نسبة الدفع إلى الوزن

نسبة الدفع إلى الوزن هي نسبة بلا أبعاد بين الدفع والوزن لصاروخ أو محرك نفاث أو محرك مروحي أو مركبة تعمل بمثل هذا المحرك ، وهي مؤشر على أداء المحرك أو المركبة.

تتغير نسبة الدفع إلى الوزن اللحظية للمركبة باستمرار أثناء التشغيل بسبب الاستهلاك التدريجي للوقود أو الدافع وفي بعض الحالات بسبب تدرج الجاذبية . غالبًا ما يتم نشر نسبة الدفع إلى الوزن بناءً على الدفع الأولي والوزن واستخدامها كرقم استحقاق للمقارنة الكمية للأداء الأولي للمركبة.

يتم حساب نسبة الدفع إلى الوزن عن طريق قسمة الدفع (بوحدات النظام الدولي للوحدات - بالنيوتن ) على وزن المحرك أو المركبة (بالنيوتن). يتم حساب الوزن (نيوتن) عن طريق ضرب الكتلة بالكيلوجرام (كجم) في تسارع الجاذبية (م/ث ² ). يمكن أيضًا قياس الدفع بقوة الرطل (lbf)، بشرط أن يتم قياس الوزن بالرطل (lb). لا يزال القسمة باستخدام هاتين القيمتين تعطي نسبة الدفع إلى الوزن الصحيحة عدديًا (بدون أبعاد). للمقارنة الصحيحة لنسبة الدفع إلى الوزن الأولية لمحركين أو مركبات أو أكثر، يجب قياس الدفع في ظل ظروف خاضعة للرقابة.

نظرًا لأن وزن الطائرة يمكن أن يختلف بشكل كبير، اعتمادًا على عوامل مثل حمولة الذخيرة، وحمولة الوقود، ووزن الشحنة، أو حتى وزن الطيار، فإن نسبة الدفع إلى الوزن متغيرة أيضًا وحتى تتغير أثناء عمليات الطيران. هناك العديد من المعايير لتحديد وزن الطائرة المستخدمة لحساب نطاق نسبة الدفع إلى الوزن.

• الوزن الفارغ - وزن الطائرة مطروحًا منه الوقود والذخائر والبضائع والطاقم.
• الوزن القتالي - في المقام الأول لتحديد قدرات أداء الطائرات المقاتلة، وهو وزن الطائرة مع الذخائر الكاملة والصواريخ ونصف الوقود، وعدم وجود خزانات إسقاط أو قنابل.
• أقصى وزن للإقلاع - وزن الطائرة عندما تكون محملة بالكامل بأقصى قدر من الوقود والحمولة التي يمكنها الإقلاع بها بأمان. ^[1]

تعتبر نسبة الدفع إلى الوزن ونسبة الرفع إلى السحب من أهم المعايير في تحديد أداء الطائرة.

تتغير نسبة الدفع إلى الوزن باستمرار أثناء الرحلة. يتغير الدفع مع ضبط الخانق والسرعة الجوية والارتفاع ودرجة حرارة الهواء وما إلى ذلك. يتغير الوزن مع احتراق الوقود وتغييرات الحمولة. بالنسبة للطائرات، غالبًا ما تكون نسبة الدفع إلى الوزن المذكورة هي أقصى دفع ثابت عند مستوى سطح البحر مقسومًا على أقصى وزن للإقلاع . ^[2] يمكن للطائرات ذات نسبة الدفع إلى الوزن أكبر من 1:1 أن تنطلق مباشرة إلى أعلى وتحافظ على السرعة الجوية حتى ينخفض ​​الأداء على ارتفاع أعلى. ^[3]

تستطيع الطائرة الإقلاع حتى لو كانت قوة الدفع أقل من وزنها، وذلك على عكس الصاروخ، حيث يتم إنتاج قوة الرفع من خلال رفع الأجنحة، وليس مباشرة من خلال دفع المحرك. وطالما أن الطائرة قادرة على إنتاج قوة دفع كافية للسفر بسرعة أفقية أعلى من سرعة توقفها، فإن الأجنحة ستنتج ما يكفي من الرفع لمقاومة وزن الطائرة.

${\displaystyle \left({\frac {T}{W}}\right)_{\text{cruise}}=\left({\frac {D}{L}}\right)_{\text{cruise}}={\frac {1}{\left({\frac {L}{D}}\right)_{\text{cruise}}}}.}$

بالنسبة للطائرات ذات المحركات المروحية، يمكن حساب نسبة الدفع إلى الوزن على النحو التالي بالوحدات الإمبراطورية: ^[4]

${\displaystyle {\frac {T}{W}}={\frac {550\eta _{\mathrm {p} }}{V}}{\frac {\text{hp}}{W}},}$

حيث أن كفاءة الدفع (عادة 0.65 للمراوح الخشبية، و0.75 للمراوح المعدنية الثابتة وحتى 0.85 للمراوح ذات السرعة الثابتة)، وhp هي قوة حصان عمود المحرك ، وسرعة الهواء الحقيقية بالأقدام في الثانية، والوزن بالرطل. ${\displaystyle \eta _{\mathrm {p} }\;}$${\displaystyle V\;}$

الصيغة المترية هي:

${\displaystyle {\frac {T}{W}}=\left({\frac {\eta _{\mathrm {p} }}{V}}\right)\left({\frac {P}{W}}\right).}$

نسبة الدفع إلى الوزن للصاروخ أو المركبة الصاروخية هي مؤشر على تسارعه معبرًا عنه بمضاعفات تسارع الجاذبية g . ^[5]

تعمل الصواريخ والمركبات الصاروخية في مجموعة واسعة من البيئات الجاذبية، بما في ذلك البيئة الخالية من الوزن . عادة ما يتم حساب نسبة الدفع إلى الوزن من الوزن الإجمالي الأولي عند مستوى سطح البحر على الأرض ^[6] ويطلق عليها أحيانًا نسبة الدفع إلى وزن الأرض . ^[7] تعد نسبة الدفع إلى وزن الأرض للصاروخ أو المركبة الصاروخية مؤشرًا على تسارعه معبرًا عنه بمضاعفات تسارع جاذبية الأرض، g _0. ^[5 ]

تتحسن نسبة الدفع إلى الوزن في الصاروخ مع احتراق الوقود. ومع الدفع المستمر، يتم الوصول إلى النسبة القصوى (أقصى تسارع للمركبة) قبل استهلاك الوقود بالكامل. يتمتع كل صاروخ بمنحنى دفع إلى وزن مميز، أو منحنى تسارع، وليس مجرد كمية قياسية.

إن نسبة الدفع إلى الوزن للمحرك أكبر من تلك الخاصة بالمركبة الإطلاقية بالكامل، ولكنها مع ذلك مفيدة لأنها تحدد الحد الأقصى للتسارع الذي يمكن لأي مركبة تستخدم هذا المحرك تحقيقه نظريًا مع الحد الأدنى من الوقود والهيكل المرفق.

للإقلاع من سطح الأرض باستخدام الدفع وعدم وجود رفع ديناميكي هوائي ، يجب أن تكون نسبة الدفع إلى الوزن للمركبة بأكملها أكبر من واحد . بشكل عام، تكون نسبة الدفع إلى الوزن مساوية عدديًا لقوة الجاذبية التي يمكن للمركبة توليدها. ^[5] يمكن أن يحدث الإقلاع عندما تتجاوز قوة الجاذبية للمركبة الجاذبية المحلية (معبرًا عنها كمضاعف لـ g ₀ ).

إن نسبة الدفع إلى الوزن في الصواريخ عادة ما تتجاوز إلى حد كبير نسبة محركات الدفع الهوائي لأن الكثافة الأكبر نسبيًا لوقود الصواريخ تلغي الحاجة إلى الكثير من المواد الهندسية للضغط عليه.

تؤثر العديد من العوامل على نسبة الدفع إلى الوزن. وعادةً ما تختلف القيمة اللحظية على مدار مدة الرحلة مع الاختلافات في الدفع بسبب السرعة والارتفاع، إلى جانب التغيرات في الوزن بسبب كمية الوقود المتبقي وكتلة الحمولة. وتشمل العوامل ذات التأثير الأكبر درجة حرارة الهواء الحر والضغط والكثافة والتركيب . واعتمادًا على المحرك أو المركبة قيد الدراسة، غالبًا ما يتأثر الأداء الفعلي بالطفو وقوة المجال الجاذبي المحلي .

عربة	نسبة الدفع إلى الوزن	ملحوظات
طائرة نورثروب جرومان بي-2 سبيريت	0.205 [8]	أقصى وزن للإقلاع، الطاقة الكاملة
طائرة إيرباص A340	0.2229	أقصى وزن للإقلاع، الطاقة الكاملة (A340-300 Enhanced)
طائرة إيرباص A380	0.227	أقصى وزن للإقلاع، الطاقة الكاملة
بوينج 747-8	0.269	أقصى وزن للإقلاع، الطاقة الكاملة
بوينج 777	0.285	أقصى وزن للإقلاع، الطاقة الكاملة (777-200ER)
بوينج 737 ماكس 8	0.311	أقصى وزن للإقلاع، الطاقة الكاملة
ايرباص A320neo	0.310	أقصى وزن للإقلاع، الطاقة الكاملة
بوينج 757-200	0.341	أقصى وزن للإقلاع، الطاقة الكاملة (مع رولز رويس RB211)
توبوليف 154ب	0.360	أقصى وزن للإقلاع، الطاقة الكاملة (مع Kuznecov NK-82)
توبوليف تو-160	0.363 [ بحاجة لمصدر ]	أقصى وزن للإقلاع، حارقات لاحقة كاملة
كونكورد	0.372	أقصى وزن للإقلاع، حارقات لاحقة كاملة
روكويل انترناشيونال B-1 لانسر	0.38	أقصى وزن للإقلاع، حارقات لاحقة كاملة
هيسا كوثر	0.61	مع الوقود الكامل، والحارقات اللاحقة.
بي ايه اي هوك	0.65 [9]
لوكهيد مارتن إف-35 أ	0.87 [ بحاجة لمصدر ]	مع الوقود الكامل (1.07 مع 50% وقود، 1.19 مع 25% وقود)
هال تيجاس Mk 1	1.07	مع الوقود الكامل
CAC/PAC JF-17 ثاندر	1.07	مع الوقود الكامل
داسو رافال	0.988 [10]	الإصدار M، 100% وقود، صاروخان EM A2A، صاروخان IR A2A
سوخوي سو-30MKM	1.00 [11]	الوزن المحمل بنسبة 56% من الوقود الداخلي
ماكدونيل دوغلاس إف-15	1.04 [12]	محملة اسميا
ميكويان ميج-29	1.09 [13]	وقود داخلي كامل، 4 صواريخ جو-جو
لوكهيد مارتن إف-22	>1.09 (1.26 مع وزن محمل و50% وقود) [14]
جنرال ديناميكس F-16	1.096 [ بحاجة لمصدر ] (1.24 مع وزن محمل و50% وقود)
هوكر سيدلي هاريير	1.1 [ بحاجة لمصدر ]	طائرة عمودية
يوروفايتر تايفون	1.15 [15]	تكوين المعترض
سوخوي سو-35	1.30
مكوك الفضاء	1.5 [ بحاجة لمصدر ]	اخلع
سيمورغ (صاروخ)	1.83
مكوك الفضاء	3	قمة

محرك	كتلة	الدفع والفراغ		نسبة الدفع إلى الوزن
		(كيلو نيوتن)	(رطل)
محرك الصاروخ النووي RD-0410 [16] [17]	2000 كجم (4400 رطل)	35.2	7,900	1.8
محرك طائرة Pratt & Whitney J58 ( Lockheed SR-71 Blackbird ) [18] [19]	2,722 كجم (6,001 رطل)	150	34000	5.6
محرك توربيني نفاث من نوع رولز رويس/سنيكما أوليمبوس 593 مع إمكانية إعادة التسخين ( كونكورد ) [20]	3,175 كجم (7,000 رطل)	169.2	38000	5.4
برات آند ويتني F119 [21]	1800 كجم (4000 رطل)	91	20,500	7.95
محرك نفاث PBS TJ40-G1NS [22]	3.6 كجم (7.9 رطل)	0.425	96	12
محرك صاروخي RD-0750 بثلاثة أوضاع دفع [23]	4,621 كجم (10,188 رطل)	1,413	318,000	31.2
محرك الصاروخ RD-0146 [24]	260 كجم (570 رطل)	98	22000	38.4
محرك الصاروخ Rocketdyne RS-25 (المحرك الرئيسي للمكوك الفضائي) [25]	3,177 كجم (7,004 رطل)	2,278	512,000	73.1
محرك الصاروخ RD-180 [26]	5,393 كجم (11,890 رطل)	4,152		78.7
محرك الصاروخ RD-170	9,750 كجم (21,500 رطل)	7,887	1,773,000	82.5
F-1 ( المرحلة الأولى من صاروخ ساتورن 5 ) [27]	8,391 كجم (18,499 رطل)	7,740.5	1,740,100	94.1
محرك الصاروخ NK-33 [28]	1,222 كجم (2,694 رطل)	1,638	368,000	136.7
محرك صاروخ رابتور 3 من سبيس إكس [29]	1,525 كجم (3,362 رطل)	2,746	617,000	183.6
محرك صاروخ ميرلين 1D ، نسخة الدفع الكامل [30] [31]	467 كجم (1030 رطل)	914	205,500	199.5

نسب الدفع إلى الوزن وأوزان الوقود وأوزان الطائرات المقاتلة المختلفة

تحديد	إف-15كيه [أ]	إف-15 سي	ميج-29ك	ميج-29 بي	جيه اف-17	ج-10	إف-35أ	إف-35 بي	إف-35 سي	اف-22	دورة حياة المنتج Mk-1
قوة دفع المحركات، الحد الأقصى (نيوتن)	259,420 (2)	208,622 (2)	176,514 (2)	162,805 (2)	84,400 (1)	122,580 (1)	177,484 (1)	177,484 (1)	177,484 (1)	311,376 (2)	84,516 (1)
كتلة الطائرة فارغة (كجم)	17,010	14,379	12,723	10,900	7,965	09,250	13,290	14,515	15,785	19,673	6,560
كتلة الطائرة بالوقود الكامل (كجم)	23,143	20,671	17,963	14,405	11,365	13,044	21,672	20,867	24,403	27,836	9,500
كتلة الطائرة، أقصى حمولة للإقلاع (كجم)	36,741	30,845	22,400	18,500	13,500	19,277	31,752	27,216	31,752	37,869	13,500
كتلة الوقود الكلية (كجم)	06,133	06,292	05,240	03,505	02,300	03,794	08,382	06,352	08,618	08,163	02,458
نسبة T/W، الوقود الكامل	1.14	1.03	1.00	1.15	1.07	1.05	0.84	0.87	0.74	1.14	1.07
نسبة T/W، أقصى حمولة للإقلاع	0.72	0.69	0.80	0.89	0.70	0.80	0.57	0.67	0.57	0.84	0.80

• جدول محركات الطائرات النفاثة والصواريخ: قوة الدفع للطائرات النفاثة تكون عند مستوى سطح البحر
• كثافة الوقود المستخدمة في الحسابات: 0.803 كجم/لتر
• بالنسبة للجدول المتري، يتم حساب نسبة الدفع إلى الوزن عن طريق قسمة الدفع على حاصل ضرب وزن الطائرة بالوقود الكامل وتسارع الجاذبية.
• تصنيف محرك J-10 هو AL-31FN.

• نسبة القوة إلى الوزن
• عامل الأمان

• جون ب. فيلدينج. مقدمة في تصميم الطائرات ، مطبعة جامعة كامبريدج، رقم ISBN 978-0-521-65722-8 
• دانيال ب. رايمر (1989). تصميم الطائرات: نهج مفاهيمي ، المعهد الأمريكي للملاحة الجوية والفضائية، واشنطن العاصمة. ISBN 0-930403-51-7 
• جورج بي ساتون وأوسكار بيبلارز. عناصر الدفع الصاروخي ، وايلي، ISBN 978-0-471-32642-7 

• صفحة ناسا على الويب تحتوي على نظرة عامة ومخطط توضيحي لنسبة الدفع إلى الوزن للطائرات