Como (e por que) a pressão do motor muda com a velocidade do ar?

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Estou interessado em saber como o impulso de um motor turbofan é afetado em velocidades do ar mais altas (TAS). Eu sei (eu acreditava) que o impulso do motor (em constante N1) era relativamente constante, como no gráfico a seguir (apenas pequenos desvios):

insira a descrição da imagem aqui

Esse gráfico geralmente está nos livros / manuais que descrevem o desempenho do mecanismo com referência à velocidade.

Em seguida, deparei com os dados do motor turbofan CFM56-5C, que afirma que o empuxo máximo do motor em cruzeiro é de aproximadamente 29,360 Newtons, enquanto o empuxo máximo quando estacionário é o 140,000 N. Isso é quase 5 vezes mais energia no solo do que no cruzeiro. Aqui está o link: Quanto ar, em massa, entra em um motor turbofan médio CFM56 em cruzeiro por minuto?

Estas são declarações aparentemente contraditórias ou estou faltando alguma coisa. Qual deles está correto e por quê? Por que a pressão do motor está sendo alterada com a velocidade? Além disso, no gráfico acima, quais são essas duas curvas que, quando adicionadas, formam um impulso líquido do motor?

Depois de fazer alguns cálculos usando a equação de empuxo (F = fluxo de massa * diferença nas velocidades de exaustão e entrada indicadas como delta V -> desconsideramos o fluxo de massa de combustível e assumimos que a pressão de saída é igual à pressão de fluxo livre, graças a um bico ) e seguindo os dados mencionados acima no link, descobri que o termo delta V em cruzeiro e na decolagem é constante (com potência máxima) e seu valor é 295 m / s, que afirma que a velocidade de escape do motor sempre será 295 m / s mais rápido a partir da velocidade de entrada (para uma configuração máxima de potência em qualquer velocidade). Eu acho que é lógico, porque o trabalho realizado pelo motor é usado para aumentar a energia cinética (delta Ek) do fluxo de ar, o que aumenta a velocidade sempre em uma quantidade constante na configuração específica de potência / N1 (é claro que menos energia é igual a menos delta V).

por Darjan 29.03.2018 / 20:29

1 resposta

O primeiro diagrama ao qual você vincula mostra três linhas, mas não indica o que elas representam. Eu acho que a linha em negrito é lançada sobre a velocidade. Então este diagrama está correto para um turbojato.

Diagrama de pressão sobre a velocidade do ar

Impulso $ T $ é a diferença entre o impulso de saída do motor menos o impulso de entrada: $$ T = (\ ponto {m} _ {ar} + \ ponto {m} _ {combustível}) \ cdot v_ {exit} - \ ponto {m} _ {ar} \ cdot v_ {entrada} $$ A velocidade de saída $ v_ {exit} $ de um motor turbojato é quase constante sobre a velocidade de vôo (em relação ao motor, é claro), portanto, à medida que o motor acelera, um impulso de entrada maior deve ser subtraído de um impulso de saída quase constante. O impulso cai um pouco acima da velocidade.

Em números Mach mais altos, a pré-compressão do efeito ram na entrada aumenta o nível de pressão (e, portanto, o fluxo de massa $ \ ponto {m} _ {air} $) dentro do motor, para que ele desenvolva mais empuxo do que em condições estáticas. Esse efeito faz com que a linha de empuxo se dobre para cima em velocidade mais alta e, desde a pré-compressão cresce de maneira não linear com a velocidade, a queda inicial no impulso é logo revertida. Claro, agora o fluxo de massa de combustível $ \ ponto {m} _ {combustível} $ crescerá da mesma maneira, portanto a eficiência do combustível (empuxo por combustível usado) continuará a cair à medida que a velocidade aumentar.

Somente quando a velocidade de vôo se aproxima da velocidade de saída do jato a pressão diminui novamente. A velocidade de saída típica de um turbojato é facilmente supersônica; portanto, esse tipo de motor é bem adequado para vôo supersônico.

max engine thrust at cruise is approximately 29,360 Newtons while it's max thrust when stationary is 140,000 N

Aqui você tem dois efeitos combinando para diminuir o impulso. Uma é a redução da diferença entre a velocidade de entrada e saída. Isso é mais pronunciado em um turboventilador motor porque o fluxo de derivação será acelerado muito menos que o fluxo do núcleo, e uma velocidade de vôo mais alta causará uma queda proporcionalmente maior no empuxo.

O segundo efeito vem da diferença na densidade do ar entre o solo e o cruzeiro: a densidade do ar a uma altitude típica de cruzeiro de 35,000 ft é apenas 0.38 kg / m³ ou 31% da densidade do ar ao nível do mar. o fonte original para o número de impulso do cruzeiro não diz para qual altitude o valor é válido, mas você pode ter certeza de que é para cerca de um terço da densidade do solo. Fluxo de massa $ \ ponto {m} _ {air} $ é diretamente proporcional à densidade ambiente e os dois efeitos se combinam. No entanto, a maioria das fontes fornece apenas uma queda para um quarto do impulso estático - a última tabela na resposta vinculada parece que alguém misturou os valores para o CFM56-5A e o CFM56-5C.

29.03.2018 / 23:19