¿Cómo cambia la relación de compresión, si es que cambia, del nivel del mar a altitudes más altas?

Según tengo entendido, la relación de compresión es la presión máxima dentro del motor dividida por la presión del aire ambiental. Esto es para turborreactores y turboventiladores.

La presión a nivel del mar es de unos 100 kPa. Una altitud de 10 km tendría una presión de aire ambiente de más de 26 kPa.

Entonces, pensaría que la relación de compresión debe caer 4 veces, pero la cuestión es que, ¿la turbina gira más rápido a grandes altitudes para compensar?

Entonces, ¿cómo cambia la relación de compresión, si es que cambia, de altitudes bajas a altas?

Editar: tal vez debería haber comenzado con cifras duras. ¿Cuáles son las relaciones de compresión típicas para turborreactores y turboventiladores?

La relación no debería caer, la presión efectiva lo hará, pero aún está tomando X presión ambiental y comprimiéndola en alguna relación. Al igual que un motor de pistón que tiene, por ejemplo, una relación de compresión de 13: 1, toma 13 unidades de volumen y las comprime a 1 unidad de volumen, cualquiera que sea esa unidad de volumen cuando el motor la toma.
@RonBeyer Entonces, ¿está diciendo que si el aire ambiental cae 4 veces, la presión máxima del motor también caerá 4 veces? ¿Esto también implica que las turbinas están girando a las mismas RPM?
Un "experto" en motores a reacción tendrá que responder eso, pero hasta donde yo entiendo, la relación de compresión no cambia para un RPM dado en función del volumen de aire ingerido. La diferencia es que la "relación de compresión" en un motor de turbina difiere ligeramente de la relación de compresión en un motor de pistón en que la relación de compresión general de un motor a reacción es la relación de la presión medida en la parte delantera y trasera del motor. Esto implica que la relación no cambia en función de la altitud o RPM.
Estrictamente hablando, la relación de compresión es la relación de volumen. En los motores a reacción, usamos (y usted está hablando) la relación de presión . Pero en términos generales, el trabajo del compresor está determinado por esa relación de presión (junto con las propiedades fundamentales del aire y la temperatura) y no por la presión absoluta. Con la altitud, la relación y las RPM (aproximadamente) se mantienen, mientras que los valores absolutos (presión, consumo de combustible y empuje) caen.

Respuestas (1)

La relación de compresión de la maquinaria turbo no cambiará con la altitud siempre que la velocidad del compresor no cambie (excluyendo los efectos del número de Reynolds). Esto reducirá la presión máxima en paralelo con la presión exterior.

Sin embargo, para crear la misma sustentación en altitud, el avión tiene que volar más rápido. En 10 km, donde la densidad del aire es aproximadamente 1/4 de la densidad del nivel del mar, el avión tiene que volar el doble de rápido. Además, la temperatura del aire desciende con la altitud, por lo que el número de Mach de vuelo aumenta aún más. Y este número de Mach determina cuánta compresión de ariete ocurre antes y en la admisión. Volar rápido aumentará el nivel de presión de admisión, lo que compensa parcialmente la presión atmosférica más baja. Dado que la presión aumenta con el cuadrado del número de Mach, los aviones rápidos tienen aquí una clara ventaja.

Tome el Concorde : su Olympus 593 tenía una relación de compresión de miserables 12, pero la precompresión alrededor de la admisión agregó otro factor de 7 a Mach 2, por lo que la relación de presión total entre la presión máxima en el motor y el aire exterior fue ¡más de 80! Es cierto que esta presión de aire era de solo 76 mbar a la altitud de crucero del Concorde, por lo que la presión máxima absoluta en el motor era mucho menos impresionante de 6 bar.

Relaciones de compresión típicas

Para responder a la pregunta sobre las relaciones de compresión típicas: Esto se correlaciona fuertemente con la edad del diseño: el primer turborreactor operativo, el Junkers Jumo 004 de 1943, tenía una relación de compresión de solo 3,2 usando 7 etapas de compresor. El Eurojet EJ200 más reciente del Eurofighter logra una relación de compresión de alrededor de 26 con un tamaño y peso similares usando 8 etapas comprimidas, pero produce casi 7 veces más empuje. La principal diferencia es una mejor aerodinámica.

Los motores civiles más recientes alcanzan una relación de presión de alrededor de 50 utilizando 15 etapas de compresor. Pueden darse el lujo de comprimir más el aire porque intentan calentar y acelerar el aire lo menos necesario durante el proceso de combustión. Dado que el calor máximo dentro del motor está limitado por los materiales utilizados, una mayor compresión en los motores militares dejaría un margen térmico menor para el calentamiento por combustión. Las velocidades de tobera más altas de los motores con capacidad supersónica se logran mejor con menos compresión y más calentamiento por combustión.

Aquí hay una gráfica de las tendencias de la relación de presión para motores de transporte comercial ( Epstein, 1998 )Tendencias de la relación de presión para motores de transporte comercial (Epstein, 1998)

Gracias de nuevo, pero ¿el OPR también tiene en cuenta la presión del ariete al principio?
@DrZ214: No, esa tabla usa el valor estático (motor en banco de pruebas).
¿Cómo cambia la relación de compresión, si es que cambia, del nivel del mar a altitudes más altas?
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