نسبة القوة إلى الوزن

نسبة القوة إلى الوزن (بالإنجليزية: Power-to-weight ratio)‏ (أو القوة النوعية أو نسبة القوة إلى الكتلة) هو عملية حسابية تطبق عادة على المحركات ومصادر الطاقة المتحركة لمقارنة عنصر أو تصميم بأخر. وهو قياس للأداء الحقيقي لأي محرك أو مصدر طاقة. ويستخدم أيضا لقياس أداء المركبة ككل وتقسم قوة المحرك على وزن المركبة (أو كتلها) لإعطاء نسبة مترية حسب حجم المركبة. يقتبس نسبة القوة إلى الوزن من قبل مصنعو المركبات بقيمته العظمى ولكن قد تتغير القيمة الحقيقية حسب الاستخدام وهذا الاختلاف يؤثر على الأداء.

معادلة نسبة القوة إلى الوزن لمحرك هي القوة المولدة من قبل المحرك مقسمة على الكتلة.

يملك محرك بشاحن تربيني 8 إسطوانات قوة 250 كيلوواط (340 حصان)،^[1] إذن نسبة القوة إلى الوزن 0.65 كيلوواط/كغ (0.4 حصان/باوند).

يجود العديد من الأمثلة على نسب عالية من القوة النوعية من المحركات التوربينية وذلك بسبب قدرتها على العمل بسرعات عالية. تستخدم محركات مكوك الفضاء الرئيسية مضخة تربو (آلة تتألف من مضخة تتحرك بواسطة محرك توربيني) لتعطي الاندفاع (أكسجين سائل مع هيدروجين سائل) في اسطوانة المحرك الداخلية. السائل الهيدروجيني الأساسي للمضخة يشبه بالحجم محرك السيارة (يزن تقريبا 352 كيلوغرام(775 باوند)) ويعطي 72,000 حصان (53.6 ميغاواط)^[2] ولنسبة القوة إلى الوزن 153 كيلوواط/كغ (93 حصان/باوند).

الشرح الفيزيائي

في الميكانيكا الكلاسيكية القوة اللحظية هي قيمة محدودة بمعدل العمل المبذول لكل وحدة زمن حيث فاصل الزمن Δt يقارب الصفر

${\displaystyle P=\lim _{\Delta t\rightarrow 0}{\tfrac {\Delta W(t)}{\Delta t}}=\lim _{\Delta t\rightarrow 0}P_{\mathrm {avg} }\,}$

الوحدة المستخدمة لنسبة القوة إلى الوزن هي ${\displaystyle {\tfrac {W}{kg}}\;}$ وتساوي ${\displaystyle {\tfrac {m^{2}}{s^{3}}}\;}$. يسمح هذا بتعبير نسبة القوة إلى الوزن كوحدة دولية أساسية.

أمثلة

المحركات

المحركات الحرارية والمضخات الحرارية

تصنع الطاقة الحرارية من طاقة حركية محسوسة وطور كامن. المحرك الحراري قادر على تحويل الطاقة الحرارية إلى عمل ألي. تأخذ المضخات الحرارية العمل الألي وتحوله إلى حرارة.

النوع محرك حراري/مضخة حرارية	ذورة خرج القوة		نسبة القوة إلى الوزن		مثال لعمله
	وحدة دولية	وحدة إنكليزية	وحدة دولية	وحدة إنكليزية
فرتسيلا-سولزر أر تي أي96-سي 14 اسطوانة محرك شوطين تربو محرك ديزل[3]	80,080 كيلواط	108,920 حصان	0.03 كيلوواط/كغ	0.02 حصان/باوند	سفينة إيمي ميرسك سفينة حاويات
سوزوكي 538 cc في 2 4 أشواط بنزين سطحي محرك آوتو[4]	19 كيلوواط	25 حصان	0.27 كيلوواط/كغ	0.16 حصان/باوند	زورق سريع
وزارة الطاقة الأمريكية/ناسا/0032-28 وزارة الدفاع 2 502 سي سي بنزين محرك ستيرلينغ[5]	62.3 كيلواط	83.5 حصان	0.30 كيلوواط/كغ	0.18 حصان/باوند	شيفروليه[•] 1985
جنرال موتورز 6.6 L محرك ديرماكس إل أم أم (إل يو إي) في8 تربو محرك ديزل[1]	246 كيلواط	330 حصان	0.65 كيلوواط/كغ	0.40 حصان/باوند	شيفروليه كودياك [•]
يونكرز جيمو 205أي مكبس عارض محرك شوطين محرك ديزل[6]	647 حصان	867 حصان	1.1 كيلوواط/كغ	0.66 حصان/باوند	يونكرز يو 86، بي آند في أتش أي 139 فولت بلين
جنرال إلكتريك للطيران إل أم2500+ بحري محرك عمود دوران توربيني برايتون عنفة غازية[7]	30,200 كيلواط	40,500 حصان	1.31 كيلوواط/كغ	0.80 حصان/باوند	جي تي أس الألفية الجديدة سفينة سياحية، آر إم إس كوين ماري 2 عابرة محيط منتظمة
مازدا 13بي-أم إس بي رينزر 1.3 إل محرك فانكل[8]	184 كيلواط	247 حصان	1.5 كيلوواط/كغ	0.92 حصان/باوند	مازدا أر إكس-8[•]
برات آند ويتني أر-4360 71.5 إل 28-إسطوانة شاحن فائق محرك شعاعي	3,210 كيلواط	4,300 حصان	1.83 كيلوواط/كغ	1.11 حصان/باوند	بوينغ بي-50 سوبرفورترس، كونفير بي-36
					سي-97 ستيروفيتر، سي-119 فلاينغ بوكسكار
					إتش-4 هيركوليز "أوزة شجرة التنوب"
رايت أر-3350 54.57 إل 18-إسطوانة أس/سي تربو-مركب محرك شعاعي	2,535 كيلواط	3,400 حصان	2.09 كيلوواط/كغ	1.27 حصان/باوند	بوينغ بي-29 سوبر فورترس، دوغلاس دي سي-7
					نموذج سي-97 سي/أف، فيرتشايلد سي-119 فلاينغ بوكس كار
محركات أو أس 49-بي أل نوع 2 4.97 سي سي طائرة بدون طيار محرك فانكل[9]	0.934 كيلواط	1.252 حصان	2.8 كيلوواط/كغ	1.7 حصان/باوند	نموذج طائرة، طيران لاسلكي
جت كات سي بي تي10-أر أكس-أتش طائرة بدون طيار محرك عمود دوران توربيني[10]	9 كيلواط	12 حصان	3.67 كيلوواط/كغ	2.24 حصان/باوند	نموذج طائرة، طيران لاسلكي
جنرال إلكتريك للطيران أل أم6000 بحري محرك عمود دوران توربيني برايتون عنفة غازية[11][12]	44,700 كيلواط	59,900 حصان	5.67 كيلوواط/كغ	3.38 حصان/باوند	محطة طاقة الذورة
جنرال إلكتريك للطيران سي أف 6-80سي2 برايتون محرك عنفي واسع التحويد محرك نفاث [12]					بوينغ 747[•], 767، إيرباص إيه 300
بي إم دبليو في10 3إل بي84/5 2005 بنزين محرك آوتو [13]	690 كيلواط	925 حصان	7.5 كيلوواط/كغ	4.6 حصان/باوند	سيارة وليامز أف دبليو 27 [•], فورمولا 1 سباق سيارات
بي إم دبليو أي 4 محرك 1.490إل إم12 1987 بنزين محرك آوتو [13]	1030 كيلواط	1,400 حصان	8.25 كيلوواط/كغ	5.07 حصان/lb	سيارة أروز أيه 10 [•], فورمولا 1 سباق سيارات
جنرال إلكتريك جي إي 90 برايتون محرك عنفي مروحي محرك نفاث[14][15]	83,164 كيلواط	111,526 حصان	10.0 كيلوواط/كغ	6.10 حصان/باوند	بوينغ 777
برايت آند وينتي ركيت داين أر سي-24 بلاك II هيدروجين برايتون مضخة تربو[16][17]	63,384 كيلواط	85,000 حصان	138 كيلوواط/كغ	84 حصان/باوند	مكوك فضاء (سي تي سي-110 ومابعد) [•]
برايت آند وينتي ركيت داين أر سي-24 بلاك I هيدروجين برايتون مضخة تربو[2]	53,690 كيلواط	72,000 حصان	153 كيلوواط/كغ	93 حصان/باوند	مكوك فضاء

1. شرح نسبة القوة إلى الوزن الكاملة للمركبات موجود بالأسفل

انظر أيضا

• كثافة الطاقة

مراجع

1. "General Motors 2009 Data Book" (PDF). 5 سبتمبر 2008. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2012-11-02.
2. Ryan، Richard. "Lessons in Systems Engineering - The SSME Weight Growth History" (PDF). ناسا. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2011-06-06.
3. "The world's most powerful Engine enters service" (Press release). Wärtsilä. 12 سبتمبر 2006. مؤرشف من الأصل في 2013-08-01. اطلع عليه بتاريخ 2010-01-12.
4. "Suzuki Marine - DF25 - Features and Specifications". سوزوكي. مؤرشف من الأصل في 2011-07-16. اطلع عليه بتاريخ 2010-01-12.
5. Noel P. Nightingale (أكتوبر 1986). "Automotive Stirling Engine - Mod II Design Report" (PDF). ناسا Lewis Research Center. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2014-02-22. اطلع عليه بتاريخ 2010-07-16.
6. Jane's 1989, p. 294.
7. "LM2500+ Marine Gas Turbine" (PDF). جنرال إلكتريك للطيران. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2011-08-08. اطلع عليه بتاريخ 2010-01-25.
8. "Mazda - What Is A Rotary Engine?". مازدا. مؤرشف من الأصل في 2014-02-12. اطلع عليه بتاريخ 2010-01-12.
9. "UAV Wankel Engines". O.S. Engines. مؤرشف من الأصل في 2013-01-22. اطلع عليه بتاريخ 2010-01-08.
10. "JetCat Americas - Error" (بالإنجليزية البريطانية). Archived from the original on 2016-12-22. Retrieved 2015-11-17.
11. "LM6000 Marine Gas Turbine" (PDF). جنرال إلكتريك للطيران. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2011-08-08. اطلع عليه بتاريخ 2010-01-25.
12. "GE's LM6000 Demonstrates Outstanding Reliability And Availability In First Two Years Of Commercial Service". جنرال إلكتريك للطيران. مؤرشف من الأصل في 2010-12-11. اطلع عليه بتاريخ 2010-01-25.
13. "BMW engines". All Formula One Info. مؤرشف من الأصل في 2019-12-17. اطلع عليه بتاريخ 2010-01-08.
14. "Model GE90-115B". جنرال إلكتريك للطيران. مؤرشف من الأصل في 2011-08-23. اطلع عليه بتاريخ 2010-01-08.
15. (بالفرنسية) Jean-Claude Thevenin, Le turboréacteur, moteur des avions à réaction, جمعية الملاحة الجوية والفضائية في فرنسا  ^{[لغات أخرى]}‏, June 2004 (3rd edition).
16. "NASA Fact Sheet: Space Shuttle Main Engine (SSME) Enhancements" (PDF). Marshall Space Flight Center, Huntsville, Alabama: ناسا. مارس 2002. مؤرشف من الأصل (PDF) في 2008-10-26.
17. "High Performance Liquid Hydrogen Turbopumps". ناسا. 1 فبراير 1999. مؤرشف من الأصل في 2013-12-04. اطلع عليه بتاريخ 2010-01-08.^{[وصلة مكسورة]}