استهلاك الوقود المحدد لتوربينات الغاز هو تدفق الوقود المقاس بـ (lb / hr) مقسومًا على قوة الدفع (lb) وبالنسبة للمحركات الترددية، فإن تدفق الوقود (lb / hr) مقسومًا على قوة حصان الفرامل، يُطلق عليها استهلاك الوقود الخاص بالدفع واستهلاك الوقود المحدد للفرامل، على التوالي، كما يتم استخدام استهلاك الوقود المحدد المكافئ للمحرك التوربيني وهو تدفق الوقود بالبوصة في الساعة مقسومًا على القوة الحصانية للعمود المكافئ لمحرك توربيني.
المقارنة بين استهلاك المحركات للوقود
يمكن إجراء مقارنات بين المحركات المختلفة على أساس استهلاك وقود محدد، وعند السرعة القليلة تتمتع المحركات الترددية والمحركات التوربينية باقتصاد أفضل من المحركات النفاثة أو المحركات التوربينية النقية، ومع ذلك عند السرعة العالية وبسبب الخسائر في كفاءة المروحة، تصبح كفاءة المحرك الترددي أو التوربيني محدودة فوق 400 ميل في الساعة أقل من تلك الخاصة بالمروحة المروحية، حيث يتم استخدام استخدام الوقود المحدد المكافئ للمحرك التوربيني، وهو تدفق الوقود بالبوصة في الساعة مقسومًا على القوة الحصانية للعمود المكافئ لمحرك توربيني ويمكن إجراء مقارنات بين المحركات المختلفة على أساس استخدام وقود محدد.
خصائص الوقود في المحركات
تعتبر المتانة والموثوقية عاملين متطابقين، حيث يصعب ذكر أحدهما دون تضمين الآخر، ويمكن الاعتماد على محرك الطائرة عندما يمكنه الأداء وفقًا للتقديرات المحددة في مواقف الطيران المتغيرة على نطاق واسع وفي الظروف الجوية القاسية، حيث يتم الاتفاق على معايير موثوقية المحرك من قبل إدارة الطيران الفيدرالية (FAA) والشركة المصنعة للمحرك والشركة المصنعة لهيكل الطائرة، كما تضمن الشركة المصنعة للمحرك موثوقية المنتج من خلال العمل والبحث والاختبار، أيضًا يتم الحفاظ على التحكم الدقيق في إجراءات التصنيع والتجميع، ويتم فحص كل محرك قبل مغادرته المصنع.
المتانة
هي مقدار عمر المحرك الذي يتم الحصول عليه مع الحفاظ على الموثوقية المطلوبة، وتشير حقيقة أن المحرك أكمل بنجاح اختبار النوع أو الإثبات إلى أنه يمكن تشغيله بطريقة عادية على مدى فترة طويلة قبل أن يتطلب الإصلاح، ومع ذلك لم يتم إيجاد أو تضمين أي فاصل زمني محدد بين عمليات الإصلاح في تصنيف المحرك، كما يختلف الوقت بين عمليات الإصلاح (TBO) وفقًا لظروف التشغيل، مثل درجات حرارة المحرك ومقدار الوقت الذي يتم فيه تشغيل المحرك في إعدادات الطاقة العالية والصيانة المستلمة، كما يتم تحديد (TBOs) الموصى بها من قبل الشركة المصنعة للمحرك.
تم بناء الموثوقية والمتانة في المحرك من قبل الشركة المصنعة ولكن يتم تحديد الموثوقية المستمرة للمحرك من خلال الصيانة والإصلاح والتشغيل، حيث إن أساليب الصيانة والإصلاح الدقيقة وعمليات الفحص الدورية الشاملة والتفتيش المبدئي والالتزام الصارم بحدود التشغيل التي وضعتها الشركة المصنعة للمحرك تجعل تعطل المحرك أمرًا نادر الحدوث
مرونة التشغيل
مرونة التشغيل: هي قدرة المحرك على العمل بسلاسة وإعطاء الأداء المطلوب في جميع السرعات من التباطؤ إلى خرج الطاقة الكاملة، كما يجب أن يعمل محرك الطائرة أيضًا بكفاءة من خلال جميع الاختلافات في الظروف الجوية التي تواجهها العمليات واسعة النطاق.
الاكتناز
للتأثير على الاكتناز والتوازن المناسبين للطائرة، يجب أن يكون شكل وحجم المحرك مضغوطًا قدر الإمكان، وفي الطائرات ذات المحرك الواحد، يؤثر شكل وحجم المحرك أيضًا على منظر الطيار، مما يجعل المحرك الأصغر أفضل من وجهة النظر هذه، بالإضافة إلى تقليل السحب الناتج عن منطقة أمامية كبيرة.
ترتبط قيود الوزن بطبيعة الحال، ارتباطًا وثيقًا بمتطلبات الاكتناز، حيث كلما زاد طول المحرك وانتشاره، زادت صعوبة الحفاظ على الوزن المحدد ضمن الحدود المسموح بها.
اختيار المحرك
تمت مناقشة الوزن المحدد للمحرك واستهلاك الوقود المحدد في الفقرات السابقة، ولكن بالنسبة لمتطلبات معينة، فقد يعتمد اختيار المحرك النهائي على عوامل أخرى غير تلك التي يمكن مناقشتها من وجهة نظر تحليلية لهذا السبب، يتبع مناقشة عامة لاختيار المحرك.
بالنسبة للطائرات التي لا تتجاوز سرعتها الإبحار 250 ميلاً في الساعة، فإن المحرك الترددي هو الخيار المعتاد لمحرك الطاقة، عندما يكون التوفير مطلوبًا في نطاق السرعة المنخفضة، يتم اختيار المحرك الترددي التقليدي بسبب كفاءته الممتازة وتكلفته المنخفضة نسبيًا وعندما يتطلب الأمر أداءً على ارتفاعات عالية، يمكن اختيار المحرك الترددي التوربيني الفائق الشحن لأنه قادر على الحفاظ على القدرة المقدرة على ارتفاع عالٍ (فوق 30000 قدم).
تعمل المحركات التوربينية الغازية بشكل اقتصادي على ارتفاعات عالية، على الرغم من أن المحرك التوربيني الغازي يوفر في معظم الحالات أداءً فائقًا، إلا أن تكلفة المحركات التوربينية الغازية تعد عاملاً مقيدًا في نطاق سرعة الانطلاق من 180 إلى 350 ميلاً في الساعة، كما يعمل المحرك التوربيني بشكل جيد للغاية، إنه يطور طاقة لكل رطل من الوزن أكثر مما يفعله المحرك الترددي، مما يسمح بحمل وقود أكبر أو حمولة أكبر لمحركات طاقة معينة من 350 ميلاً في الساعة إلى (Mach .8) إلى (0.9 Mach)، كما تُستخدم المحركات المروحية بشكل عام لعمليات الطيران ويتم تشغيل الطائرات المخصصة للعمل بسرعة (Mach 1) أو أعلى بواسطة محركات نفاثة نقية أو محركات احتراق (معززة) أو محركات توربوفان تكون منخفضة الالتفافية.
نسبة الضغط
يجب على جميع محركات الاحتراق الداخلي ضغط الخليط المتكون من الوقود والهواء لتلقي قدر معقول من العمل من كل شوط كهربائي، كما يمكن مقارنة الشحنة المتكونة من الوقود والهواء في الأسطوانة بنابض لولبي من حيث أنه كلما زاد ضغطه، زاد العمل المحتمل الذي يمكن أن يقوم به.
نسبة ضغط المحرك هي مقارنة بين الحجم للمساحة في الأسطوانة عندما يكون المكبس في الجزء السفلي من الشوط إلى حجم الفراغ، حينها يكون المكبس في الجزء العلوي من الشوط يتم التعبير عن هذه المقارنة كنسبة، ومن هنا مصطلح نسبة الانضغاط.
أما نسبة الضغط هو عامل تحكم في الحد الأقصى من القدرة الحصانية التي يطورها المحرك ولكنها محدودة بدرجات الوقود الحالية وسرعات المحرك العالية والضغط المتشعب المطلوب للإقلاع، على سبيل المثال إذا كان هناك 140 بوصة مكعبة من المساحة في الأسطوانة عندما يكون المكبس في الأسفل، وكان هناك مساحة 20 بوصة مكعبة عندما يكون المكبس أعلى الشوط، فإن نسبة الضغط ستكون 140 إلى 20 وإذا يتم التعبير عن هذه النسبة في شكل كسر، ستكون 140/20 أو 7 إلى 1، وعادة ما يتم تمثيلها على أنها 7:1.
القيود المفروضة على نسب الضغط والضغط المتشعب وتأثير الضغط المتشعب على ضغوط الانضغاط لها تأثير كبير على تشغيل المحرك ويكون ضغط المنوع هو متوسط الضغط المطلق للهواء أو شحنة الوقود والهواء في مشعب السحب ويقاس بوحدات بوصة من الزئبق، حيث يعتمد ضغط المنوع على سرعة المحرك، أي ضبط دواسة الوقود ودرجة الشحن الفائق، كما يعمل عمل الشاحن التوربيني الفائق على زيادة وزن الشحنة الداخلة إلى الأسطوانة، وعند استعمال شاحن فائق حقيقي مع محرك الطائرة، قد يكون الضغط المتشعب أعلى بكثير من ضغط الغلاف الجوي الخارجي وميزة هذا الشرط هي أن كمية أكبر من الشحنة يتم دفعها إلى حجم أسطوانة معين وإنتاج أكبر من نتائج القدرة الحصانية.
