Os motores a jato de fluxo axial ocupam muito espaço. Motores a jato centrífugos criam alta pressão. Você pode criar uma bomba de ar centrífuga que empurre tanto ar quanto um motor a jato axial. Motores de ar centrífugos atingem velocidades mais altas em minha pesquisa. Quais são as principais desvantagens dos motores pneumáticos centrífugos dos motores axiais padrão.
Os compressores centrífugos produzem apenas um motor mais compacto com baixo fluxo de massa, o que significa baixo empuxo.
A quantidade de empuxo que um motor pode produzir é proporcional à sua área de admissão multiplicada pela velocidade de escape. Aumentar este último é indesejável, pois o consumo de energia e, portanto, o combustível é proporcional à velocidade ao quadrado. Assim, os projetistas de motores visam o fluxo de massa para ganhar mais impulso.
Como são estruturas 3D, em um design sólido ingênuo (que você encontraria nos primeiros jatos e microturbinas), a massa de um compressor centrífugo cresce em proporção cúbica ao seu diâmetro, enquanto a área frontal, que limita seu fluxo de massa e, portanto, seu impulso, aumenta apenas à medida que o diâmetro ao quadrado. Isso cria uma lei de cubo-quadrado.
As peças grandes da vida real são preenchidas com canais de iluminação e resfriamento, então a lei é mais complexa. Ainda assim, o resultado final é que a massa de compressores centrífugos cresce mais rápido que a energia e, nos níveis mais altos de potência, eles se tornam proibitivamente pesados, mesmo para reparos fixos. máquinas de motores, onde a durabilidade supera o peso. Com os compressores axiais, o design plano com curto caminho de fluxo de ar permite que a massa cresça apenas em proporção direta à potência, e motores muito potentes podem ser construídos dentro de dimensões razoáveis.
Os motores de alto desempenho, como os de aeronaves comerciais, também precisam compactar mais pressão na menor seção transversal possível, mantendo a eficiência, de modo a reduzir o arrasto e também caber sob as asas, permitindo jatos mais pesados. Os compressores axiais oferecem muito mais área de admissão para qualquer seção transversal - portanto, mais empuxo.
Os jatos menores, onde os requisitos de empuxo são pequenos e a seção transversal do motor é muito pequena em comparação com a fuselagem, pode proporcionar o diâmetro extra de um compressor de fluxo centrífugo ou diagonal. Sim, é a mesma lei do quadrado do cubo que mantém o seção transversal do motor para seção transversal total proporção aumentando à medida que as aeronaves aumentam de tamanho. Os pequenos compressores centrífugos são mais simples, mais fáceis de construir e mais robustos que os pequenos axiais.
Portanto, em todos os setores, há um ponto de cruzamento de centrífugo para axial. Para aeronaves em que o arrasto é crítico, fica logo acima dos pequenos bizjets, as turbinas móveis de solo e helicópteros permanecem centrífugas ou misturadas até alguns MW, e nas dezenas de megawatts até as usinas fixas mudam de axial / centrífuga para axial. Os motores próximos a esse ponto de cruzamento normalmente combinam estágios axial e centrífugo, e os compressores diagonais mais novos oferecem um compromisso ainda mais personalizado.
Os motores de turbinas axiais ocupam muito espaço ... longitudinalmente. Os compressores centrífugos são mais curtos e amplos e são frequentemente usados em motores turboélice e eixo turbo, por exemplo, o Rolls Royce Dart é um motor turboélice de eixo único. A foto demonstra a compactação do motor ... longitudinalmente.
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Can you create a centrifugal air pump that pushes as much air as a axial jet engine.
Sim você pode. Ele terá dois problemas principais:
What are the main disadvantages of centrifugal air engines from the standard axial engines.
Compressores centrífugos:
As vantagens são:
Motores maiores (alto fluxo de massa, alta taxa de compressão e mínima área frontal) usam compressores axiais quase que exclusivamente: as perdas internas são mais baixas. Os compressores centrífugos são usados para casos de projeto em que outros fatores que não a eficiência são interessantes, como custo e limitação de comprimento para turbos-eixos de helicópteros.
Um exemplo do uso de um compressor centrífugo em um motor turbofan é o Garrett AiResearch ATF3. Um motor de eixo 3, com o ventilador no eixo 1, cinco estágios axiais no eixo 2 e um estágio centrífugo no eixo 3.
O fluxo de exaustão quente é desviado de volta para o desvio do ventilador, que o esfria e resulta em uma baixa assinatura de IR. Este mecanismo é usado no Dassault Falcon. Observe que não há nenhuma dificuldade técnica principal para escalar esse mecanismo até o nível A380, além da diminuição da eficiência devido às múltiplas deflexões na corrente de ar. A área frontal mais ampla não é um problema na parte do compressor e a taxa de compressão total aumenta muito usando esse estágio final.
Como no ATF3, os compressores centrífugos são frequentemente combinados com um estágio axial, que pré-gira a corrente de ar no compressor centrífugo e aumenta a eficiência e a taxa de compressão máxima por estágio único, em comparação com um estágio único plano.
Enquanto um compressor centrífugo pode obter maior compressão do que um solteiro estágio do compressor em um mecanismo de fluxo axial, o projeto de fluxo axial permite vários estágios do compressor, alcançando maior compressão geral do ar e, consequentemente, maior eficiência. Os motores de jato de fluxo centrífugo são, no entanto, resistentes e confiáveis.
Todos os motores de aeronaves com compressor centrífugo existentes são turbojatos ou turboélices.
Além da baixa potência em comparação com os turbofans modernos (o Rolls-Royce Dart mencionado em outra resposta produzida sobre o 1 MW, em comparação com o 50MW para um moderno núcleo de motor de turbofan grande), o diâmetro maior de um compressor centrífugo dificultaria o projeto de um eficiente turbofan, restringindo a área do duto do ventilador.
Aumentar o diâmetro externo das pás do ventilador para aumentar o duto de desvio não é uma opção prática, pois é limitado pela distância ao solo da aeronave. Tentar evitar esse problema com motores montados na cauda de diâmetro muito grande criaria apenas um conjunto diferente de problemas de design.