Como funcionou a "decolagem úmida" dos velhos tempos? A água usou água destilada comum ou tinha aditivos? Para onde é transportado na aeronave?
Como funcionou a "decolagem úmida" dos velhos tempos? A água usou água destilada comum ou tinha aditivos? Para onde é transportado na aeronave?
Em muitos aviões de jato antigos, a água era pulverizada na entrada ou no compressor de ar do motor, onde a evaporação esfriava o ar e permitia que o ar mais frio e denso fosse ingerido pelo motor. O resultado foi um aumento do impulso, especialmente necessário para a operação em campos de aeródromo quente e alto, ou uma temperatura mais baixa na seção quente do motor no mesmo impulso. De Número do papel SAE 2004-01-3108:
Water injection was first used over 45 years ago on commercial transport aircraft to increase thrust. Boeing 707-120 aircraft with Pratt & Whitney JT3C-6 engines and later, the Boeing 747-100 & 200 aircraft with Pratt & Whitney JT9D-3AW and -7AW engines, all used water injection for thrust augmentation.
Este relatório discute várias técnicas para injeção de água:
E NASA-TM-2010-213179 é mais específico no sistema:
Four water-injected Pratt & Whitney JT3C–6 engines were used on early Boeing 707–120 Stratoliner aircraft to augment takeoff thrust on days above 20 °F. This system used a belly tank to store demineralized water and an electrically driven boost pump to deliver water to the four engines. At that point, an engine-driven mechanical pump increased the pressure to about 400 psi for injection before the low-pressure compressor (LPC) on days as cold as or colder than 40 °F and for injection into the high-pressure compressor (HPC) only on days between 40 and 20 °F.
O que aconteceria se o querosene, em vez de água, fosse enchido nos tanques de água, fosse testado por um BAC-111 em setembro 6, 1971:
The aircraft collided with a bridge, shearing off both wings, after a double engine failure occurred during takeoff. The water-injection system to cool the engines during takeoff was inadvertently filled with kerosene instead of water.
Trabalhos mais recentes sobre injeção de água focaram na redução de óxidos de nitrogênio que se formam na combustão magra e em alta temperatura. Ao diminuir o nível de temperatura do processo de combustão, o poluição por óxido de nitrogênio pode ser bastante reduzido.
Ofereço isso como um complemento à resposta de Peter Kämpf acima. A explicação simples é que a água injetada evapora durante os estágios da compressão, e isso esfria o ar (pense em suor evaporando esfriando a pele em um dia quente).
A injeção de água dá ao motor a jato a capacidade de realizar mais trabalhos por um curto período de tempo, sem exceder as limitações de projeto do motor em condições extremas.
Os motores a jato foram / são projetados e construídos com especificações e tolerâncias baseadas nos materiais utilizados. O "impulso de projeto" geralmente é o impulso estático que o motor é capaz de fornecer condições padrão (ou seja, temperatura estática do ar, pressão atmosférica, umidade etc.). Mas quando está quente lá fora, o impulso do projeto às vezes é insuficiente para o peso da aeronave / comprimento da pista / condições do vento etc.a. A injeção de água é um método para mitigar esse cenário.
Compreendendo o lei dos gases ideais, $ PV = nRT $, é a chave para esta discussão. Como Peter afirmou, ao esfriar o ar ($ \ downarrow T $), algo no lado esquerdo da equação também deve diminuir. ($ R $ é um constante.) Isso deve ser pressão ($ P $), pois o volume ($ V $) dentro da câmara de combustão não muda (pelo menos esperança não!).
Mas aqui está uma torção: Adicionando vapor de água ao ar abaixa sua densidade. Desde a densidade é massa (número de moléculas $ n $) dividido pelo volume $ V $ e, novamente, o volume não está mudando; isso implica $ \ downarrow \! n $b. Agora, temos $ \ downarrow \! PV = \ downarrow \! NR \ downarrow \! T $.
Então, como nós aumentar a densidade do ar entrando na seção quente como Peter mencionou?
Para aumentar a densidade, é preciso enfiar mais moléculas no volume determinado. A única maneira de fazer isso em uma turbina de combustão interna é aumentar o fluxo de combustível, aumentando assim a intensidade do processo de combustão e fazendo com que mais ar seja aspirado para a seção quente. A injeção de água apenas dá ao motor a capacidade de realizar mais trabalhos sem exceder as tolerâncias do motor em condições extremas.
Observe que a água injetada evaporou completamente em vapor antes de atingir a seção quente. Embora as moléculas de água não contribuam para o processo de combustão (obviamente), também não há muito para dificultá-lo.
Às vezes, acho que a injeção de água era apenas um "truque" de engenharia para ajudar a preencher a lacuna tecnológica entre os grandes e modernos quadros da época e os pequenos motores usados para pilotá-los.
A construção de uma estrutura metálica de metal data do final do 1920 e os motores a jato não apareceram até cerca de 15 anos depois. Assim, no final da 1950, os quadros eram modernos e de ponta, mas a tecnologia dos motores a jato estava em falta.c.
Os militares lidaram com isso apertando mais e mais motoresd, e. No entanto, isso era impraticável para o serviço comercial de linhas aéreas, portanto, qualquer "truque" de engenharia disponível tinha que ser empregado para acomodar os aviões mais novos.
Para que eu não seja inflamado pela invencibilidade acima, deixe-me dizer que a "era da injeção de água" precisava acontecer. Pense bem: o Boeing 747 foi a pior coisa e a melhor coisa a acontecer no desenvolvimento de motores a jato. Atualmente, os modernos motores de turbina são projetados para as condições "extremas" mencionadas acima (sem necessidade de injeção de água) e para aparelhos legais como FADEC ajude a mantê-los funcionando de forma limpa e eficiente.
a Mas, fabricantes de aviões do gostam de anunciar os recursos de seus produtos (assim como os fabricantes de motores a jato). Menciono isso em particular porque parece que o 1960 e o início do 1970 viram um grande aumento na promoção de viagens aéreas no nível cultural e social, parecia que a tecnologia não conseguia acompanhar o ritmo.
b Na verdade, o número de moléculas não está mudando tanto quanto o peso molecular médio de todas as moléculas. Mais uma vez, veja este link para mais informações.
c Baseei essa afirmação em como o programa Boeing 747 foi adiado repetidamente por causa de problemas com o desenvolvimento JT9D.
de injeção de água. Observe que eu deixo intencionalmente a pós-combustão como um "truque" neste contexto, pois é freqüentemente usada em várias etapas do vôo - ou seja, é não um procedimento único de uso único.
A injeção de água é usada no motor Rolls-Royce Pegasus no jato Harrier, mas não tem nada a ver com combustão. Em vez disso, a água é injetada para resfriar as pás da turbina a temperaturas que permitem que o motor opere na potência nominal máxima.
The maximum take-off thrust available from the Pegasus engine is limited, particularly at the higher ambient temperatures, by the turbine blade temperature. As this temperature cannot reliably be measured, the operating limits are determined by jet pipe temperature. To enable the engine speed and hence thrust to be increased for take-off, water is sprayed into the combustion chamber and turbine to keep the blade temperature down to an acceptable level.
Water for the injection system is contained in a tank located between the bifurcated section of the rear (hot) exhaust duct. The tank contains up to 500 lb (227 kg, 50 imperial gallons) of distilled water. Water flow rate for the required turbine temperature reduction is approximately 35gpm (imperial gallons per minute) for a maximum duration of approximately 90 seconds. The quantity of water carried is sufficient for and appropriate to the particular operational role of the aircraft.
Selection of water injection engine ratings (Lift Wet/Short Lift Wet) results in an increase in the engine speed and jet pipe temperature limits beyond the respective dry (non-injected) ratings (Lift Dry/Short Lift Dry). Upon exhausting the available water supply in the tank, the limits are reset to the 'dry' levels. A warning light in the cockpit provides advance warning of water depletion to the pilot.
Se você ficar sem água em um Harrier, terá sérios problemas ao tentar impedir que o motor se frite em algo que não seja um vôo convencional. Não há VTOL depois disso.
A injeção de água à frente das câmaras de combustão esfria o fluxo de ar, aumentando assim sua densidade e potencialmente permitindo que mais combustível seja queimado, aumentando a potência. A injeção de água à frente da turbina de alta pressão terá o efeito de resfriar a turbina, o que pode permitir o uso de uma configuração de potência mais alta, e a massa da água será adicionada à taxa de fluxo de massa através do motor, aumentando diretamente a pressão.
as moléculas de água contribuem no processo de combustão, pois na turbina as temperaturas e pressões atingem a razão termolítica para a ignição da água. Na barra 1, a temperatura é 5600C. Em pressões elevadas, a temperatura é reduzida posteriormente, uma vez que o volume permanece o mesmo, por n é aumentado relativamente. No BAC-111, o incidente ocorreu devido à sorte de empuxo, já que nenhum spray de água foi disponibilizado.
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