¿Por qué el ventilador de un turboventilador es diferente a la hélice de un avión pequeño? ¿Por qué las hélices suelen tener 2 o 3 palas, pero el ventilador tiene muchas más? ¿Y por qué el ventilador está cubierto pero la hélice abierta?
Leí que un ventilador con conductos es más eficiente a velocidades muy bajas (genera más empuje estático que una hélice abierta), pero a altas velocidades la resistencia se vuelve demasiado grande y es mejor con una hélice abierta. Es por eso que usan un ventilador con conductos en los aerodeslizadores, por ejemplo. Pero si eso es cierto, ¿no debería estar abierto (descubierto) el ventilador de un turboventilador, considerando las altas velocidades (más altas que una hélice)?
Además, ¿cómo se sale con la suya el ventilador con velocidades de punta supersónicas y el accesorio no? ¿Sería el ventilador más eficiente si las velocidades de punta fueran más bajas?
La respuesta simple que cubre la mayoría de los motores es que un ventilador tiene una cubierta. La posible excepción son los ventiladores sin conductos o los motores de rotor abierto , que son un híbrido entre un turbohélice y un motor de ventilador.
Una respuesta más científica se basa en la diferencia en la carga del disco: cuánta potencia por área de disco se puede bombear al ventilador para la propulsión. Para las hélices, esto es claramente menor que para los ventiladores. Algunos ejemplos:
Con jets, esta comparación necesita potencia cuando se enumera el empuje. Por lo tanto, hacemos la suposición heroica de que la velocidad en el ventilador es Mach 0.4 en condiciones estáticas y el empuje se divide de acuerdo con la relación de derivación (que es completamente impreciso pero servirá para el propósito aquí):
Supongo que ahora ya ve hacia dónde se dirige esto: los turboventiladores son simplemente una clase diferente cuando se trata de empuje por área frontal. Y para que esto sea posible, se deben cumplir tres condiciones:
Tenga en cuenta que esas condiciones dependen unas de otras: sin la solidez, se podría absorber mucha menos energía. Sin la entrada, el flujo supersónico en las puntas de los ventiladores produciría pérdidas y ruidos horribles .
Ahora para los locos. Los inadaptados. Los rebeldes. Los alborotadores. Las clavijas redondas en los agujeros cuadrados:
Aquí es difícil hacer una llamada clara si se trata de ventiladores o hélices. Su nombre propio "propfans" ya insinúa eso.
Una última palabra sobre la terminología
La eficiencia es una medida de cuánto esfuerzo se necesita para un determinado resultado. Una hélice eficiente necesita menos potencia por unidad de empuje producida. Tiene pocas palas , gira lentamente y tiene un gran diámetro. Un ventilador subsónico sería más eficiente, pero generaría mucho menos empuje para un tamaño determinado.
Si desea expresar la capacidad de creación de empuje en un diámetro específico, utilice la carga del disco, no la eficiencia.
1C160 prop (1.9 m diameter)
y 4254.35 kW/m²
, sin embargo, se utiliza la coma europea para chorros 3,124 m fan diameter
. Me tomó un momento entender cuán grande era ese abanico, y luego darme cuenta de que me cambiaste de método. :)Primero, comencemos con la máquina más simple, el tornillo , que convierte el movimiento de rotación en movimiento lineal.
Un ventilador es un tornillo cuyo propósito principal es mover el fluido (aire para un avión o agua para un bote) que lo rodea.
Una hélice es un tornillo cuyo propósito principal es mover ( impulsar ) el objeto al que está unido, como un bote o un avión de hélice. Y, de hecho, los marineros usan el término tornillo en lugar de puntal .
En el caso del turbopropulsor y el turboventilador , el turbopropulsor usa su propulsor como principal medio de movimiento, mientras que en el turboventilador , el ventilador simplemente aumenta la velocidad del aire, pero no proporciona el principal medio de movimiento de la aeronave.
the fan simply increases the velocity of the air
No estoy seguro de lo que estás diciendo con esto. Proporciona movimiento a la aeronave . Tal vez en LBP no sea el medio principal , pero aún realiza la misma función que una hélice.En términos simples, el principio de funcionamiento es diferente:
Una hélice es un ala giratoria. Esto significa que su principal principio de funcionamiento es el principio de Bernoulli. Una diferencia de presiones (es decir, presión baja en la parte delantera y presión alta en la parte trasera) hace que el avión se mueva hacia adelante. Es lo mismo que en los rotores de los helicópteros. Consulte https://en.wikipedia.org/wiki/Lift_(force) y https://en.wikipedia.org/wiki/Airfoil
El turboventilador es principalmente un reactor. Esto significa que su principal principio de funcionamiento es la tercera ley de Newton. El aire de alta velocidad que es forzado a través de la boquilla empuja el avión hacia adelante. Lo mismo que en una manguera de jardín. Ver https://en.wikipedia.org/wiki/Newton%27s_laws_of_motion
Para responder a una de sus preguntas adicionales, la que es menos eficiente a altas velocidades es la hélice. Esto se debe a que, en la hélice, a altas velocidades, el aire fluye de adelante hacia atrás, lo que hace que la presión aumente en la parte delantera, lo que detiene la hélice.
Por otro lado, en el turboventilador, la presión adicional en la parte delantera ayuda a que el aire sea forzado a través de la boquilla, lo que aumenta el rendimiento.
Sin embargo, a velocidades extremadamente altas, la resistencia del ventilador se vuelve muy alta y la velocidad se vuelve a limitar (pero a una velocidad más alta que en la hélice). Para lograr aún más velocidad, se quitan las paletas giratorias y se fuerza el aire el compresor debido a la presión muy alta en la parte delantera (ver estatorreactores). El principio de funcionamiento del estatorreactor también es la tercera ley de Newton.
Supongo que tanto la hélice como el ventilador actúan según el principio de conservación del impulso, llámalo 'acción-reacción', envía hacia atrás una masa de aire que empuja el dispositivo hacia adelante, la velocidad de la masa de aire expulsada y la velocidad del avión. influyen en qué tipo de método propulsor da mejores resultados, mucho aire a una velocidad no muy alta, o menor masa de aire expulsada muy rápido. Los ingenieros alemanes durante la Segunda Guerra Mundial pensaron que las hélices serían buenas hasta un poco por encima de Mach 1, pero la versión de hélices contrarrotantes del avión de combate F-84 Thunderstreak demostró ser tan ruidosa que los que estaban cerca del motor en marcha o la pista de aterrizaje se enfermaron. Aquí hay una breve grabación de audio de YouTube del F-84H 'Thunderscreech':
Puede que le guste el gráfico adjunto, del folleto: 'Ventiladores con conductos para aviones ultraligeros', de RW Hovey. Muestra la eficiencia de diferentes sistemas de propulsión según AirSpeed de una máquina voladora. Eficiencia típica de los sistemas de propulsión
Hay un análisis más detallado del tema en una tesis de 2009 de Leighton Montgomery Myers, Universidad Estatal de Pensilvania: 'Experimentos aerodinámicos en un ventilador con conductos en vuelo estacionario y Edgewise' http://www.engr.psu.edu/rcoe/theses/ Myers_Leighton.pdf
También: AIAA-98-3116 NASA / TM--1998-208411 Propulsión de aeronaves ligeras de aviación general: desde la década de 1940 hasta el próximo siglo Centro de investigación Leo A. Burkardt Lewis, Cleveland, Ohio Preparado para la 34.ª Conferencia conjunta de propulsión copatrocinada por AIAA, ASME, SAE y ASEE Cleveland, Ohio, 12-15 de julio de 1998 Centro de Investigación Lewis de la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio, julio de 1998. http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/ 19980209647.pdf
Un ventilador no es necesariamente un tornillo, es cualquier objeto que se usa para mover el aire hacia algo. La forma de hélice resulta ser bastante ideal, pero una hélice tampoco necesita tener forma de hélice, simplemente un objeto que se usa para impulsar algo en un fluido o gas. (La propulsión a través de un sólido es como viajar en el tiempo: probablemente imposible. A menos que podamos imaginar algo como un tunelador escupiendo lo que sea que venga por el otro extremo para avanzar).
tommcw
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