¿En qué punto(s) de un motor a reacción actúa la fuerza de reacción?

El empuje producido por el motor se debe a la resultante neta de varias fuerzas que actúan sobre varias superficies del motor. El empuje producido es una función de la tasa de flujo másico y el cambio en la velocidad ($T = \dot{m} (V_{e}-V_{\inf})$). Por lo tanto, ambos deben tenerse en cuenta, en lugar de solo la aceleración. La ubicación del empuje máximo generado varía según el tipo de motor.

• Para los motores a reacción de alta derivación como los utilizados por los aviones comerciales modernos, la mayor parte del empuje es producido por el ventilador de derivación. Aunque la aceleración no es la mayor aquí, masa x aceleración sí lo es, así que aquí es donde el empuje es máximo. Las fuerzas de reacción máximas se aplican allí.

• En el caso de los turborreactores puros, el (casi todo) empuje lo produce el núcleo. Para los turboventiladores de derivación baja, está en algún lugar en el medio, con la mayor parte del empuje producido por el núcleo.

Tenga en cuenta que la mayor parte de la fuerza reactiva se aplica en el difusor y el compresor debido a la alta presión y al área orientada hacia adelante (debido a la variación de la sección transversal) en esta región. Esta alta presión también actúa sobre la cámara de combustión, aumentando la fuerza de reacción.

En la turbina y tobera, la variación de la sección transversal crea una superficie orientada hacia atrás, donde actúa la presión del gas, dando como resultado una fuerza aplicada en dirección opuesta al compresor. El resultado neto de todas estas fuerzas da el empuje.

Imagen de Aircraft Performance and Design de John Anderson; tomado de quora.com

La mayor parte del empuje se genera en la cámara de combustión, seguida por las etapas del compresor. El escape solo contribuye con una pequeña fracción de la carga total de gas hacia adelante.

Fuente: el motor a reacción, Rolls Royce (ISBN: 9781119065999)

La imagen muestra la contribución de la carga de gas de varias partes de un motor a reacción puro. En los motores turboventiladores, el ventilador aporta una parte relativamente mayor.

Las fuerzas de reacción se aplican, por extraño que parezca, al disco del ventilador, ya que produce la mayor parte del empuje al acelerar la mayor cantidad de aire que fluye a través de él; es el objeto real que hace contacto con el flujo de aire y lo expulsa por la salida de la góndola.

Las secciones del compresor de baja y alta presión tienen fuerzas reactivas adicionales impartidas sobre ellas a medida que aceleran una masa de aire a través de ellas.

La fuerza reactiva se pierde a medida que el aire que fluye a través del núcleo de gas genera una fuerza reactiva que se opone al empuje hacia adelante en los rotores de la turbina y los estatores de la sección caliente; la energía se extrae en forma de trabajo mecánico para impulsar el ventilador/LPC/HPC.

En turborreactores, turboventiladores de derivación baja y, en menor medida, el núcleo de gas de un motor turboventilador de derivación alta, la mayoría de las fuerzas de reacción se aplican a la sección de avance del jetpipe cerca de la última etapa LPT o estator antes de ingresar al jetpipe debido al desequilibrio de presión entre esta sección del motor y la salida de la tobera de escape a presión atmosférica.

Para el caso muy especial de los motores que operan en la región supersónica, gran parte del empuje se aplica a través de la admisión .

"El sistema de control de admisión de aire Concorde" a través de http://www.pprune.org/tech-log/426900-concorde-engine-intake-thrust.html :

Un enorme 75% DEL EMPUJE TOTAL es producido por la sección del difusor subsónico de admisión, esto se debe al gran aumento de la presión estática que se está produciendo en esta sección. El "empuje negativo" de la sección de la rampa delantera esta vez es del 12 %, producido por las fuerzas de compresión supersónicas que actúan sobre la sección divergente de la entrada, lo que da como resultado un componente de empuje de la entrada del 63 %. Por lo tanto, se puede ver que la gran mayoría de las fuerzas de empuje Mach 2 se transmiten a la estructura del avión no a través de los montajes del motor, sino a través de los montajes de la admisión y, en menor medida, la boquilla TRA.

Para cada acción en la naturaleza hay una reacción igual y opuesta.

Esa oración por sí sola es incompleta y engañosa , porque esta versión corta no menciona el sistema de dos cuerpos para el que estaba destinada.

La acción y la reacción en realidad se pueden intercambiar en posición. La diferencia entre un generador de gas y un motor a reacción es la mera (simplificación excesiva) adición de la boquilla para acelerar el aire que sale por el escape.

Por lo tanto, puede invertir con confianza la oración común y escribirla como: el empuje en el motor (acción) provoca el flujo de masa de aire (reacción). Y no te equivocarás.

La respuesta a tu pregunta; todas las partes experimentan una fuerza normal (empuje). Algunos son delanteros, algunos son traseros.

Copia desvergonzada de Wikipedia :

Origen del empuje del motor

La explicación familiar para el empuje del jet solo analiza lo que entra al motor, aire y combustible, y lo que sale, gases de escape y una fuerza desequilibrada. Esta fuerza, llamada empuje, es la suma de la diferencia de momento entre la entrada y la salida y cualquier fuerza de presión desequilibrada entre la entrada y la salida; mirar dentro muestra que el empuje es el resultado de todas las fuerzas de impulso y presión desequilibradas creadas dentro del propio motor. Estas fuerzas, unas hacia adelante y otras hacia atrás, recorren todas las partes internas, tanto fijas como giratorias, como conductos, compresores, etc., que se encuentran en el flujo de gas primario que atraviesa el motor de adelante hacia atrás.

Transferencia de empuje a la aeronave.

El empuje del motor actúa a lo largo de la línea central del motor. La aeronave "sostiene" el motor en la carcasa exterior del motor a cierta distancia de la línea central del motor (en los soportes del motor). Esta disposición hace que la carcasa del motor se doble (lo que se conoce como flexión de la columna vertebral) y que las carcasas redondas del rotor se distorsionen (ovalización). La distorsión de la estructura del motor debe controlarse con ubicaciones de montaje adecuadas para mantener holguras aceptables del rotor y del sello y evitar el roce. Un ejemplo muy publicitado de deformación estructural excesiva ocurrió con la instalación original del motor Pratt & Whitney JT9D en el avión Boeing 747. La disposición del montaje del motor tuvo que revisarse con la adición de un bastidor de empuje adicional para reducir las deflexiones de la carcasa a una cantidad aceptable.

Vemos en este motor a reacción de 3000 lbf (imagen de Flight ), cada combustor tiene una fuerza neta hacia adelante de 50 lbf (diferencia entre el tubo de llama y la carcasa exterior). Tener 16 combustores produce un empuje hacia adelante de 800 lbf a lo largo de la línea central.

Otras partes se tratan de la misma manera. Aunque tengo que admitir que algunos son más sencillos que otros.

Tomemos el concepto de energía como ayuda. Todo el empuje del motor a reacción se origina en la cámara de combustión (energía del combustible quemado). Una parte mayor o menor de este empuje (dependiendo de la construcción del motor) se transfiere desde las palas de las turbinas (alta y baja presión) hacia adelante a través del eje al compresor/ventilador. Tomemos el ejemplo de un sistema de turbina/ventilador de baja presión. El gas en expansión en la cámara de combustión empuja el álabe de la turbina y, a través del eje, hace girar los álabes del ventilador. Entonces, cualquier fuerza hacia adelante creada por las aspas del ventilador se transfiere a través del eje y las aspas de las turbinas de regreso a su origen, es decir, la cámara de combustión (superficies orientadas hacia atrás). Entonces, en teoría, si todas las partes giratorias pudieran moverse libremente durante el funcionamiento constante del motor, no se moverían.