Os turboélices são mais eficientes que os motores de pistão (empuxo por consumo de combustível)?

Não, os motores de pistão são mais eficientes.

Sua saída é dada em kilowatts ou HP, porque isso não muda muito com a velocidade, ao contrário do impulso de uma hélice. Ao operar um motor a pistão algumas vezes em um suporte de dinamômetro, você pode obter números razoáveis que são válidos em toda a faixa de operação. Se você quiser caracterizá-los pelo seu empuxo, você precisaria olhar para uma combinação de motor-hélice em uma velocidade específica, o que não é muito útil.

Agora você pede especificações de motores contemporâneos. O engraçado é que a eficiência dos motores de pistão de aviação não mudou muito nas últimas décadas. Se você assumir 250 g de combustível por kWh em potência máxima para motores a gasolina, esse número já é válido para motores da era da Segunda Guerra Mundial, como o Jumo 213 A que era corrido em gasolina de octano 87. O número baixo de octano restringiu a compressão a 6,93: 1, enquanto o maior número de octanas do AVGAS contemporâneo permite uma compressão de 8,5: 1 rácio em motores como o Lycoming O-360 , que consome 280 g de combustível por kWh. A adição de injeção de combustível permitiu que a Lycoming reduzisse a queima de combustível para 240 g por kWh no IO-390 , que foi executado pela primeira vez em 2002.

Os motores a diesel são ainda mais eficientes; eles normalmente consomem 220 g por kWh. Esse baixo valor já era possível com o venerável Jumo 205 dos anos 1930, que consumia apenas 213 g por kWh no máximo velocidade eficiente. Aerodiesel modernos funcionam com eficiência semelhante: A gama de motores Thielert que foram incorporados pela Continental consumir 220 g por kWh .

Mesmo os melhores turboélices raramente alcançam menos de 300 g por kWh. A versão mais moderna da venerável Pratt & Whitney PT6 consome 308 g por kWh, e apenas os desenvolvimentos mais recentes podem fechar a lacuna para os motores de pistão. O Progresso D27 alega um consumo específico de combustível de 231 g por kWh, enquanto o Europrop TP400 um de 237 g por kWh. Observe que aqui o empuxo restante do escape foi convertido em uma classificação de potência equivalente para atingir valores tão bons.

Turbines aren't as efficient as piston mills, but the difference isn't as much as you might think if you consider the improved performance. At optimum altitude, the Meridian [turboprop] burns about 31 gph compared to 20 gph on the Mirage [piston], roughly 50% more. That's because piston engines are more efficient and offer a lower specific fuel consumption (.43 lbs./hp/hr) compared to turbines (.58 lbs./shp/hr).

Fonte: planeandpilotmag.com

Assim, para os critérios de consumo de combustível, um motor a pistão é mais eficiente. Mas um turboélice pode voar mais rápido, ou seja, chegar lá com menos combustível.

Não existe um pequeno motor de turbina que tenha um consumo de combustível específico (Lbs / Hp? H ou Grams / Kw / Hr) de um motor a gasolina ou a diesel. Turbinas são leves (lbs / Hp ou KG / Kw), mas queimam consideravelmente mais combustível. Turbinas também são extremamente suaves, quase sem vibração. Mas, quanto à eficiência, até mesmo os nossos pequenos motores de pistão de aviação de tecnologia antiga, as turbinas não são muito boas.

Normalmente, quanto menor a turbina, pior o consumo específico de combustível. Então a Allison, agora Rolls, da família C250, é péssima, às vezes ficando com 0,8 Lbs / Hp / Hr em baixas configurações de cruzeiro. As grandes turbinas, como a AE2100, podem chegar a 0,4, mas esses motores são classificados em 5 mil hp, grandes demais para aeronaves leves.

Um aspecto particularmente problemático do consumo de combustível específico da turbina é que ele é pior em configurações de energia mais baixas. Esta é uma das razões pelas quais a maioria dos aviões de turbina tendem a voar o mais alto possível, porque em alta altitude eles estão correndo muito mais perto da potência máxima para alcançar a melhor eficiência aerodinâmica. Motores de pistão tendem a atingir seu melhor consumo específico de combustível em configurações de potência relativamente baixas, então voar baixo e devagar não prejudica a autonomia tanto quanto em uma aeronave de turbina.

Com vários novos motores de aeronaves a diesel em uso, a eficiência dos motores de aeronaves de pistão ficou muito melhor. Alguns desses motores diesel têm consumo específico de combustível na faixa de 0,35 lb / Hp / Hr, melhor do que as turbinas de grande porte mais eficientes, e quase a metade de um pequeno turboélice em baixa velocidade.

Se você quiser avaliar um motor pelo empuxo que ele faz, você deve conhecer a eficiência da hélice nos critérios fornecidos para o seu teste. O desempenho do motor e o desempenho de propulsão mudam com a altitude e a velocidade. Somente um motor a jato ou motor turboventilador deve ser classificado por empuxo e, mesmo assim, ele muda com a altitude e a velocidade. Não aceite números de livros para eficiência da propaganda, porque ela muda em todo o mapa.