原版喷气式引擎性能研究【持续更新】

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随着游戏版本的更新 之后的引擎性能可能再度被更改 所以特此加上版本号以免版本更新后误导别人 当前版本：0.23

第一期：Basic Jet Engine & TurboJet Engine 性能概述及对比

首先大家要了解关于飞行的一些物理参数及其之间的制约关系 在KSP原版中通常是这样的：


蓝色箭头表示正影响 红色箭头表示负影响 黑色箭头表示制约
实线箭头表示直接影响 虚线箭头表示通过图中没有提及的方式间接影响

为了飞行 最重要的是速度提供的升力 没了速度一切都是空谈
高度是梦想 升力是途径 速度是保证 推力才是根本手段

为了了解这两款引擎的总体性能 将在实验中记录引擎能达到的各高度层匀速飞行时的比冲、推力、燃油消耗情况、极限速度（与设计有关 仅供参考 本实验使用有六个XM-G50 Radial Air Intake进气口的单发轻型飞机）与推算出的引擎功率（参考）

Basic Jet Engine


这款引擎给人的第一印象是比较出色的低空喷气式引擎 因为它在低空的比冲可以维持一个较高的水平 而随着高度增加推力会迅速减少比冲也会同时降低，变成一个烧油不出力的废柴引擎（谁叫它便宜呢） 甚至到20KM处的速度还达不到700m/s 最后由于稀薄的空气实在没法提供更多升力被迫在20KM处结束了实验.


TurboJet Engine


这款引擎在低空的性能十分不佳 推力完全发挥不出来 比冲也很低 非常不建议用做低空飞行
但是随着高度的升高就像打了鸡血一样推力狂增（因为喷气式引擎的推力也有一部分仰仗于较高的速度 所以爬升时首先要保证足够的速度,推力才能稳步增长 否则很容易陷入"速度沼泽"）
如果上升速率合适，很快就能达到引擎的额定功率，接下来进入爬升->阻力减小->速度增大->推力减小的反馈过程 直到引擎进气不足 值得注意的是，在达到25Km时，观察到引擎的耗油量骤减，原因是推力无法维持均匀下降（大概是程序设定空气太稀薄导致无法正常工作(不关进气量的事)）同时速度无法迅速提高，导致引擎功率突发性的下降。在0.23之前的版本中，此时应该就是引擎熄火的时间了，但是0.23中做了改进 让引擎熄火不是在这个高度突然熄火 而是让推力突然下降。这样较大地扩展了喷气引擎的工作高度区间，是个好消息。这时，如果机上还装有火箭引擎的话，我建议现在就可以打开了，而不是等到进气量也不足了，得减小节流阀才能不熄火的时候。这样可以在推力下降时较迅速地弥补不足的速度，让喷气引擎再以较高的功率工作一段时间。至于消耗的火箭燃料的价值与这样做得到的效益是不是在可接受的范围内还得以后继续研究了（但是那些燃料在哪里用不是用啊？总之要用的...）

对比


通过观察对比的数据可以知道 除非在5Km以下，TurboJet Engine的性能是完爆Basic Jet Engine的（用最高速度的差与同一高度油耗的差一比就明了了）
（突然反应过来 居然在5Km就已经超越了啊 ）





以下内容由kzfoxx提供：

【关于因进气不足而导致的推力下降和熄火现象的分析】

简而言之，决定发动机推力的有三个因素：供油量，进气量，比冲
其中供油量由飞机的油门和发动机的推力限制器决定；进气量除了开关进气口外无法手动控制；比冲只和飞行高度有关，详见上面的图
与KSP中推力恒定，而根据比冲变化耗油量的火箭发动机不同，喷气式发动机的推力是在确定了供油量和进气量后再带入比冲计算的（其实真实的火箭发动机也应该是这样）
Turbo Jet发动机的理想气油混合比是15：1，这个在part.cfg中可以查看：
        PROPELLANT
        {
                name = LiquidFuel
                ratio = 1
                DrawGauge = True
        }
        PROPELLANT
        {
                name = IntakeAir
                ratio = 15
        }
当不满足这个比例时，进气量和供油量则是就低不就高，详见下图



为了简便分析，我们假定随着高度上升实际进气量为单调递减，其又穿过理想进气量和最低进气量两条横线，被分为三个区间

在区间1中，飞机处于低空，进气量非常充足，完全可以满足理想进气量的要求，因此发动机为满载运行。不过满载运行并不代表发动机推力能达到最大的225kN，因为低空比冲也低

在区间2中，随着高度上升，实际进气量已经低于理想进气量。根据就低不就高原则，即使依然保持最大油门供油，因空气不足燃烧也不会充分，因此推力会有所下降（不过我还没有弄清楚这些多出来的燃油是回到油箱里还是浪费掉了）

在区间3中，实际进气量已经低于发动机要求的最低进气量，发动机熄火


说起来很简单，实际情况很复杂
在区间2中，如果飞机为单发，那么仅仅是推力下降而已。但如果有多个发动机，就可能出现推力不平衡的状况。KSP对于进气量的分配机制有些脑残，空气并不是被平均分配到各个发动机。根据我的经验，在进气不足时游戏会优先满足在SPH中先安装的发动机。如果是镜像安装，则优先满足鼠标点的那个发动机而不是被自动复制出来的那个（注意本经验也许不完全准确，不要过分依赖）
此时因各发动机推力不同，飞机很容易出现偏航问题，甚至进气不足的发动机会首先进入上图中的区间3状态彻底熄火，导致飞机变飞盘。通过设置推力较大的发动机的推力限制，可以在这个区间多苟延残喘一会。

至于进气量低到什么时候会熄火，大家千万不要看右上角资源面板中的AirIntake，而是要右键进气口看AirFlow
对于一个Turbo Jet引擎，油门最大时它要求的最低进气量是1.0U，如果你的飞机有一个Turbo Jet和两个进气口，那么单个进气口的AirFlow低于0.5U的时候发动机就会熄火（进入区间3）
为了避免过早熄火，可以手动降低油门，这样发动机所要求的最低进气量也会相应降低（上图中的红色虚线部分）





下一期准备固定引擎的推力 在各高度层进一步研究引擎的性能 或者大家有什么想法 如果更有意思或有意义，我就做那个

之后不单独开贴了 直接在这里更新好了~

zxmm730

数据党好可怕......膜拜下......

eifinalyam

一張圖就可表現出差異了 不需分開4張啦

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eifinalyam 发表于 2014-3-3 19:40
一張圖就可表現出差異了 不需分開4張啦

因为想细细说明的 要说的内容太多了 就还没来得及发= =

FRIGHTER

建议
高度应该改为大气密度，这样因果关系更一目了然——>大气密度低，自然意味着同等速度下阻力小，进气量少，升力小
速度和推力不完全是正影响吧。。。。
没有观察到进气量与推力相关的现象（除非是进气不足的时候）
升力和速度的虚线，不是很理解。个人观点是升力是空气阻力在竖直方向上的分力（对KSP里的平面翼来说是这样）也就是说关联应该是速度自增，阻力随速度增加，升力随阻力增加

kzfoxx

LZ把这段编辑进去吧：

【关于因进气不足而导致的推力下降和熄火现象的分析】

简而言之，决定发动机推力的有三个因素：供油量，进气量，比冲
其中供油量由飞机的油门和发动机的推力限制器决定；进气量除了开关进气口外无法手动控制；比冲只和飞行高度有关，详见上面的图
与KSP中推力恒定，而根据比冲变化耗油量的火箭发动机不同，喷气式发动机的推力是在确定了供油量和进气量后再带入比冲计算的（其实真实的火箭发动机也应该是这样）
Turbo Jet发动机的理想气油混合比是15：1，这个在part.cfg中可以查看：
        PROPELLANT
        {
                name = LiquidFuel
                ratio = 1
                DrawGauge = True
        }
        PROPELLANT
        {
                name = IntakeAir
                ratio = 15
        }
当不满足这个比例时，进气量和供油量则是就低不就高，详见下图

为了简便分析，我们假定随着高度上升实际进气量为单调递减，其又穿过理想进气量和最低进气量两条横线，被分为三个区间

在区间1中，飞机处于低空，进气量非常充足，完全可以满足理想进气量的要求，因此发动机为满载运行。不过满载运行并不代表发动机推力能达到最大的225kN，因为低空比冲也低

在区间2中，随着高度上升，实际进气量已经低于理想进气量。根据就低不就高原则，即使依然保持最大油门供油，因空气不足燃烧也不会充分，因此推力会有所下降（不过我还没有弄清楚这些多出来的燃油是回到油箱里还是浪费掉了）

在区间3中，实际进气量已经低于发动机要求的最低进气量，发动机熄火


说起来很简单，实际情况很复杂
在区间2中，如果飞机为单发，那么仅仅是推力下降而已。但如果有多个发动机，就可能出现推力不平衡的状况。KSP对于进气量的分配机制有些脑残，空气并不是被平均分配到各个发动机。根据我的经验，在进气不足时游戏会优先满足在SPH中先安装的发动机。如果是镜像安装，则优先满足鼠标点的那个发动机而不是被自动复制出来的那个（注意本经验也许不完全准确，不要过分依赖）
此时因各发动机推力不同，飞机很容易出现偏航问题，甚至进气不足的发动机会首先进入上图中的区间3状态彻底熄火，导致飞机变飞盘。通过设置推力较大的发动机的推力限制，可以在这个区间多苟延残喘一会。

至于进气量低到什么时候会熄火，大家千万不要看右上角资源面板中的AirIntake，而是要右键进气口看AirFlow
对于一个Turbo Jet引擎，油门最大时它要求的最低进气量是1.0U，如果你的飞机有一个Turbo Jet和两个进气口，那么单个进气口的AirFlow低于0.5U的时候发动机就会熄火（进入区间3）
为了避免过早熄火，可以手动降低油门，这样发动机所要求的最低进气量也会相应降低（上图中的红色虚线部分）

先写这么多，想到什么在编辑吧

394966931

FRIGHTER 发表于 2014-3-3 20:41
建议
高度应该改为大气密度，这样因果关系更一目了然——>大气密度低，自然意味着同等速度下阻力小，进气量 ...

嗯...作图的时候忘写条件了 在没有受到额定功率限制的时候确实是正影响的
进气量和推力同样是忘写条件了
仔细想了下 升力和速度确实没有什么直接的联系 但是升力肯定不是阻力的分力 你说的这种情况是有迎角的情况下 而且这样的分力也不应该算作升力吧.. KSP里面的升力确实是存在的 即使翼面平行于速度方向
升力和阻力的关系十分复杂 概括来说是对伴生力 不能简单说谁随着谁增大 因为是同时产生的 谁也不会随着谁而变化 只能是一起变化 之所以画一个升力影响阻力的箭头是因为设计飞机时总是要想着增大升力 减小阻力 往往会将阻力看成随着升力产生的 但是从来没升力是随着阻力产生的这种说法...我只有这一点不能认同..

8749236

我會說那個廢柴在於速度矢量相差90度的時候推力更大麼？

8749236

394966931 发表于 2014-3-3 21:14
嗯...作图的时候忘写条件了 在没有受到额定功率限制的时候确实是正影响的
进气量和推力同样是忘写条件了
...

我不大清楚……我只知道升力來源於上下氣壓差……
上方氣流運動更快導致氣壓低……
但是氣流流動又會有摩擦力——阻力……
還有正前方的壓力etc……
話說我完全不知道阻力是什麼>_>...
不過，我覺得怎麼說都一樣，反正你沒法造出一個有升力0阻力或0升力有阻力的飛行器……

*** Add ***
我覺得數據分析完全沒必要=S
因為最後的結論和以往的經驗都一模一樣……
還不如將整個數據分析濃縮成三句話呢……

394966931

8749236 发表于 2014-3-3 21:32
我不大清楚……我只知道升力來源於上下氣壓差……
上方氣流運動更快導致氣壓低……
但是氣流流動又會有摩 ...

光是阻力的种类都有很多种
根据飞行器的速度和形状和表面光滑程度的不同而占不同的比例
有一部分是与升力伴生的 统称为升致阻力