Por que os modernos motores a jato não usam mistura de exaustão forçada?

Motores a jato são barulhentos^{[citação necessária]} - até mesmo um turbofan moderno de bypass alto ainda é ensurdecedoramente alto comparado a praticamente qualquer coisa, exceto oLouder turbofans de bypass baixo ou um turbojato (muito mais alto ainda do que um turbofan de bypass baixo). Sem surpresa, tornar os jatos mais silenciosos tem sido uma grande preocupação para toda a era do jato; como a maioria do ruído de um motor a jato provém de turbulência na fronteira entre o escapamento do núcleo quente, por um lado, e o ar ambiente (turbojatos) / fluxo de ar de bypass (turbofans), por outro (junto com, para turbofans, um pequena contribuição da turbulência na fronteira entre o fluxo de ar do desvio e o ar ambiente), o principal meio de fazê-lo sem a necessidade de uma razão de desvio alta da turbina incineradora¹ é fazendo com que as duas ou três correntes de escape se misturem suavemente e, de preferência, antes de sair pelo tubo de escape (para que qualquer ruído que is gerado durante o processo de mistura pode ficar preso dentro da barquinha).

Para esse fim, os primeiros aviões a jato usavam intrincados misturador forçado tubos de escape extremamente eficazes para misturar os gases de escape e o ar ambiente e, assim, reduzir o ruído; eles poderiam ser incorporados ao motor no momento da fabricação ou adaptados posteriormente como "hushkit". Estes podem ser vistos tanto em turbojatos ...²

... e em turbofans.³

Com a mudança para turbofans de bypass alto nos 1970s e 1980s, a taxa de desvio dramaticamente aumentada dos novos motores foi suficiente por si só para produzir uma grande queda no ruído, de modo que mesmo um tubo de escape simples e sem mistura era aceitável, e o os canos de escape do misturador forçado dos motores anteriores desapareceram lentamente de vista, à medida que o número de aeronaves usando os motores mais antigos diminuía.

No entanto, desde então, os NIMBYs ficaram mais exigentes e os padrões de ruído continuaram a se tornar cada vez mais rígidos, forçando os jatos a usar novamente a mistura de escape para torná-los mais silenciosos. Dois métodos para fazer isso são de uso comum:

Chevrons

Esses aros do tubo de escape com dentes de serra aprimoram a mistura do núcleo, do desvio e do ar ambiente, reduzindo o ruído:⁴

Tubos de escape compartilhados

Esses motores simplesmente enviam o fluxo de ar do núcleo e do desvio através de um único tubo de escape longo, onde as forças de cisalhamento na fronteira entre as duas correntes de ar criam turbulência que os faz se misturar até certo ponto antes de sair do motor:⁵

Ambos os métodos, no entanto, são bastante ineficientes na mistura das diferentes correntes de ar; um mixer forçado ampliado seria muito mais confuso (e, portanto, mais redutor de ruído). Então, por que os turbofans modernos de bypass alto ainda usam métodos ineficientes de mistura de escape, em vez da mistura forçada mais eficaz?

¹: Uma taxa de desvio mais alta requer (para uma determinada classificação de empuxo) mais energia por unidade de turbina, o que exige que a turbina funcione mais quente.

²: Misturador de exaustão de um General Electric CJ805-3 turbojato de um Convair 880 (imagem de Thomas R. Machnitzki, via DoxTxob em Wikimedia Commons).

³: Misturador de exaustão de um Rolls-Royce Conway RCo.12 turbofan de baixo desvio de um Boeing 707-420 (imagem de Alf van Beem em Wikimedia Commons).

⁴: Misturador de exaustão de um General Electric GEnx-2B turbofan de alto bypass de um Boeing 747-8I (imagem de Olivier Cleynen em Wikimedia Commons); observe as divisas nas capas dos ventiladores (aqui abertas para apaziguar a galeria de amendoins), para misturar o fluxo de ar do desvio com o ar ambiente e no tubo de escape do núcleo, para misturar a exaustão do núcleo com o fluxo de ar do desvio.

⁵: Misturadores de escape de dois General Electric / SNECMA CFM56-5C turbofans de alto desvio de um Airbus A340-300 (imagem de Hansueli Krapf em Wikimedia Commons); mais dois A340s, juntamente com seus motores e os referidos misturadores de escape dos motores, também são visíveis em segundo plano (um na parte superior esquerda e na parte superior direita; ignore o 747 na parte superior direita).