Eu analisei um Turbofan Pratt & Whitney F100 no último semestre do meu curso de aerotermodinâmica, permita-me responder a essa pergunta. A resposta curta: o ar não comprimido fornece a maior parte do empuxo total de um motor já que o ar comprimido alimenta o motor.
Correção: Esqueci de mencionar que os ventiladores também comprimem a entrada de ar. Ou seja, todo o ar que entra no motor é comprimido um pouco pelo ventilador. Parte desse ar comprimido entra no núcleo do turbojato e o restante do ar comprimido no ventilador ignora o núcleo do motor. Eu ignorei isso por uma questão de simplicidade, mas eu deveria ter explicado isso, já que você perguntou diretamente sobre a compressão do ar em um turbofan.
Resposta longa: veja abaixo!
1. Os fãs)
O ar entra no motor através de um ventilador (ou ventiladores no caso do mecanismo F100). Estes são os fãs gigantes com uma insígnia giratória no meio que você vê dentro de um motor.
Atualização: As insígnias giratórias mostram claramente se o ventilador está girando para que os trabalhadores não se machuquem.
O (s) ventilador (es) aumenta a pressão do ar que entra no motor. Parte desse ar comprimido é desviado para o restante do motor e é direcionado diretamente para fora do motor. A taxa de derivação é uma medida de quanto o ar ignora o núcleo do "jato" (ar de desvio / ar do núcleo).
2. Os compressores
O restante desse ar é então comprimido através de uma combinação de mais ventiladores e um duto convergente. Os dados do meu projeto thermo me dizem que esse estágio aumenta a pressão do ar do núcleo em mais de 10,000%, mas não tenho muita certeza disso *. Basta dizer, este ar central agora tem muita energia- vamos adicionar um pouco mais: D
Nota rápida: O ar comprimido agora possui velocidade insignificante em relação ao ar de desvio. A maior parte da energia do ar comprimido está "dentro" de sua pressão (membros seniores do SE, corrija-me se estiver errado).
3. A câmara de combustão (aka, combustor aka câmara mágica)
Agora o ar do núcleo entra na câmara de combustão. Aqui o ar entra em pequenas câmaras, mistura-se com combustível de aviação e é inflamado. O diagrama principal das peças de um motor que publiquei faz com que pareça que a câmara de combustão é uma grande parte de um motor a jato, mas, na verdade, o combustor consiste em um monte de câmaras menores cercadas pelo eixo principal do motor. Aqui está um gif que mostra o que quero dizer:
O funcionamento da câmara de combustão está além do meu escopo de entendimento, mas considere que um combustor está essencialmente tentando manter uma vela acesa no meio de um furacão. Uma engenharia impressionante é usada para projetar câmaras melhores e mais eficientes (queima mais quente).
4. A turbina (aka seção mais mágica)
Agora que o ar quente e ainda mais energético entra na seção da turbina, que consiste em um duto divergente (aumentando em área) e mais ventiladores. Enquanto a compressa "insere" energia no ar, as turbinas extraem energia do ar. À medida que o ar entra na área maior (em volume) da turbina, ele se expande e gira os ventiladores da turbina que alimentam os compressores e o ventilador. Essa relação de retrabalho (BWR) é uma medida de quanta energia de turbina é necessária para girar os compressores.
5. O bico
O ar do núcleo ainda energético é novamente concentrado antes de ser disparado para fora da parte traseira do motor. Esse impulso, juntamente com o impulso do ar de desvio, impulsiona o ar para a frente seguindo este modelo:
$ F_ {thrust} = \ ponto {m} _ {bypass} \ times \ Delta v_ {bypass} + \ ponto {m} _ {core} \ times \ Delta v_ {core} $
Onde $ \ dot {m} _ {bypass} $ é a vazão mássica do ar que é ignorado e $ \ Delta v_ {bypass} $ é a alteração na velocidade desse ar como resultado do ventilador.
E $ \ dot {m} _ {core} $ é a vazão mássica do ar que é queimado e $ \ Delta v_ {core} $ é a alteração na velocidade do ar do núcleo como resultado do ventilador, compressor, câmara de combustão e turbina.
O ar não comprimido contribui com cerca de 60% do impulso total. O ar "processado" perde uma parte significativa de sua energia para alimentar o motor. Contudo, o ar comprimido ainda fornece cerca de 40% do empuxo total. Adicionar um pós-combustor pode aumentar essa contribuição para 50%. Como isso é possível? Algas mortas de um bilhão de anos atrás.
Os hidrocarbonetos no combustível de aviação consomem muita energia em um pequeno espaço e massa (dois conceitos completamente diferentes). A queima desses hidrocarbonetos libera muita energia que alimenta os ventiladores, compressores e geradores elétricos de uma aeronave antes de empurrá-la para frente. Essa alta energia em um pequeno local / espaço também é o motivo pelo qual carros elétricos / qualquer coisa não eram práticos até as baterias LiPo (matéria para outro artigo).
Aplaudo por perceber que o ar não comprimido contribui para o impulso de um motor. Eu acho que o termo "desvio" confunde algumas pessoas a pensar que esse ar é "jogado fora". não é. O ar desviado é realmente acelerado por uma série de ventiladores e confere impulso à aeronave.
Estou estudando engenharia aeroespacial agora (Opa!), Então minha excitação por poder responder a essa pergunta me desviou da sua pergunta original, mas espero que você aproveite as informações extras sobre como um turbofan opera.
Informações adicionais
Quanto mais quente uma câmara de combustão queima, mais quente fica o ar central e mais energia ele pode fornecer para a operação do motor. Além disso, as câmaras mais quentes gastam menos combustível de aviação e resultam em vapores relativamente mais limpos e seguros. Aumentar a temperatura máxima do CC e projetar o restante do motor (ou seja, as pás da turbina) para lidar com o aumento da temperatura é a vanguarda da pesquisa do motor. Esse é um dos problemas de ciência / engenharia de materiais mais desafiadores e lucrativos do mundo, já que a eficiência é fundamental no setor de aviação de hoje e de amanhã.
Aqui é um bom artigo que descreve como a GE, a Rolls-Royce e outras empresas de motores vendem empuxo, não motores. É muito longo, então você pode lê-lo em seu próximo voo :)