¿Cómo se ve afectada el área de peligro de entrada del motor a reacción cuando está en el aire?

Boeing publicó las áreas de peligro del motor como se muestra a continuación:

Zona de peligro

Tengo curiosidad por saber cómo se ve afectada la zona de peligro cuando la aeronave está en vuelo, ya que el motor a reacción sigue siendo vulnerable a daños por objetos extraños.

  1. Suponiendo condiciones de energía inactiva a 10000 pies (o simplemente en el aire en general), ¿las zonas de peligro son las mismas que en tierra? Si no, ¿habría alguna manera de calcular esto?

  2. Conociendo la zona de peligro tanto para la potencia inactiva como para la máxima, ¿sería posible calcular la distancia de la zona de peligro para diferentes configuraciones de potencia? Por ejemplo, 50% N1.

Es dudoso que el área frente a los motores sea significativa dado que la aeronave probablemente se adelantará a la corriente de entrada. El área detrás de los motores probablemente se combinará con la estela de la aeronave, y probablemente sería difícil separar los dos (o al menos no sería útil ya que el efecto combinado es lo que le preocuparía a alguien que sigue la aeronave). Si está preguntando si se puede ingerir algo por delante de la aeronave pero no directamente en la corriente de entrada, la respuesta, supongo, es probablemente no.
Las "zonas de peligro" a las que hace referencia solo tienen significado cuando la aeronave está en tierra. Una vez que está volando, todo lo que se encuentra frente a la aeronave corre el peligro de ser absorbido por un motor o de ser golpeado por alguna parte de la estructura de la aeronave. La distancia frente a la aeronave que definiría esta "zona de peligro" se basaría tanto en el tiempo de reacción asumido (para salir del camino de una aeronave de 200? 300? 400? nudos) como en cualquier otra cosa. No puede extrapolar las cifras publicadas a nada comparable para las condiciones "en vuelo": ¡los peligros (¿para los paracaidistas?) simplemente no son los mismos!
@RonBeyer ¿Supongo que esto también dependería del peso del objeto que se ingiera? Por ejemplo, ¿un avión RC pequeño y liviano que no esté colocado directamente en la corriente de admisión aún podría ser succionado si está lo suficientemente cerca del motor?
Creo que debería precisar lo que entiende por "área de peligro". Se define principalmente para los trabajadores del aeropuerto en tierra, pero cuando habla del área de succión, puede definir lo que entiende por estar dentro o fuera de esta área.
Podría. Siempre que hubiera algo a 10,000 pies para ingerir accidentalmente que no sea aire.
@CarloFelicione Se han reportado choques con aves en altitudes superiores a los 30,000 pies.

Respuestas (1)

Supongamos que el A320 funciona con motores V2500, una de las opciones para ello. Este motor tiene un flujo másico de aire de 355 kg/s. A nivel del mar, la densidad del aire es de 1,225 kg por m3. Por tanto, 355 kg/s = 355/1,225 = 290 m3/s.

Ahora, supongamos que el avión todavía está al nivel del mar, pero ahora a Mach 0.8 (poco realista, pero lo corregiremos a continuación). El diámetro del ventilador es de 1,6 m, lo que da un área de entrada de 2,0 m2. Además, Mn 0,8 a 0 pies es 272 m/s. Por tanto, cada segundo, la toma barre un volumen de 272 x 2,0 = 544 m3. Sin embargo, el motor solo necesita 290 metros cúbicos de aire por segundo, suponiendo que la densidad del aire en la entrada sea la misma que la del aire que rodea al avión . Por lo tanto, el diámetro de un tubo aerodinámico del aire de admisión será realmente más pequeño que el diámetro de la entrada del motor. Será el área que barre 290 m3/s a 272 m/s = 290/272 = 1,07 m2, o un diámetro de 1,17 m, no de 1,6 m.

Básicamente, el motor toma el flujo de aire que quiere , no lo que proporciona el área de admisión x la velocidad de avance. Si el motor quiere más (como cuando la velocidad de la aeronave es baja o está estacionaria, pero las rpm del motor son altas, como al comienzo de la carrera de despegue), el motor extraerá aire de un área grande frente al motor. (según el diagrama de condiciones máximas de despegue). Por el contrario, cuando la aeronave está a alta velocidad y el motor se desaceleró, la admisión derramará el exceso de aire que está proporcionando (causando arrastre por derrame).

ingrese la descripción de la imagen aquí

Ahora, corrijamos el hecho de que el avión no puede hacer Mn 0.8 al nivel del mar. Rehagamos el cálculo a 35 000 pies (10 700 m). Aquí, la densidad del aire es de 0,38 kg por metro cúbico, y la presión y la temperatura son de 3,46 psi y 219 Kelvin (-54 °C), en comparación con 14,7 psi y 288 Kelvin (15 °C) al nivel del mar. Así, nuestros 355 kg/s, que en realidad es un valor corregidoairflow, es un flujo de aire físico (real) de 95,8 kg/s a 35 000 pies desde theta = 219/288 = 0,76 y delta = 3,46/14,7 = 0,235. Ahora 95,8 kg/s a 0,38 kg/m3 = 252 m3 por segundo. Además, Mn 0,8 a 35 000 pies ahora es 237 m/s, no 272 como era al nivel del mar. Por lo tanto, cada segundo el área de entrada de 2 m2 barre 2 x 237 = 474 m3 por segundo. Pero solo queremos que haga un barrido de 252, por lo que necesitamos encontrar el diámetro de un tubo aerodinámico que provocará esto, a 237 m/s. Por lo tanto, necesitamos un área de 252/237 = 1,06 m2, lo que ocurre con un diámetro de 1,16 m. Esto se compara con el diámetro de entrada físico de 1,6 m.

Por lo tanto, a Mn 0,8, 35.000 pies, potencia máxima, el área verde en la entrada del motor ahora es un tubo, de 1,16 m de diámetro, que se extiende por delante de la aeronave. Hasta dónde se extiende esto depende, como se sugirió, del tiempo de reacción que se requiere para que la aeronave maniobre alejándose de un obstáculo en esta región, o para que el objeto (¿un pájaro?) maniobre fuera del camino de la aeronave.

La cifra exacta de 1,16 es cuestionable, ya que la suposición de que la densidad del aire en la entrada no cambia con respecto al aire circundante no es del todo realista. Pero el resultado general, creo, es razonable.

¿El diámetro del tubo aerodinámico al nivel del mar no debería ser de 1,17 m en lugar de 1,47 m? (290/272 = 1,07 m2, diámetro = 2 * √(1,07/3,14) )
¿Sería correcto decir que si el diámetro de admisión del motor es menor que el diámetro del ventilador (es decir, 1,6 m), el resultado sería un tubo aerodinámico que se extiende frente a la aeronave? Y, en el caso de que el diámetro de admisión del motor exceda el diámetro del ventilador (1,6 m), ¿entonces el motor extraería aire de un área grande como en los diagramas?
Sí, cometí un error al calcular el diámetro del área. Es un diámetro de 1,17 m, como dices. He corregido la respuesta - gracias.
Con respecto a tu segundo comentario, sí, estaría de acuerdo en general con lo que dices. Tenga en cuenta que en el primer caso, el motor no tiene que succionar, por lo que no está aspirando el aire, solo tragando una parte de lo que proporciona la admisión. En el segundo caso, en lugar de que el motor tome aire de un cilindro o tubo frente a él, probablemente lo esté extrayendo de una forma más parecida a un cono o un hemisferio, espero. Lo siento, me perdí tus comentarios hasta ahora. Lo único extraño con mi respuesta es que incluso en el caso de nivel marino extremo, la entrada parece demasiado grande.
Esto tiene sentido. Sin embargo, ¿podría calcularse la distancia hacia delante de este cono/hemisferio? Por ejemplo, si el diámetro del cono/hemisferio es de 1,1 metros, ¿el cono/hemisferio también se extendería 1,1 metros hacia adelante?
@Zack. No estoy completamente seguro de entender su pregunta, pero espero que este comentario la responda. Si la entrada está extrayendo aire de un cono o hemisferio de 1,1 m de diámetro, en el borde de la entrada, la distancia que se extiende esta área hacia delante de la entrada depende de cómo se defina el límite entre el aire que contiene y el aire circundante. . Si define el límite como el aire que entrará en la entrada, en comparación con una partícula de aire adyacente que simplemente se perderá, el área se extiende hacia adelante para siempre, si el avión está en vuelo hacia adelante.
@Zack. Si el avión está estacionario, debe definir una velocidad del aire que separe el aire ambiental del aire que ingresa al motor, como se hace en los diagramas en la imagen de la pregunta.
Pido disculpas por la falta de claridad. Entiendo que el área se extenderá para siempre y cualquier objeto dentro de esa área eventualmente será ingerido por el motor (independientemente de si la fuerza del motor está actuando sobre él o no). Sin embargo, quería ver si era posible calcular el área donde el objeto tendría la fuerza del motor actuando sobre él (de la misma manera que dicha área se definió en la publicación original).
Entonces, para un avión que actualmente extrae aire de más allá del motor (por lo que el diámetro de entrada de aire es mayor que el diámetro de entrada del motor), esta área tendría una forma semicircular (como en la publicación original) y su área puede ser delineada por el diámetro de la entrada de aire, lo que da como resultado una forma similar a la de la publicación original. Sin embargo, me cuesta pensar cómo se puede aplicar esta misma lógica para calcular el área cuando el diámetro de la entrada de aire es menor que el diámetro del motor y, por lo tanto, da como resultado una forma de cono/hemisferio.
@Zack. Bien, vamos a explicarlo de esta manera. El aire entra en el ventilador del motor a aproximadamente Mach 0,4. Entonces, si el avión es más lento que eso, está succionando aire. El área de la que está succionando comienza a ser tan grande como en el diagrama y tiene forma de hemisferio. Pero a medida que aumenta la velocidad, el aire que necesita el motor ahora comienza a ser proporcionado por el movimiento hacia adelante, por lo que el motor solo tiene que aspirar aire de un hemisferio más pequeño. Entonces, a medida que el avión acelera desde estacionario, el hemisferio se encoge. Una vez que el avión alcanza Mach 0.4, básicamente solo traga el aire que se encuentra frente al motor.
@Zack. Entonces, el área de aire sobre la que actúa el motor es básicamente cero. Ahora, a medida que el avión aumenta aún más la velocidad, el aire está desacelerando efectivamente en la entrada, sin acelerar más. Ahora que la velocidad de avance proporciona más aire del que necesita el motor, el diámetro del cilindro de aire frente al motor que se está tragando se reduce. La entrada está derramando aire, y el motor en realidad está empujando algo de aire fuera de la entrada. El aire se ralentiza a medida que entra en la entrada y hay un aumento de la presión del aire en la entrada. Espero que ayude.
¿Cómo se ve afectada el área de peligro de entrada del motor a reacción cuando está en el aire?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v