¿Cómo generan empuje los aviones?

Answer 1

Hay dos tipos principales de motores a considerar si estamos hablando de turbinas de gas que usan la tercera ley de Newton para operar. Uno de ellos es turborreactor y el otro es turboventilador.

Ambos funcionan con el mismo principio. El aire se comprime, lo que aumenta la energía potencial y la presión del mismo. Luego se quema por la adición de combustible en la cámara de combustión. Los gases calentados, luego se expanden (reduce la presión y aumentan la energía cinética) y hacen girar la turbina. Esto crea una fuerza hacia atrás. Este aire forma un tercer par de leyes de Newton y propulsa el avión hacia adelante.

Los motores turborreactores puros, tienen una etapa de compresor, etapa de combustión y una etapa de turbina. Este no es el más eficiente, ya que todo el aire acelerado tiene que pasar por la combustión, lo que significa que se requiere cada vez más combustible. Además, la mitad de la energía extraída se usa para hacer funcionar los compresores. Sin embargo, los turborreactores, debido a su menor diámetro de admisión, funcionan mucho mejor a altas velocidades y altitudes. Por lo tanto, sigue siendo la opción preferida en los aviones de combate militares.

Turborreactor puro

El turboventilador es muy parecido al turborreactor, pero tiene un gran ventilador conectado justo antes de los compresores. Este ventilador dirige el aire a través de los compresores, la cámara de combustión y las turbinas al igual que el turborreactor. Pero también transfiere aire a través de un conducto conocido como el conducto de derivación. Aquí, el aire acelerado solo pasa a través del ventilador, también conocido como compresor de baja presión.

Todos sabemos [Fuerza = Masa x Aceleración]. Para obtener la misma fuerza (empuje) , podríamos darle una pequeña aceleración a una gran masa de aire, o una aceleración más alta a una masa más baja. Los turboventiladores usan el principio de gran masa y poca aceleración, ya que tiene una mayor eficiencia de propulsión y menos pérdida de energía debido a la turbulencia. El empuje en los turboventiladores siempre depende de la relación de derivación , la relación entre el aire que pasa a través del conducto y el aire que pasa a través del núcleo del motor. La energía que pasa por el núcleo se usa casi por completo para hacer funcionar los compresores y el empuje disponible después de eso es residual. La mayor parte del empuje de un turboventilador proviene del aire que pasa a través del conducto.

Turbofan

Answer 2

Gracias por la A a la A.

Hay turbofans, y hay turbofans.

Los primeros aviones en los que comencé a trabajar fueron los Boeing 707. Cinco de los anteriores tenían turbofans Rolls Royce Conway y cinco más nuevos tenían turbofans Pratt y Whitney JT-3D-3B 0r -7.

Mi aerolínea los obtuvo a partir de 1962 y algunos duraron hasta 1986.

Ambos turboventiladores tenían lo que se conoce en la industria como un “índice de derivación bajo”. Eso significa que, de todo el aire aspirado en el motor desde el frente, el ventilador expulsó una pequeña cantidad, y se envió una cantidad mucho mayor al motor central, donde se agregó combustible, se produjo la combustión y se impulsaron los gases resultantes. un par de turbinas antes de ser expulsadas de la boquilla de escape, el escape del chorro, a alta velocidad. Esta relación de derivación fue del orden de 0.3: 1 para el Conway.

El siguiente conjunto de 707 aviones que recibimos fue con los motores JT-3D, y la relación de derivación fue de 1.42: 1 para el JT-3d. Debido al aumento de la relación de derivación, el JT-3D tenía un diseño de ventilador frontal ampliado. Con esta combinación, el empuje generado habría sido de aproximadamente 10% – 15% por el ventilador, y 90% – 85% por el escape del chorro.

Era obvio que las relaciones de derivación más altas darían como resultado una mayor eficiencia de propulsión y, por lo tanto, un mayor ahorro de combustible y un menor ruido. El ruido se estaba convirtiendo en un tema importante en y alrededor de los aeropuertos.

No compramos ni alquilamos ningún otro tipo de avión hasta 1971, cuando llegaron los Boeing 747. Estos tenían los enormes motores Pratt y Whitney JT-9D, pero eso no era lo único nuevo sobre ellos. Estos tenían una relación de derivación de 5: 1; ¡Por cada kilogramo de aire expulsado por la boquilla de escape, el ventilador expulsó 5 kilogramos!

Lo que realmente impulsó el desarrollo de una alta relación de derivación fueron los requisitos de empuje de los aviones de cuerpo ancho, las demandas de ruido mucho más bajo y luego el aumento rápido de los costos de combustible. Todos requerían motores mucho más eficientes de lo que previamente había sido económicamente aceptable. A finales de los años 50 / principios de los 60, el petróleo era barato y a nadie le molestaba demasiado el ruido.

Ahora, el 80% del empuje total del motor estaba siendo entregado por el ventilador, y solo el 20% por el escape del motor central. Los niveles de ruido cayeron significativamente.

Estos primeros motores tenían problemas de confiabilidad, pero no había duda de que eran mucho más eficientes en combustible y mucho menos ruidosos.

Tenemos un par de Airbus A310 y A300 con motores GE, pero sus relaciones de derivación también fueron similares: 5: 1.

Luego, en 2007, obtuvimos el Boeing 777 en dos variedades: el -200LR y el -300ER. Optamos por el motor GE90 (-110B y -115B), y esta vez la relación de derivación fue de 9: 1, ¡sí, nueve a uno! Este es actualmente el motor de turboventilador más grande del mundo, con un empuje récord mundial de 110,300 libras y es el motor exclusivo del -200LR, -300ER y 777F. Este avión debería llamarse The Whisperliner, porque su huella de ruido es muy pequeña.

Cuando el Boeing 787-8 Los aviones comenzaron a llegar más tarde , el motor General Electric GEnx que venía con ellos, aunque algo más pequeño que el GE90, tenía una relación de derivación aún mayor: 9.6: 1.

Otro motor está esperando en las alas: el Pratt & Whitney PW1000G familia de motores de turboventilador de alto bypass. Esto ahora está volando en el A320neo con Lufthansa. Las entregas a Indigo Airlines, la principal aerolínea de tarifas bajas de la India, se han retrasado por razones técnicas, de lo contrario, habrían volado con ellas en diciembre pasado. Esta familia está diseñada para varios aviones; Los motores instalados en el A320neo tienen una relación de derivación de 12.5: 1.

Quora tiene otra respuesta aquí:

En lo que respecta a los motores turbofan y turborreactores, ¿cuánto empuje de un motor a reacción se deriva de las aspas del ventilador en comparación con los gases de escape?

Answer 3

En pocas palabras, ambos.

Cualquier motor de avión, pistón / prop, prop-jet, turbina, turboventilador, incluso cohete, produce empuje al acelerar un gas / fluido (aire, escape) hacia atrás que crea un empuje hacia adelante igual. Ese escape se crea quemando combustible en el aire o con oxígeno, expandiendo el volumen de gas que lo acelera a velocidades mayores que el aire que ingresa para alimentar la combustión.

Pero hay otro factor que contribuye a este empuje hacia adelante, la hélice o el ventilador. El ventilador es una hélice de muchas palas. Una pala de ventilador / apoyo es un ala en miniatura que produce un “levantamiento” hacia adelante a medida que acelera la masa de aire en popa. El ala de un avión crea elevación, ya que también dirige el flujo de aire hacia abajo.

En un motor de turborreactor, las etapas del compresor son varios ventiladores (discos) que comprimen y aceleran el aire a popa hacia las cámaras de combustión y luego a través de las turbinas de potencia. Las turbinas de potencia absorben la mayor parte de la energía de escape térmico y el empuje para alimentar los compresores (y el ventilador o la hélice), pero se produce suficiente empuje en exceso para impulsar el avión hacia adelante.

En términos generales, la mayor parte del empuje hacia adelante de un chorro de ventilador o chorros de propulsión proviene del propulsor o del ventilador, y el escape en bruto contribuye a una menor cantidad de empuje.

Answer 4

Los ventiladores en la parte delantera del motor aspiran aire, que luego se comprime. Este aire se quema con combustible de aviación, produciendo gas caliente y presurizado. Esto es forzado a salir del motor en la otra dirección, y dado que hay un flujo de aire más rápido detrás del motor, existe una propulsión hacia adelante.