Por que os motores a jato contra-rotativos são tão raros?

Se o carretel de baixa velocidade e alta velocidade girar na mesma direção, a velocidade relativa entre eles será baixa. Contra-rotação significa que você precisa dobrar as velocidades individuais para chegar à velocidade relativa, e isso aumentará muito as perdas de rolamentos. Tanto o atrito quanto o desgaste aumentam com pouco benefício em operação regular. Uma exceção notável é o mecanismo Rolls-Royce Pegasus para o jato Harrier.

Os estatores entre os estágios rotativos garantem que o fluxo de ar dentro do motor esteja principalmente na direção axial, portanto, aerodinamicamente, uma direção de rotação diferente entre duas bobinas fará pouca diferença. No entanto, a contra-rotação fará com que o estator entre o último estágio do alto e o primeiro estágio da turbina de baixa pressão esteja obsoleto. O vídeo ligado por @Moo cita uma redução de 10% na contagem de peças como vantagem. Além disso, o primeiro estágio da turbina de baixa pressão deve mostrar maior eficiência (como a segunda hélice de um hélice contra-rotativa ).

Contra rotação em motores de turbina civil foi introduzida pela primeira vez pela Rolls Royce no Trent 900, onde sua bobina de alta pressão girava na direção oposta às outras bobinas.

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A família de motores GEnx usa carretéis rotativos - o compressor de alta pressão é acionado no sentido horário enquanto o compressor de baixa pressão é acionado no sentido anti-horário.

A família de motores Trent XWB segue o Trent 900 e também usa spools rotativos - o compressor de alta pressão é acionado no sentido horário, enquanto os compressores de baixa pressão e pressão intermediária são acionados no sentido anti-horário.

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It seems to me the contra-rotating parts would be more efficient in extracting power or compressing air.

Com hélice, as hélices contra-rotativas são a única maneira de parar a rotação do fluxo de deslizamento. No entanto, os motores a jato têm palhetas guia estáticas que param a rotação quase tão eficientemente com uma fração da complexidade da contra-rotação real.

Another benefit would be reduced or eliminated gyroscopic forces hampering yaw or pitch torque

Estes são insignificantes em comparação com as forças aerodinâmicas em voo. A única aeronave que importa é o Hawker Siddeley Harrier e que, de fato, tem engine com carretéis anti-rotação .

Se você está falando sobre fazer spools contra rotativos em um motor a jato de fluxo axial, a principal vantagem seria a redução de torque. No entanto, tenha em mente que o torque aplicado a cada carretel pode ter uma considerável disparidade em magnitude, eliminando efetivamente grande parte do benefício.

Fazer etapas individuais contra rotativas teria uma complexidade de pesadelo em termos de engrenagens e sistemas associados para impulsionar isso, além de um ganho de peso sério e confiabilidade reduzida. Por essas razões, tal projeto nunca foi seriamente considerado.

Agora, os fãs de contra-rotação têm sido considerados de tempos em tempos. Alguns exemplos que vêm diretamente à mente são o projeto de ventiladores induzidos UDF após a General Electric, na década de 1970, como uma tentativa de aumentar a eficiência do motor. E o SENECMA aparentemente está trabalhando em um ventilador turbogerador rotativo para aumentar a eficiência e reduzir as assinaturas de infravermelho para os UAVs.