaa saadaan siirtymään suihkun nopeuteen työntövoiman tuottamiseksi. Suppenevan suuttimen virtausvastus jarruttaa virtausta, mutta kun energian karkaaminen suihkun mukana lämpönä minimoituu, työntövoimaa saadaan radikaalisti enemmän kuin ilman ko. suutinta. (Raketin lämpöenergiahäviöt n.30% on pääosin suihkun mukana karkaavia ja sitä luokkaa ne turbiinisuihkussakin lienevät, mutta kokonaishäviöt suihkuturbiinilla kasvavat huomattavasti johtumis-/säteilyhäviöinä.) Suutinaukolla optimipaine on sama kuin ympäröivän ilman paine (alempi aiheuttaa osavoiman taaksepäin). Suurella teholla suutin on ”kuristunut” (choked) suihkun nopeuden rajoittuessa äänen nopeuteen  (suihkun lämpötilassa). Suihkuputkeen, suuttimeen ja suutinaukolle nousee silloin paine, joka kyllä tuottaa  työntövoimaa, mutta virtausta vastustaessaan rasittaa moottoria ja nostaa sen lämpötilaa ja lisää polttoaineenkulutusta. Suppenevalla suuttimella voidaan saavuttaa lentonopeus Mach 1,5 suuren äänennopeuden ansiosta kuumassa suihkussa (kun suihku 700 ºC, nopeus 2200 km/h, 611 m/s,), mutta lämpöhäviöt ovat Laval-suutinta suuremmat.

Kontra1
Seuraa 
Viestejä4947

Yliääninen suihku saadaan syntymään Laval-suuttimella (suppeneva ja heti laajeneva). Kun virtaa-van ilman + palokaasun paine, tiheys ja lämpötila pienenevät jatkuvasti, suihkun liike-energia kasvaa ja nopeus ylittää äänennopeuden suihkun lämpötilassa. Suihkuputken ja ulkoilman paine-ero on oltava riittävä nostamaan kapeimman kohdan virtaus rajoittumaan äänennopeuteen - kuristumaan, ja estämään laajenevassa osassa tiivistysiskun syntyminen - diffuusori-ilmiön.

Suuttimen suihkun suuren nopeuden vuoksi pienellä lentonopeudella tehoa hukkuu, eli tehonsiirto-sovitus (työntövoimahyötysuhde) on huono, ja vasta matka- ja manööverinopeudella sovitus on hyvä. Tämä koskee myös ohivirtausmoottoria. Potkuriturbiinilla tehonsiirtosovitus on hyvä alemmillakin nopeuksilla, kun potkurin lapakulmia säätämällä akselin vääntömomentti pysyy vakiona.

Kaikki nykyiset lentokoneiden suihkuturbiinimoottorit ovat ohivirtaustyyppisiä. Ohivirtaussuhde hävittäjillä < 35 % ja liikennekoneilla 80 -90 %.

Suuren ohivirtauksen puhallinturbiinin ja potkuriturbiinin energia kuluu pääosin turbiinien pyöritykseen, joten turbiinisuihkun lämpötila on alhainen, eikä suutin lämpöhäviön vuoksi tarvitse olla suppeneva. Turbiinin suihkuputki onkin mitoitettu niin, että suutinpainetta ei synny ja on äänettömämpi. Puhallinkanavan suutin suppenee nostaen suihkun nopeuden noin kaksinkertaiseksi.

JPI
Seuraa 
Viestejä27206

En jaksanut ihan kaikkea tarkkaan lukea, mutta mikähän se ongelma tässä on olevinaan
Kyllä suihkumoottori ja rakettimoottori työntöä kehittää olipa se suihkun nopeus johonkin moottorin ulkopuoliseen, kuten ilmaan, maahan tms. mikäntahansa. Pääseväthän avaruusaluksetkin maan kiertoradalle vaikka suihkun nopeus on vain noin puolet aluksen nopeudesta. Sama koskee lentokoneita, niiden nopeus ilman suhteen voi olla vaikka kaksinkertainen suihkun nopeuteen, silti moottorin työtövoima riippui vai suihkun nopeudesta suuttimen suhteen.

3³+4³+5³=6³

Kontra1
Seuraa 
Viestejä4947

JPI kirjoitti:
En jaksanut ihan kaikkea tarkkaan lukea, mutta mikähän se ongelma tässä on olevinaan
Kyllä suihkumoottori ja rakettimoottori työntöä kehittää olipa se suihkun nopeus johonkin moottorin ulkopuoliseen, kuten ilmaan, maahan tms. mikäntahansa. Pääseväthän avaruusaluksetkin maan kiertoradalle vaikka suihkun nopeus on vain noin puolet aluksen nopeudesta. Sama koskee lentokoneita, niiden nopeus ilman suhteen voi olla vaikka kaksinkertainen suihkun nopeuteen, silti moottorin työtövoima riippui vai suihkun nopeudesta suuttimen suhteen.

Ei ole mitään ongelmaa. Ne kolmen vuoden takaiset kommenttini olivat osin huuhaata, ja kyllä selväksi tuli jo silloinkin o_turusen ansiosta, että pienikin suihkun  nopeus moottorin suhteen synnyttää työntövoimaa, oli koneen nopeus mikä tahansa. Se koneen ilmanvastus taisi sotkea silloin ajatuksiani, kun taas raketissa avaruudessa ei sitä ole.

Näillä tämän päivän kommenteilla on siis  tarkoitus korjata aikaisempia töppäilyjäni. Jos virheelliset kommentit voisikin poistaa, mitään "katumusharjoituksia" ei tarvittaisi. Harmillista nimittäin on, jos joku omaksuu levittämääni väärää tietoa.

Tuolla Suihkumoottorin tehot  ketjussa on myös toimestani väärää tietoa, jota olen kyllä sielläkin korjannut, kun mm Wikissä ollutta väärää tietoa siirsin ketjuun. Kumma kyllä Wikin väärä tieto oli korjattu myöhemmin, vaikka en sitä itse sinne korjannut.

Sivut

Suosituimmat

Uusimmat

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Uusimmat

Suosituimmat