O empuxo de um turbofan pode ser aumentado aumentando a taxa de desvio?

Instalar um ventilador maior faz duas coisas ao impulso de um motor:

1. O impulso estático é aumentado. Impulso estático é o impulso produzido quando o motor não está em movimento.
2. O gradiente de empuxo ao longo da velocidade torna-se mais negativo, o que significa que o empuxo diminuirá mais com a velocidade quando a taxa de desvio for aumentada.

Mas há mais: as velocidades de saída no bico são reduzidas, e uma maior ingestão é necessária, já que o ventilador maior precisará de mais ar. Aumentar a taxa de bypass significa tirar algumas das e transformando isso em um fluxo de massa do ventilador maior.

Quando o núcleo do motor permanece o mesmo, seu consumo de combustível também permanecerá o mesmo, mas o maior ventilador criará mais impulso, especialmente em baixa velocidade. O fluxo de massa do núcleo será o mesmo, independentemente do tamanho do ventilador, e a quantidade de combustível para aquecer este fluxo de massa também não irá mudar.

Como a eficiência é definida como empuxo por unidade de combustível consumida, o maior ventilador também aumentará a eficiência.

A GE usou o núcleo do motor F101 como o núcleo do CFM56 (com algumas modificações, presumivelmente). O núcleo de um turbofan consiste no compressor de alta pressão, na câmara de combustão e na turbina de alta pressão. Neste caso, falamos de um HPC de 9 estágios e de um HPT de estágio único. Tudo o mais foi desenvolvido recentemente para o turbofan de bypass alto.

Ao contrário de apenas colocar um ventilador maior no eixo de baixa pressão, isso é possível porque os componentes de alta pressão e os componentes de baixa pressão são relativamente independentes em um turbofan, ou seja, o núcleo do motor não é muito afetado por o tamanho do ventilador, a taxa de desvio ou outras alterações na área de baixa pressão.

A nova turbina de baixa pressão (4 estágios em vez de 2 estágios) pode operar em uma rpm mais baixa e transmitir mais energia do gás de escape do núcleo do motor para a ventoinha maior (o gás de exaustão saindo da nova LPT provavelmente é mais frio e mais lento do que o que sai do F101 LPT). O novo compressor de baixa pressão aumenta a taxa de pressão geral e, portanto, aumenta a quantidade de energia que vai para o compressor de baixa pressão e ventilador, melhorando assim a eficiência global. Isso é provavelmente possível porque o envelope operacional não-supersônico do CFM56 significa que a temperatura total do ar de admissão será muito menor, de modo que a mesma margem de EGT possa ser alcançada com uma taxa de pressão mais alta. Em outras palavras, porque o ar de entrada é mais frio, ele pode ser comprimido ainda mais sem danificar a turbina de alta pressão porque ela está muito quente.

O empuxo estático do CFM56 é de 19500 lbf, o que representa cerca de 15% dos 17000 lbf do F101 sem o pós-combustor. Enquanto uma pequena parte disso é provavelmente uma perda aerodinâmica devido à câmara de pós-combustão não utilizada, a maior parte tem que vir do melhor uso da energia oferecida pela exaustão do núcleo do motor no ventilador maior. A diferença pode até ser maior porque o impulso máximo do F101 pode ser ajustado por um tempo médio muito menor entre as visitas às lojas. Eu não tenho certeza sobre isso.

Isso mostra que o principal benefício da seção de baixa pressão de bypass alto do motor é uma eficiência de combustível significativamente maior, um aumento no impulso estático e (muito) níveis de ruído menores. O F101, por outro lado, pode operar em velocidades mais altas, produzir mais empuxo em altas velocidades, é mais leve e tem uma seção transversal muito menor.

(Editado por comentário pelo fooot, obrigado por encontrar a fonte.)

O motor a jato impulsiona a aeronave com base no movimento do ar por trás da aeronave a uma velocidade maior que a do avião. Turbofan tenta mover uma quantidade maior de ar a uma velocidade menor que é mais eficiente. Isso é o que é chamado de eficiência de propulsão.

Isso pode ser facilmente entendido pensando em como você pode se propagar quando você está em um skate, será mais eficiente se você usar as mãos sobre uma parede ou algo que possa escorregar no chão? Quanto mais pesada essa "coisa" melhor para a sua propulsão alcançando a parede do prédio.

Ok, esse é um bom conceito, mas você precisa fazer isso !!! Para poder fazer isso, você precisa conectar uma turbina ao exaustor da turbina anterior, conectada mecanicamente ao novo ventilador do motor.

Fácil, mas não tão bom ...

• Você está adicionando um novo estágio de compressor (o ventilador) na frente dos estágios anteriores. Então você precisa ter certeza de que todos os seus materiais estão preparados para isso.
• Seu esgotamento do núcleo pode não estar adequadamente preparado para as novas condições.
• Provavelmente a forma externa do mecanismo anterior não está preparada para um fluxo secundário.
• Os sistemas precisam ser revisados.

Em princípio, com algumas modificações, a operação que você sugere funcionará, mas apenas se estivermos falando de pequenas modificações e não atingindo uma taxa de desvio significativa, em que as modificações terão o mesmo custo de um novo design de motor completo.

Também vejo dificuldades econômicas, no contexto atual existe uma concorrência significativa para fazer o menor consumo. Se você executar o que está propondo, terá um mecanismo otimizado para não ter fluxo secundário adaptado para fluxo secundário competindo com motores otimizados para trabalhar com fluxo secundário. O motor não será eficiente em comparação com os concorrentes.

Finalmente, você aumentará o peso e o impulso.