Turboprop vs turbofan (em aeronave regional)

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Estou tentando descobrir por que os turboélices são mais eficientes em altitudes e velocidades mais baixas, enquanto os turbofans são melhores em velocidades mais altas e em altitudes mais altas.

Simplisticamente, minha explicação é a seguinte:

  • A parte da turbina a gás dos motores turboélice e turbofan é basicamente a mesma, portanto, AMBOS devem se beneficiar do aumento da altitude.

  • No entanto, como o TAS também aumenta com a altitude, os turboélices começam a experimentar efeitos supersônicos (ondas de choque) nas pontas das hélices, o que limita seu teto.

Esta explicação está correta? Quais fórmulas podem suportá-lo? Por que turbofan é menos eficiente que turboélice em altitudes mais baixas?

Obrigado.

por Cameloid 16.02.2019 / 07:48

2 respostas

Os turboélices são mais eficientes, porque aceleram mais ar menos para criar o impulso e, portanto, o ar carrega menos energia, pois a energia cinética é proporcional ao quadrado da velocidade. Isso é verdade em todas as altitudes.

Nem motor beneficia da altitude. Eles se beneficiam um pouco das temperaturas mais baixas, pois a eficiência do motor térmico é proporcional à proporção entre alta e baixa temperatura absoluta. Mas o principal benefício de voar alto é que o arrasto é proporcional à densidade; portanto, no ar menos denso, o avião voa mais rápido com o mesmo impulso. Isso vale para os dois tipos de mecanismo.

A principal diferença é que os turboélices são limitados pela verdadeira velocidade do ar, pois quando as pontas da hélice se aproximam o suficiente da velocidade do som, as ondas de choque começam a se formar, criando um arrasto maciço (e muito ruído) e a eficiência diminui rapidamente. Por outro lado, a entrada de um turbofan modifica o campo de pressão ao seu redor, para que o ar sempre atinja o ventilador na mesma velocidade, independentemente da velocidade da aeronave, convertendo a velocidade extra em pressão. Portanto, os turbofans mantêm sua eficiência em velocidades reais mais altas.

Como a baixa densidade em grandes altitudes também aumenta a verdadeira velocidade de estol, a verdadeira restrição de velocidade no ar dos turboélices também cria uma restrição de altitude.

Portanto, para rotas curtas onde não há distância suficiente para subir tão alto, a maior eficiência dos turboélices é melhor e os turboélices são usados. Mas para rotas mais longas, nas quais você pode subir acima dos 30,000 ft e voar a maior parte da rota para lá, o aumento da eficiência devido à menor densidade e a maior velocidade real resultante compensam a menor eficiência dos motores turbofan e eles se tornam melhores.

Além disso, voar mais rápido reduz outros custos. Para rotas curtas, a aeronave gasta uma fração de tempo maior no solo carregando, descarregando e reabastecendo, portanto, voar mais rápido tem menos efeito e você deseja minimizar a queima de combustível. Mas, para rotas mais longas que voam mais rápido, a aeronave pode fazer mais viagens em um determinado momento e as tripulações podem fazer mais viagens e, portanto, os custos fixos se espalham por mais milhas de passageiros, o que faz valer a pena voar mais rápido, mesmo que isso signifique usar um pouco mais de combustível . Isso novamente requer o uso de motores turbofan.

17.02.2019 / 10:35

À medida que os comprimentos do palco diminuem, a velocidade máxima de cruzeiro aos pés 39,000 desempenha um papel cada vez menor na determinação das durações de porta a porta, já que geralmente não há tempo suficiente para subir a essa altitude e depois descer novamente em um pulo.

Isso significa que existe um perfil de voo viável que envolve uma subida a uma altitude mais baixa e um cruzeiro de velocidade mais baixa que fica a uma distância cuspida da duração porta a porta de um avião mais rápido que viaja a uma altitude muito maior.

Este é o domínio dos turboélices.

16.02.2019 / 15:06