Como os reversores em motores turbofan de bypass alto neutralizam o empuxo inicial?

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Estou pesquisando na internet há algum tempo e não encontrei uma boa resposta para essa pergunta. Então:

Eu tenho uma compreensão básica dos princípios de vôo (empuxo, levantar, arrastar, etc). Mas uma coisa que tem me confundido é como funciona exatamente um reversor em um motor turbofan de bypass alto. Então, pelo que eu entendi, os grandes ventiladores na frente do motor fornecerão a maior parte do empuxo. O ar que entra pelo bocal de entrada produz um par ação-reação nas pás do ventilador para produzir esse impulso para a frente. Assim, ao implantar os reversores de empuxo, o ar que já produziu um empuxo para frente nas pás do ventilador agora volta através do duto de derivação para atingir o reversor, redirecionando o ar para frente criando outro par ação-reação para desacelerar a aeronave.

Portanto, parece-me que o reversor apenas anula o impulso das pás do ventilador. Ou o ar que sai das pás do ventilador é acelerado, de modo que, no momento em que atinge o reversor, o impulso dirigido para a frente é maior que o impulso gerado pelas pás do ventilador, produzindo assim um impulso reverso líquido?

Ou talvez eu esteja apenas olhando para isso errado e precise pensar em todo o motor como um sistema fechado para que o ar empurrado para trás pelo ventilador não produza um par ação-reação (e, portanto, impulso) até que ele sai do motor?

Eu estou meio confuso com as especificidades da física do reversor (onde a ação-reação atua).

    
por Hot_Doug 09.07.2018 / 18:23

5 respostas

Se você quiser separar os efeitos do ventilador e do reversor, o reversor não está apenas desacelerando o fluxo de ar do ventilador. Ele está redirecionando o ar para fora, mas também para frente. Isso significa que há uma força aplicada nos reversores para reverter parcialmente a direção do fluxo de ar.

Você também pode ver o sistema como um todo. Ao operar normalmente, o ventilador acelera o ar para trás, propiciando empuxo. Mas, com os reversores de empuxo, esse ar acaba indo para fora e para frente, proporcionando uma reversão líquida. Você pode pensar nisso como uma forma de vetorização de empuxo. É a direção resultante e a velocidade do ar que determina o impulso e sua direção.

    
09.07.2018 / 18:43

Você comete um erro fundamental na configuração original que, acredito, é a fonte de sua confusão.

Você afirma que o empuxo do ventilador é um par de ação / reação no próprio ventilador. Isso é fundamentalmente errado. É a ação do ar acelerando para fora da parte traseira do motor que está produzindo a maior parte (???) do empuxo devido ao ventilador.

Esqueça o ventilador por um segundo e considere um turbojato. Neste caso, os estágios do compressor estão abrandando o ar que entra, e se houver uma entrada em rampa, também está diminuindo a velocidade. Tudo isso está removendo ativamente o momento da aeronave. E ainda assim a aeronave se move! Por quê? Porque a aceleração do ar na parte de trás do motor compensa tudo isso.

Então esqueça todos os estágios e what-ifs. Impulso é a diferença líquida entre o momento de ar de entrada e o momento de ar de saída. O ar começa na frente do motor na velocidade X, e sai da direção reversa (um pouco) para a frente em > X. Não pense demais!

p.s. Devo salientar que, se você assistir a filmes de jatos antigos com pára-quedas de aterrissagem, perceberá que eles sempre os deixam cair enquanto estão perto do final da pista. Se não o fizer, o empuxo líquido é zero e eles não poderiam taxiar.

    
08.08.2018 / 23:01

Existem várias maneiras de descrever o empuxo, o que equivale à mesma coisa. Muito amplamente, é descrito pela terceira lei de Newton: se A se move para frente, B retrocede com igual momento. Em um nível mais próximo, ele vem de diferenças de pressão em toda a superfície de um corpo. Ainda mais perto, você estaria olhando para viscosidade e velocidade, fluxo laminar e turbulento, camadas limite, equações analíticas.

Mas todas essas maneiras chegam ao mesmo resultado: se uma delas, aplicada corretamente, predizer o resultado X, o resto não pode prever um resultado oposto. Na visão mais básica, o impulso do reversor vem empurrando o ar para frente. Enquanto o resultado final for o ar sendo acelerado em alguma direção, no entanto, isso acontece, o impulso será na direção oposta.

Se você quiser entrar na mecânica (o que não é necessário), o escape produz alta pressão entre o motor e o reversor. Essa pressão atua na superfície interna do reversor de empuxo. O impulso para trás resultante é de fato maior do que o impulso para a frente do ventilador.

    
08.08.2018 / 20:35

Há uma série de fotos aqui onde você pode ver como o ar de desvio é redirecionado para frente para ajudar a desacelerar o avião

link

    
09.07.2018 / 19:04

Você está correto; o ar sendo acelerado para trás pelas pás do ventilador de um turbofan faz exercer uma grande força de reação para frente nas ditas pás do ventilador (isto é, de fato, como é produzida a grande maioria do empuxo do turbofan de bypass alto) ). E, se os reversores de empuxo apenas diminuíssem a velocidade do ar, eles não produziriam nenhuma força de desaceleração.

No entanto, como o reversor de empuxo do turbofan está fisicamente ligado ao dito motor, direta ou indiretamente (através da estrutura da nacela e / ou da asa), a força de reação à força exercida no motor através de suas pás é também exercido no reversor ... que (quando implantado), em seguida, exerce essa mesma força no ar que o atinge. Então, como o ar não pode passar para trás através da estrutura do reversor, o reversor arrasta o ar para a frente até que o ar saia pela frente e pelos lados do reversor.

Um reversor de empuxo implantado ainda desaceleraria o avião mesmo se estivesse montado em uma barquinha vazia sem nenhum motor nele contido, já que você está basicamente arrastando um balde pela extremidade aberta do ar para frente ( isso é mais fácil de ser visualizado com os reversores de estilo antigo tipo "destino" , mas ainda é válido mesmo para os mais novos tipos, você só tem que imaginar um balde toroidal [em forma de donut]). Montado em uma barquinha vazia, este balde pega o ar em repouso e acelera para frente, gerando uma força de reação para trás no balde (e, portanto, no avião). Coloque um motor na nacela (qualquer tipo - tudo o que importa para nossos propósitos é que ele acelera o ar para trás), e a jornada do ar se torna mais complicada, pois o ar é primeiro acelerado para trás ... mas, no final, tudo isso significa que:

  1. O ar atinge o reversor - e, inversamente, o reversor atinge o ar (obrigado Newton) - muito mais difícil do que teria o motor sans (é assim que a força de reação no motor ainda está completamente cancelado).
  2. Como a taxa de fluxo de massa através do motor é muito maior do que seria através de uma nacela vazia (é por isso que um turbofan em movimento tem que sugar ar ativamente - e, ocasionalmente, outras coisas, como tumbleweeds , contêineres de bagagem ou pessoal de terra - de dentro frente a ela, o que uma barquinha vazia não faz), há, correspondentemente, mais ar por unidade de tempo acertando o reversor atrás de um motor em movimento e, assim, sendo redirecionado para frente por ela, do que atingiria um reversor atrás de uma nacela vazia (é assim que, quando os reversores são acionados, um ajuste de aceleração mais alto produz mais força de frenagem do reverso do que um ajuste de aceleração inferior).
09.08.2018 / 00:07