¿Por qué el consumo de combustible específico de empuje es mucho peor para los turboventiladores de derivación alta en crucero?

General Electric GE90 Despegue: 0,278 lb/lbf/h (28,3 kg/kN/h) Crucero: 0,545 lb/lbf/h (55,6 kg/kN/h) Fuente: https://en.wikipedia.org/wiki/General_Electric_GE90 #Especificaciones

Supongo que esto es típico de un turboventilador HBPR moderno.

¿Pero por qué?

Por supuesto, a medida que aumenta la altitud, la densidad de aire reducida significa que el ventilador tiene menos flujo de aire, lo que genera menos empuje. Pero, de nuevo, la relación de derivación no cambia, por lo que el flujo de aire central también disminuye en la misma cantidad que el flujo de aire del ventilador. ¡Entonces el flujo de combustible también debería disminuir! Entonces, ¿por qué el TSFC TWICE es tan malo para el crucero como para el despegue? ¿Se debe a que las pérdidas en el conducto del ventilador aumentan rápidamente con la velocidad?

(Por cierto, sé que la velocidad más alta ayuda a reducir el consumo de asientos por milla, pero aún así).

EDITAR: Espera, ¿qué? RB211, otro turboventilador HBPR, casi no tiene diferencia entre crucero y "nivel del mar" https://en.wikipedia.org/wiki/Thrust-specific_fuel_consumption

Entonces, ¿está diciendo que el porcentaje de cosas molestas como la fricción aumenta rápidamente debido al menor empuje de crucero?

Respuestas (1)

Sí, eso es típico de los turboventiladores de alta relación de derivación (HBPR).

¿Pero por qué?

Porque el impulso de entrada aumenta mientras que el impulso de salida permanece más o menos constante. El empuje es la diferencia entre ambos , derivada con el tiempo. El motor en movimiento necesita reducir la velocidad del flujo de aire para que se produzca la combustión, y luego necesita acelerar el aire más de lo que se ha reducido para tener un empuje positivo. Por lo tanto, SFC sube en paralelo con la velocidad.

Si bien el proceso interno dentro del motor en vuelo es muy similar al del reposo (solo los niveles de presión aumentan por el efecto del ariete del motor en movimiento y la densidad disminuye con el aumento de la altitud), el empuje se reduce debido a la menor diferencia de impulsos en vuelo. . Dado que un motor HBPR acelera solo un poco la mayor parte del volumen de aire que fluye a través de él, la velocidad de salida promedio es relativamente baja en comparación con un motor a reacción sin flujo de derivación. Esto es similar (pero menos severo) a una hélice donde el empuje cae con el inverso de la velocidad .

SFC empeora aún más en vuelo supersónico. Para una comparación SFC significativa, la velocidad debe ser la misma.

SFC de un turboventilador con BPR 3

Consumo de combustible específico de empuje en g/kN·s de un motor turboventilador con relación de derivación 3. El eje Y muestra la altitud en metros. Las isolíneas se hicieron con la función de contorno R y deberían ser más redondeadas en la realidad.

Pero, ¿por qué la velocidad de salida permanece constante? parecería que a medida que aumenta la velocidad, la energía que se agrega al aire permanece constante, por lo que la velocidad de salida relativa al suelo debería ser la velocidad de escape estática + la velocidad del aire.
Si el flujo de combustible sigue siendo el mismo, la energía liberada en el motor debería ser la misma, pero como usted dice, el flujo de aire se acelera menos en el crucero, por lo tanto, la energía consumida por ese proceso parecería estar disminuyendo, dando mucha potencia al motor , lo que me parece que hace que el motor quiera aumentar las RPM
O dicho de otro modo, en parada, el ángulo de ataque a las palas del ventilador es máximo. En crucero, disminuye a rpm constantes.
Y si mantuvo las mismas RPM y aumentó aún más la velocidad del aire, ¡el ventilador se convierte en una turbina! ¿Y, sin embargo, el motor continúa quemando cantidades de combustible de despegue?
@ABJX: La admisión asegura que el ángulo de ataque de las aspas del ventilador no cambie mucho. Solo el nivel de presión lo hace. La velocidad de salida está limitada por la temperatura máxima de la turbina. La precompresión calienta el aire que entra en la cámara de combustión y elevando la temperatura al máximo necesita algo menos de combustible pero mantiene constante la velocidad de salida.
Ah, sí, lo olvidé. El ventilador tiene una entrada de carnero.
Pero aún así, estás diciendo que el flujo de combustible disminuye un "poco". Pero la velocidad en la cara del ventilador permanece constante, por lo que la aceleración del ventilador... solo disminuye un poco. Y esta aceleración se suma a la velocidad que gana el aire por la liberación de la presión del ariete cuando se expande a través de la boquilla del ventilador en el crucero.
@ABJX: la velocidad del flujo se reduce a casi cero en el difusor . El compresor no acelera el aire, solo lo comprime, de ahí el nombre. Para que se produzca la combustión, el combustible y el aire necesitan tiempo para mezclarse y una mayor velocidad simplemente apagaría la llama. Recuerde que las velocidades típicas del frente de llama para mezclas de aire e hidrocarburos son solo unos pocos metros por segundo.
Creo que confundiste el compresor central con el ventilador, que es a lo que me refería. Aunque debo decir que el núcleo también parece experimentar el mismo efecto.
@ABJX: Ah, te refieres al flujo externo. La precompresión es arrastre: lo que se quita se devuelve al flujo en la boquilla. El aumento de velocidad del ventilador es aproximadamente constante sobre la velocidad de vuelo.
¿Por qué el consumo de combustible específico de empuje es mucho peor para los turboventiladores de derivación alta en crucero?
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