¿Por qué los motores a reacción tardan mucho en reducir la velocidad?

Aparentemente, los motores a reacción pueden tardar varios segundos, hasta diez o quince segundos, en pasar de plena potencia a ralentí.

¿Por qué es esto? ¿No puede una simple válvula de combustible cerrar el flujo de combustible? ¿O reducirlo a cualquier tasa de flujo que corresponda al ralentí? Cualquiera de estos, si se hace con una válvula, debería suceder casi instantáneamente, por lo que puedo decir.

Esto seguramente reduciría el empuje, sin importar si el motor sigue girando por un tiempo. ¿Hay algo peligroso en esta idea? A mí me parece que una válvula de combustible puede cerrarse y abrirse tantas veces como quiera.

Nota: Estoy interesado en turborreactores y turboventiladores. Y solo me importa reducir la velocidad .

Para evitar el sobrevoltaje del compresor. Ver (tal vez duplicado): ¿Por qué los motores de turbina tardan tanto en ponerse en marcha? .
Inercia. Pero el empuje caerá inmediatamente si se corta el suministro de combustible. Sin calefacción, sin empuje.
@mins Lo leí, pero no veo cómo podría ocurrir un aumento cuando se desacelera repentinamente. Tal vez podría suceder lo contrario, una caída repentina de la presión, pero eso no suena tan peligroso como lo es un aumento en la presión.
Consulte 8.2.6 Apagado de emergencia de la turbina de gas Rendimiento .
Tal vez solo la inercia de la turbina giratoria, los discos del compresor
Si reduce el flujo de combustible en un paso masivo, digamos del 100 % de empuje al ralentí, entonces corre el riesgo de que el flujo de aire residual a través de los quemadores sea demasiado para la combustión sostenida a la velocidad de flujo de combustible más baja, inclinando el mezcla y haciendo que el motor se apague. No puede aplicar frenos al ventilador o al núcleo, por lo que la reducción en el flujo de aire tiene que ocurrir naturalmente a través de la pérdida de inercia en esos componentes móviles.
@PeterKämpf ¿Puedes explicar mejor la "inercia"? Tenga en cuenta que estoy interesado en reducir el empuje de inmediato, no necesariamente reducir la velocidad. Sé que la inercia del avión lo mantendrá volando hacia adelante por un tiempo. Estoy seguro de que el motor seguirá girando debido a la inercia rotacional. Pero sus últimas oraciones parecen estar de acuerdo en que podemos cortar el impulso de inmediato a pesar de todo eso.
@Moo Está bien. La llama apagada también cortará el empuje. Todo lo que me importa es reducir el empuje, ya sea al ralentí o completamente a cero. Por supuesto, sería bueno si el motor no está dañado y se puede reiniciar de la manera normal, incluso si los procedimientos normales de reinicio pueden llevar un tiempo. Sin embargo, como curiosidad aparte, no puedo ver por qué se apagaría en su escenario. Una sobreabundancia de oxígeno mezclado con combustible, por pequeña que sea, no debería hacer que un incendio se apague. Como probablemente haya adivinado, no sé mucho sobre la dinámica del gas en los motores, así que espero que alguien pueda explicar por qué la llama se apaga.
@ DrZ214, la combustión moriría porque las reacciones entre el combustible y el oxígeno se dispersan demasiado, lo que significa que debe tener una fuente de ignición constante o la combustión cesa porque no puede propagarse. Una llama es básicamente una reacción en cadena, con la energía liberada por una reacción de oxidante de combustible que desencadena una reacción en un par de oxidante de combustible vecino, pero si se separan esos pares lo suficiente, la energía ya no es suficiente para desencadenar la reacción. Esta es la razón por la que el fuego se propaga donde hay una fuente de combustible y un comburente.
@ DrZ214, por supuesto, todo esto ignora que en los motores modernos de derivación alta, la mayor parte del empuje (como el 80% o más) es generado por el movimiento del aire por el ventilador en la parte delantera, para reducir ese empuje a cero inmediatamente, debe detener ese ventilador o ajustar las aspas del ventilador para que puedan emplumarse. Detener el ventilador significa un fuerte freno (esos ventiladores pesan toneladas y tienen altas RPM) y emplumar los ventiladores significa más peso y complejidad. Las aerolíneas no quieren ninguno de esos, por lo que nunca ha sido un problema que haya que resolver.
@Moo De acuerdo, entonces parece que lo que quiero es un inversor de empuje, o tal vez un deflector de empuje para vectorizar el aire en dos direcciones laterales opuestas, o incluso algún tipo de abertura de purga de aire. PD: tu comentario sería una gran respuesta.
@ DrZ214, la mayoría de los motores a reacción ya tienen inversores de empuje :) A menudo, se usan para mejorar el rendimiento de frenado en el aterrizaje, pero también se usan para desviar el empuje del carrete hacia abajo en el aterrizaje cuando se despliegan con el motor en ralentí.
Supongo que el apagado debe realizarse de manera controlada para adaptarse a los patrones de enfriamiento diferenciales de cada componente. Las palas se enfrían a un ritmo diferente al de la góndola y la carcasa del motor.
@PeterKämpf: Si bien la inercia mantendrá el eje y todo lo que está conectado girando por un corto tiempo, el aire que pasa a través del motor sirve como un freno masivo. Obviamente, desde un punto de vista energético: el motor que gira contiene solo una cantidad fija de energía, y el aire que acelera a través del motor drena esa energía. Las altas RPM significan mucha energía, pero también mucho aire acelerado, confianza generada mientras el motor se detiene y, por lo tanto, energía consumida.
@Moo, otra forma de detener el ventilador rápidamente es usar el generador eléctrico en reversa. Los grandes motores a reacción comerciales tienen un generador que suministra energía eléctrica a la cabina. Si no me equivoco, es mecánicamente simple invertir este proceso (tomar energía eléctrica para frenar la turbina giratoria). Pero entonces la única pregunta es, ¿de dónde obtendrá la energía para hacer eso (ya que simplemente apagamos los motores)?
@DrZ214 aún más importante que de dónde proviene la energía sería si los generadores pueden soportar la carga; no puede simplemente convertir un generador en un motor, ya que están diseñados para diferentes cargas, y como ya estará produciendo energía eléctrica entonces el frenado regenerativo está descartado ya que no le agregará nada. También tenga en cuenta que no todos los motores pueden tener generadores.

Respuestas (3)

La respuesta simple es la inercia rotacional , una vez que obtienes una masa pesada que gira rápidamente, esa masa pesada tendrá una tendencia a continuar girando rápidamente a menos que se actúe sobre el objeto. Los motores de pistón tienen una gran cantidad de fricción entre las paredes del pistón y los pistones (cómo mantienen la explosión adentro), esto los ayuda a reducir la velocidad más rápido que un jet en el que la turbina está hecha para manejar esto fácilmente, por lo que las juntas están muy bien hechas y muy movimiento libre. Si bien el corte de combustible evitará que el motor continúe generando empuje, la turbina continuará girando hasta que una fuerza haga que se detenga (en realidad, arrastre y fricción).

Los motores a reacción tienen poco margen mecánico y funcionan a altas temperaturas. Eso significa que todos los componentes se expanden más que los márgenes mecánicos cuando se calientan. Esto no es un problema cuando todo se expande y se contrae de forma controlada. Esto puede ser contrario a la intuición, pero se demuestra fácilmente. Corte un agujero circular en una placa de metal y caliente la placa. El agujero crecerá con la misma tasa de expansión que el material circundante.

Ahora, ¿qué sucede si de repente detenemos el flujo de combustible? El calentamiento por compresión del aire que fluye hacia el motor no se detiene repentinamente, pero todo el aire que fluye a través del motor lo enfría. Esto significa que la turbina en la parte posterior se enfría a medida que el aire relativamente frío fluye a través de ella. Esto no solo causa tensiones térmicas, sino que la turbina se encogerá.

¿Está diciendo que incluso si el control del acelerador se pone en ralentí, alguna ECU continuará alimentando combustible al motor para evitar un enfriamiento rápido?

Básicamente es que cuanto más peso tiene el objeto en movimiento (la turbina en este caso) más tiempo tarda en frenar debido a la energía almacenada en un objeto en movimiento. Es lo mismo en todos los objetos que tienen una gran masa. En un automóvil, está el volante que almacena parte de la energía que produce el motor para que un pequeño hipo en los pistones no interrumpa el giro. Con el motor a reacción, la gran masa de la turbina también mantiene el aumento o la disminución de la velocidad a un ritmo constante para que el motor no produzca "sacudidas" de potencia cuando se cambia el acelerador.

Este es el comienzo de una respuesta; ¿Puedes ampliarlo?
¿Por qué los motores a reacción tardan mucho en reducir la velocidad?
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