Pode ultrapassar os turbofans em alta altitude?

Sim, em princípio, mas algumas modificações são aconselháveis.

O que limita a altitude máxima de operação de um motor a jato (além do empuxo necessário para subir lá) é o taxa de compressão do compressor permanece constante , a pressão absoluta na câmara de combustão cai com a altitude.

Para que a combustão ocorra, primeiro as gotículas de combustível injetadas na corrente de ar precisam evaporar. Isso é facilitado pela maior temperatura e pressão, e quanto mais baixo ambos, mais tempo de residência da mistura ar-combustível (cuidado, ligação PPT) no combustor é necessário para uma boa combustão. Câmaras de combustão mais compridas têm maiores perdas de pressão e pesam mais, então os projetistas de motores tentam limitar seu comprimento.

Apenas a aceleração para baixo já pode fazer com que a ignição pare em alta altitude. Se ocorrer uma descarga, o motor esfria rapidamente e um reiniciar a uma altitude menor pode não ser possível. Os turbofans adequados para operações em grandes altitudes usam medidas especiais para estabilizar a chama . Quando eles estão no lugar, não há razão para que o B-52 não possa continuar a voar a 50.000 pés.

Se definirmos o impulso T de um turbofan como

$$ T = \ ponto {m} \ cdot (V_e - V_0) $$

com:

• $ \ dot {m} $ = fluxo total de massa através do gerador de gás e do ventilador
• $ V_e $ = velocidade média de escape
• $ V_0 $ = velocidade aerodinâmica

podemos ver que o empuxo é proporcional ao fluxo de massa. Em altitudes mais altas, a densidade do ar é menor, então o fluxo de massa através do motor é menor, mas enquanto a combustão puder ser mantida, o motor em altitude ainda pode fornecer uma fração do seu nível do mar. Essa fração precisa ser suficiente para impulsionar a aeronave na velocidade de cruzeiro, além do excesso de potência de escalada para alcançar a altitude de cruzeiro, portanto, o impulso TO precisa ser suficiente para isso. Apenas uma questão de dimensionar o motor.

O teto operacional de uma aeronave é uma função da geometria da asa: carga da asa, relação de aspecto, perfil da asa, relação de afunilamento, torção. Para uma determinada aeronave que é re-engined, teto operacional não mudaria.

O motor de bypass é alimentado por um gerador de gás, idêntico a um turbojato de corrente simples - os limites operacionais do motor de bypass mais alto são os mesmos que os de um turbojato de corrente simples.

Embora, é claro, os motores sejam importantes para permitir que uma aeronave atinja seu teto de serviço, a escolha do teto de serviço tem mais a ver com a aeronave do que com os motores neste caso.

As aeronaves são projetadas para serem econômicas de operar. Voar mais alto coloca mais pressão na fuselagem para manter a mesma pressão na cabine. Para se proteger contra os riscos mais altos no caso de descompressão, os regulamentos relativos ao suprimento de oxigênio de emergência podem ter requisitos mais altos para as aeronaves que voam tão alto. Peter discute os problemas no projeto de motores para essas altitudes. Todos esses custos não valem nenhum benefício de voar mais alto. Veja também: Por que muitos aviões a jato são projetados para cruzar o FL350-370? , incluindo outra boa resposta do Peter.

As aeronaves militares são projetadas para diferentes requisitos. Eles não acumularão ciclos de vôo quase tão rápido quanto um avião de passageiros, reduzindo o estresse colocado na fuselagem. No caso do B-52, apenas as áreas da tripulação na fuselagem dianteira são pressurizadas, reduzindo a quantidade de reforço necessária. Assim, os custos são mais baixos e as aeronaves militares têm mais ênfase no desempenho, fornecendo o incentivo para tetos mais altos. Os jatos executivos têm os mesmos requisitos de alto desempenho de baixo ciclo.

Você menciona o CFM56 e o GE Passport. Como você observou, o 737 e o A320 usam o motor CFM56 e têm tetos mais baixos, enquanto o KC-135R tem um teto de 50.000 pés. O Passaporte GE alimenta o Bombardier Global 7000/8000, que tem tetos de serviço de 51.000 pés. Portanto, não há razão para duvidar que turbofans de bypass alto possam funcionar nessas altitudes.

Consumo de Combustível Específico de Impulso (TSFC) depende muito das condições. Está disponível se você passar algum tempo procurando, mas precisa ter cuidado para comparar as mesmas condições. Este site lista os motores de aeronaves militares. O JT3D / TF33 do KC-135 original e do B-52 é de cerca de 0,535 lb (lbf-h). O F108-CF-100 no KC-135R está listado em 0.363 lb (lbf-h).

Esta tabela lista as especificações de motores a jato comerciais.