測量推力的必要性
天空中飛的飛機,地面上停放的飛機,許多都裝有兩台或者兩台以上的發動機。這些發動機,有的裝在機身後段,有的裝在機身兩側,有的裝在機尾,有的裝在機翼上,千變萬化,式樣很多。但是儘管形式多樣,它們都有一個共同的特點即發動機的安裝位置都對稱於飛機機身的縱向軸心線。對於多發(發動機數目超過兩台以上)飛機來說,如果各台發動機的推力不相等,將會發生什麼後果呢?它必然產生側向力矩,在起飛或降落時不能準確地對準跑道;飛機中將偏離航向,不聽駕駛員的操縱。所以,在飛行中,需要時時監視發動機的推力,使各台發動機發出的推力相等。此外,對於任何飛機,特別是運輸機,節省燃油消耗量是很重要的問題。這樣,就需要保持發動機處於最佳工作狀態。所謂最佳工作狀態,就是發動機每小時發出一公斤推力耗油最少的工作狀態。這也需要知道飛行中發動機的推力。
新在哪裡?
如何測量飛行中發動機的推力呢?不能象地面試車台那樣直接測量推力。因為飛機在天空中飛行,是在空間運動的物體,而不是在地面固定不動。因此,人們不直接測量飛行中發動機的推力,而是通過測量發動機的某些參數來間接反映或者計算出發動機的推力。過去,多半採用測量發動機的轉速來反映發動機的推力;同時,利用轉速調節器來控制供給發動機燃燒室的燃油流量,以保持所需要的推力。這種方法在一定程度上可以反映發動機的推力,但精確度不夠高。因為發動機的轉速和推力之間不是成直線的比例關係,而是曲線關係。此外,對於裝有多台發動機的大型飛機來說,即使各台發動機的轉速完全相等,但由於製造誤差和裝配調整情況不同,這幾台發動機的推力實際上並不相等,有時甚至相差比較大。另外,轉速變化百分之一,發動機推力可能改變百分之五,而且隨進氣溫度高低不同,有很大變化。過去,也曾測量發動機的燃油流量和排氣溫度來反映發動機的推力,但是,它們之間的關係更為間接,準確度更差。
人們在征服自然界的過程中總是不斷前進的。經過一段時期的努力,終於找到了能夠更精確地反映發動機推力的參數,這就是發動機的排氣總壓與進氣總壓之比——發動機的壓力比。經公式推導知道,飛行速度一定時,發動機的推力與發動機的壓力比成正比例關係,通常人們稱之為線性關係。發動機的壓力比變化百分之一時,發動機的推力大約改變百分之一點五。由於測量的參數是發動機的進、排氣總壓,因而避開了與發動機的轉速直接相聯繫,故測量的精度比較高。飛機轉速表的精度最高為正負百分之一,而測量總壓的儀表或感測器的精度可以更高。因此,對於多發飛機來說,各台發動機的壓力比值相等時,可以認為各台發動機的推力是相等的。此外,還可以直接將壓力比這一參數提供駕駛員是用。例如,波音707噴氣式客機駕駛艙中央儀錶板上裝有四個壓力比指示器,分別指示四台渦輪風扇發動機的壓力比值,便於駕駛員準確地控制和調整各台發動機的推力,使發動機在最佳狀態下工作,節省油耗,提高飛行經濟性。每當起飛時,隨機機械師根據起飛重量和機場氣溫,或巡航時根據飛行高度、巡航速度、大氣溫度等參數,查閱一種事先計算好的表格,就可得出一個最佳壓力比值。並且通過壓力比指示器上的手動旋鈕將這一最佳壓力比值標示在指示器上,以推薦給駕駛員使用。駕駛員只要調節油門,使壓力比指示器的指針始終對準這一推薦的刻度,就可以獲得每公斤燃油的最大飛行公里數,從而節約油耗。因此,發動機壓力比指示系統已在現代大型客機或殲擊機上得到較廣泛的套用。波音707噴氣式客機上,裝有四台渦輪風扇發動機,在每台發動機的吊掛內,分別裝有一個壓力比感測器。位於發動機前端的進氣探頭感受進氣總壓,而位於發動機排氣管內的六個排氣探頭感受排氣總壓,經管路分別將進氣總壓和排氣總壓引入壓力比感測器內。壓力比感測器解算出的壓力比值,變為同步傳送器轉角,經電纜傳輸到駕駛艙的知識期內,指示器的同步接收器再帶動指針,指示讀數。