מטוסים וטיסה אזרחית/מסחרית - אם לא תשאל איך תדע?

[Fazer]

לפני 2 שעות, Pika007 כתב:

זה בגלל שאני לא מצליח להסביר את זה בצורה פשוטה ומובנת מספיק.

 

גם אם אני לא בטוח שאישית אני מצליח להבין עד הסוף - ריספקט על ההסברים.

[sperial]

מכיר לי איזה אווירונאוט שאני מכיר שנשאל פעם: "איך טס מטוס".

 

התשובה היתה שיש שתי אפשרויות

 

1. קסם.

2. משהו מסובך. ודרך אגב, יש אנשים שטוענים שגם המהנדסים לא באמת מבינים את זה.

 

אז אפשר לסלוח לחברי הפורום שאינם מצליחים להבין את נושא הבום העל קולי מהסבר פשטני במסגרת שאינה מיועדת להוארת מדעים. אבל, כאמור, צריך להודות לחברים כאן על המאמץ.

עריכה אחרונה ב-12 לאוגוסט, 2020 על ידי sperial

[Night Driver]

זה בכלל לא מסובך.

 

אם נסביר את זה בצורה פשטנית (ולא הכי מדוייקת) בגלל שהמטוס (או כל גוף אחר) נע במהירות שיוצרת מאחוריו חלל שהאויר צריך למלא והאויר לא "מספיק" למלא אותו מספיק מהר נוצרים מעין "בועות" של לחץ נמוך שהאויר קורס לתוכן ויוצר גלי הלם.  מפה אני חושב שההמשך כבר טריביאלי (באמת. לא כמו בטכניון כשלמרצה אין זין להסביר משהו מסובך).

[shais01]

אני מניח שלהרבה תופעות פיזיקליות יש הסבר פשטני, שעובד לא רע ומסביר 90 ומשהו אחוז מהתופעה, אבל כדי להגיע להסבר של 100% נדרש קורס שלם בטכניון.

נוסחת העילוי על בסיס חוק ברנולי למשל יחסית פשוטה וברורה וגם ההסבר הפיזיקלי שלה.

פיקה, זו הנוסחה שבאמת משתמשים בה מהנדסי אוירו או שזו הפשטה של משהו יותר מורכב?

[yohai71]

רוצה לציין שמעניין מאד לקרוא ולהחכים על הנושא. תודה לשי ופיקה על הנכונות לשתף. 

 

👍

[Pika007]

לפני כשעה, Night Driver כתב:

זה בכלל לא מסובך.

 

אם נסביר את זה בצורה פשטנית (ולא הכי מדוייקת) בגלל שהמטוס (או כל גוף אחר) נע במהירות שיוצרת מאחוריו חלל שהאויר צריך למלא והאויר לא "מספיק" למלא אותו מספיק מהר נוצרים מעין "בועות" של לחץ נמוך שהאויר קורס לתוכן ויוצר גלי הלם.  מפה אני חושב שההמשך כבר טריביאלי (באמת. לא כמו בטכניון כשלמרצה אין זין להסביר משהו מסובך).

 

מתקרר. זה לא קשור לחלל שמאחורי המטוס, תזכור כלל אצבע- בזרימה על קולית לא יכול לקרות שום דבר שכיוונו "במעלה הזרם" או מסתמך על דבר שקורה במעלה הזרם.

גל ההלם קורה ישירות איפה שהזרימה העל קולית פוגשת בהפרעה. אני לא יודע למה לא חשבתי על זה קודם, אבל שאגיע הביתה היום פשוט אעלה דוגמה של כנף יהלום (פרופיל על קולי פשוט) - רואים שם מה קורה שקיימת הפרעה, ואיך כל הסיפור הזה תלוי ישירות בשינוי זוית הזרימה בנקודת ההפרעה.

 

לפני 51 דקות, shais01 כתב:

נוסחת העילוי על בסיס חוק ברנולי למשל יחסית פשוטה וברורה וגם ההסבר הפיזיקלי שלה.

פיקה, זו הנוסחה שבאמת משתמשים בה מהנדסי אוירו או שזו הפשטה של משהו יותר מורכב?

 

כמו בערך כל נוסחה בזרימה, המקור שלה בסגירת נפח בקרה על משהו, שימוש במשוואות נוויה סטוקס, ביצוע ההנחות (זרימה תמידית, זרימה לא רוטציונית, אפשר להזניח גרוויטציה, זרימה רציפה, שימור מסה, ועוד כמה.

דרך אחרת היא ביצוע אינטגרל קוי על הלחץ סביב הפרופיל, והצבת משוואת ברנולי עבור הלחץ כדי לקבל את הדברים שנוח לנו לדעת (מהירות, צפיפות אוויר), את רכיב השטח מקבלים דרך הכללה לתלת מימד.

אגב, הנוסחה הפשטנית דווקא מדויקת להפליא עבור רוב הכנפיים הפשוטות, אם תשים כנף מלבנית עם פרופיל סטנדרטי כלשהו במנהרה מחוברת למד כח- התוצאות שתקבל בכלל לא יהיו רחוקות. בקורסים הבסיסיים יותר שמתעסקים במכניקת טיס משתמשים במשוואה הזו. במכניקת טיס מתקדמת וזרימה לא פשוטה- משתמשים במשוואות המלאות עם ביצוע ההנחות הנכונות, או בניית פותרנים שמשתמשים בשיטות אחרות לחישוב העילוי (אם זה מעניין מישהו אעלה דוגמה של שיעורי בית מתוך "אווירודינמיקה של גופים וכנפיים")

[shais01]

אני חייב לציין שהבנתי שרוב מה שכתבת נכתב בעברית...

 

[shaharper]

כמה ימים לא הייתי פה והשרשור הזה צץ לו, איזה כיף!

ישבתי עכשיו מעל שעה וקראתי כל מילה ב-8 עמודים של שאלות, תגובות והסברים, כיף כבר אמרתי?

תודה לשי ולפיקה על הרצון הטוב והזמן שהם משקיעים ומקווה שעוד ישקיעו.

 

אני מהנדס מכונות שמתעסק בצורה עקיפה בעולם התעופה (ייצור חלקי מבנה וחלקי מנוע), יש לי כמה שאלות בנושא הזה:

1. עד כמה המעבר לבליסקים שיפר את יעילות המנועים? התעסקתי רבות עם המנוע הוותיק CFM56 והשדרוג שבוצע לו לפני עשור ומשהו, הטענה אז הייתה ל-4% שיפור, לי זה תמיד היה נשמע מעט מדי...

2. החומרים החדשים שצצים להם בחלקי המנוע, עד שלמדנו להתמודד עם אינקונל 718 הגיעו החדשים כמו ה-RENE65  ועוד כמה - אז השאלה שלי היא במה מתבטא השיפור בתפקוד המנוע? (את ההבדלים הכימיים אני מכיר), הרי המנועים החדישים יותר לא נותנים יותר מהירות או כוח.

3. מה זה מנוע ה-ULTRAFAN של ROLLS-ROYCE? האם הוא קשור למנוע שכבת גבול?

 

המשימה הבאה שלי היא ללמוד את נושא מנועי שכבת הגבול, בטוח יהיו לי עוד שאלות אחר כך

 

[Pika007]

אוי האירוניה, אתה בערך איפה שאני מכוון להיות בדרך לעבור ל R&D ולתכנן את הדברים האלו במקום לייצר אותם.

1- ב CFM כנראה מדובר ב 4-5% שיפור, באופן כללי כתלות באופן הזרימה במנוע אפשר לקבל שיפור של עד 7-8%. הזרימה בשורש הדיסקות לא מהירה מאוד, אז ההפסדים כתוצאה מהריתוכים/מתאמים הישנים לא היו היסטריים.

חלק מהסיבה למעבר ואחד היתרונות הגדולים זה פחות עיבוד כמובן, וחיבור הרבה פחות רגיש להתחלת סדקים. הבעיה היא שעכשיו זה קצת סיפור לתקן להבים בודדים בניגוד לעבר.

 

2- השיפורים בחומרים הם תמיד בשביל-

א'- לצמצם זחילה

ב'- להגדיל אורך חיים

ג'- לקבל יחס קשיחות/משקל גבוה יותר ולצמצם משקל כללי.

אז המנוע דורש פחות תחזוקה, החלפת החלקים מתרחשת אחרי יותר זמן, ואם מצליחים להוריד קצת משקל- צריכת הדלק גם יורדת קצת.

 

המנועים החדשים לא נותנים אאוטפוט יותר גבוה כי הם מתוכננים לא לעשות את זה, כי מה נעשה עם יותר כח או מהירות? אנחנו רוצים שבתחום הפעולה שלנו צריכת הדלק תהיה נמוכה. בשביל יותר כח נצטרך לתכנן את מפות המדחס/טורבינה ככה שנקודת העבודה שלנו לא ממש נמצאת בתחום של שיא היעילות. כבר היום אפשר לטוס יותר מהר, אבל אנחנו ממש לא רוצים לעשות את זה- בין 0.8 ל 1.2 מאך בערך זה תחום הזרימה העבר-קולית, בין 0.9 ל 1.05 מאך קורה רוב הבלאגן. מסיבה זו בדיוק המהירות המקסימלית של מטוסי נוסעים מתוכננת ל 0.85-0.9 מאך, מהירות השיוט האופיינית היא בסביבות 0.78-0.85 כתלות במטוס

 

3- ultrafan זה שם מפונפן למנוע geared turbofan עם יחס עקיפה מאוד גבוה. מגמת השינוי הנוכחית היא מעבר למנועי טורבופאן עם תיבות הילוכים פנימיות, על מנת לאפשר קצב סיבוב שונה של כל שלב- פעם המדחס והטורבינות הסתובבו כולם באותה מהירות, לאחר מכן החלו לעבוד עם ציר בתוך ציר והמהירויות היו שונות (שני ספולים) בהתאם לנדרש, כיום רוצים למשל ששלב מדחס הלחץ הגבוה ומדחס הלחץ הנמוך יסתובבו בקצב שונה גם כן, אז תיבת הילוכים איט איז. זה לא מסבך את המנוע והתחזוקה שלו כמו שעשויים לחשוב, אנחנו בנקודה שאפשר לעשות את זה בצורה עמידה ואמינה. השגת קצב סיבוב אופטימלי לכל השלבים במקום בחירת מצב אופטימלי לשלב כלשהו ופשרה על השאר משפרים מאוד את היעילות, והדור הנוכחי-הבא של מנועים יעיל מהקודם בעד 20%! 

 

  

לפני 2 שעות, shais01 כתב:

אני חייב לציין שהבנתי שרוב מה שכתבת נכתב בעברית...

 

 

מצטער על הצלילה הפתאומית, אבל מה שבתכלס משנה- משוואות נוויה סטוקס (משוואות הזרימה) הן מעין הכללה של החוק השני של ניוטון עבור כל זורם רציף (לא מעניינים אותנו לא רציפים) עם התחשבות בתכונות הזורם וכל מה שקורה מסביב. זה מה שתכלס חשוב לדעת.

[shaharper]

תודה על התשובה המעניינת.

אז בעצם הדור הבא של המנועים יהיה GEARED TURBOFAN ורק זה שאחריו (או 2 דורות) יהיה המנוע שכבת גבול שדובר עליו קודם? 

ראיתי מצגת של רולס-רויס על מנוע ה-ULTRAFAN, הם התחמקו מלתת תשובה איזה דגמי מטוס יקבלו את המנוע הזה אפילו שנשאלו בפירוש והתמקדו רבות על הגיר (שנראה די מסובך במבט ראשון) והשימוש הנרחב בחומרים מרוכבים במנוע שזה דבר שלא ראיתי יותר מדי במנועים.

[Igalz]

לפני 6 דקות, shaharper כתב:

ראיתי מצגת של רולס-רויס על מנוע ה-ULTRAFAN, הם התחמקו מלתת תשובה איזה דגמי מטוס יקבלו את המנוע הזה אפילו שנשאלו בפירוש והתמקדו רבות על הגיר (שנראה די מסובך במבט ראשון) והשימוש הנרחב בחומרים מרוכבים במנוע שזה דבר שלא ראיתי יותר מדי במנועים.

יש לך אולי קישור למצגת המדוברת?

[Pika007]

לפני 11 דקות, shaharper כתב:

תודה על התשובה המעניינת.

אז בעצם הדור הבא של המנועים יהיה GEARED TURBOFAN ורק זה שאחריו (או 2 דורות) יהיה המנוע שכבת גבול שדובר עליו קודם? 

ראיתי מצגת של רולס-רויס על מנוע ה-ULTRAFAN, הם התחמקו מלתת תשובה איזה דגמי מטוס יקבלו את המנוע הזה אפילו שנשאלו בפירוש והתמקדו רבות על הגיר (שנראה די מסובך במבט ראשון) והשימוש הנרחב בחומרים מרוכבים במנוע שזה דבר שלא ראיתי יותר מדי במנועים.

 

מנועי שכבת גבול דרושים רק במקרה בו אתה רוצה לשים את המנוע צמוד למשטח כלשהו, כמו במטוסי מנהלים שהמנוע על פיילון קרוב לגוף, בניגוד לתצורה הרגילה של מטוסי נוסעים- שהמנוע על פיילון מתחת לכנף, והכונס נמצא לפני שפת ההתקפה. המנוע מקבל זרימה חפה מהפרעות. מכיוון שהעולם כנראה הולך לכיוון של מטוסי blended wing-body בעתיד המעט רחוק יותר, אני חושב שמנועי שכבת גבול יהיו הפיתוח הגדול הבא, כי שם הם יהיו דרושים. בתצורת BWB אין היגיון בלמקם את המנועים מתחת לכנפיים (וזה גם יהיה אתגר מבני לא קטן)

 

כפי שכתבתי בפוסטים קודמים, לנושא שכבת גבול אתייחס שיהיה לי קצת זמן לקשקש. יש בדיוק 0 סיכוי שאצליח להסביר את זה במילים בלבד (לא מדובר במשהו שכל כך קשה להבין אינטואיטיבית, רק דורש קצת עזרים)

[shaharper]

לפני 19 דקות, Igalz כתב:

יש לך אולי קישור למצגת המדוברת?

זו מצגת שהוצגה לנו בתור ספקים "נבחרים", לא חושב שהיא זמינה לציבור.

אבל, מצאתי את הסרטון פתיחה שלה ביוטיוב:

 

על הדרך מצאתי עוד סרטון מעניין:

 

וקצת מידע מויקיפדיה:  (לגלגל עד הפרק ULTRAFAN לקראת הסוף)

https://en.wikipedia.org/wiki/Rolls-Royce_Trent

 

עריכה: מצאתי עוד סרטון על הגיר:

 

עריכה אחרונה ב-12 לאוגוסט, 2020 על ידי shaharper

[Igalz]

שאלה מפגרת:

טורבינה+גירבוקס+מניפה נשמע לי מאוד כמו טורבו-פרופ..

מה ההבדל אם כן בין טורבו פרופ למנועי אולטרא-פן?

[sperial]

ואם מדברים על המנועיפ האלה - מה מקור הבעיות של מנועי ה-GTF של PW?

 

ומה לגבי מנועים עם מניפה "פתוחה" ?