¿Por qué nos referimos a "potencia" para motores turbohélice y "empuje" para motores turborreactores/ventiladores?

En última instancia, lo que desea de los tres tipos de motores es la cuantificación del empuje disponible para empujar un avión por el cielo. Los motores turbofan/jet son autónomos y producen empuje directamente, pero un motor turbohélice requiere la adición de una hélice, que puede tener diferentes características según la instalación.

Dado que no se conoce el empuje de un turbopropulsor hasta que se haya determinado su instalación, los fabricantes cuantifican la potencia disponible para impulsar un propulsor. Esto permite comparar los motores para que un fabricante de fuselajes pueda hacer la selección adecuada.

Luego, el flujo de combustible se relaciona con el empuje o la potencia como una medida de eficiencia, según el tipo de motor. En general, no existe una relación matemática publicada entre la potencia y el empuje para un motor determinado. No es necesario para turboventiladores/reactores y no es posible determinarlo en el momento de la fabricación para turbopropulsores.

Los motores a reacción producen empuje directamente al expulsar el gas (y en un ventilador turbo moderno también mueven mucho aire a su alrededor), por lo que la tasa de flujo de combustible está directamente relacionada con el empuje que se genera.

En un turbohélice, el motor produce energía que, a través de una caja de cambios, hace girar una hélice que genera el empuje. Dado que la mayoría de los turbohélices tienen la capacidad de ajustar el paso de la hélice, la potencia de salida de los motores no siempre está directamente relacionada con el empuje generado en un momento dado.

Para ampliar lo que dijo Dave, el término Potencia se usa para turbohélices porque el empuje producido por la hélice es una función de los caballos de fuerza aplicados a la hélice, es decir, par @ RPM.

El generador de gas de un turbohélice, la parte del motor a reacción, tiene su salida indicada como un porcentaje del par máximo que puede aplicar a la caja de engranajes de la hélice, mientras que un motor a reacción puro, cuyo empuje resulta del flujo de aire masivo que se acelera a través del motor, tiene su salida indicada por la relación de presión del motor, la diferencia entre la presión de aire que entra y la presión de aire que sale.

Los turboventiladores están en el medio de los dos, siendo una especie de turbohélice con una hélice de muchas palas de paso fijo. Debido a que el ventilador tiene un paso fijo y no tiene una capacidad de regulación de velocidad constante, no necesita saber el par que se le aplica y es suficiente con solo las RPM del ventilador (N1, indicado como porcentaje del máximo). Los turboventiladores también muestran las RPM centrales del motor (N2), pero la velocidad del ventilador N1 es la medida de ajuste de potencia principal.

Para turboventiladores frente a turbopropulsores, es similar a cómo los aviones de pistón con puntales de paso fijo solo miden las RPM, como un turboventilador, mientras que los aviones de pistón con puntales de velocidad constante necesitan mostrar las RPM y la presión del colector (MP es más o menos equivalente al par en un turbopropulsor) .

No estoy seguro de lo que quieres decir con la parte matemática.

La verdadera razón es que, por definición, un motor a reacción no genera ningún tipo de potencia, sino que genera la fuerza de empuje. Los motores turbohélice no generan una fuerza de empuje, sino que generan una potencia mecánica a través de un eje y una caja de cambios suministrada por dicha potencia mediante una turbina de potencia o el propio núcleo de gas.

Ese arreglo tiene que ver más con la forma en que la FAA y otros órganos rectores definieron estos motores, no tanto con la física. Soy consciente de que ambos motores, de hecho, generan energía y poder, es solo que normalmente no cuantificamos la producción de energía de los motores a reacción de esa manera.

Irónicamente, muchos motores turbohélice a menudo se clasifican en caballos de fuerza equivalentes en el eje (ESHP), que es la suma de la potencia mecánica entregada por el eje de transmisión y el empuje de reacción creado por los gases de escape del motor.

Esto también tiene impactos regulatorios. Los pilotos de aviones a reacción no requieren un respaldo complejo ni de alto rendimiento en sus libros de registro para registrar el tiempo de PIC en un avión, pero se requiere si su avión está propulsado por una planta de energía alternativa o turbohélice.

Escribiste en un comentario sobre la respuesta de Dave :

¿Por qué escribió que los motores turbohélice generan potencia, mientras que al escribir sobre motores a reacción escribió que generan empuje? ¿Esta era mi pregunta real? Entiendo la mecánica de ambos, pero ¿por qué está escrito intencionalmente diferente? ¿Me estoy perdiendo de algo?

Entonces, parece que la pregunta principal que está tratando de hacer es: ¿cuál es la diferencia entre potencia y empuje?

La potencia y el empuje son dos medidas diferentes de la salida de un motor (al igual que la altura y el peso son dos medidas diferentes del tamaño de una persona). Todos los motores generan potencia y todos los motores generan empuje, pero son dos números diferentes con dos significados diferentes.

El empuje es un poco más fácil de describir. El empuje a menudo se mide en libras o newtons. Si un motor está produciendo 500 libras de empuje, entonces está empujando el avión con la misma cantidad de fuerza que un peso de 500 libras empujaría sobre él. La diferencia es que el motor empuja hacia adelante mientras que el peso empuja hacia abajo.

La potencia de salida es un poco más difícil de describir. La potencia a menudo se mide en caballos de fuerza o kilovatios.

Para los motores de cohetes , la fórmula para la potencia de salida es simple:

Desafortunadamente, la mayoría de los aviones no funcionan con motores de cohetes, por lo que esta fórmula simple ya no se aplica. Pero los principios básicos son los mismos:

• A medida que un motor produce más empuje, también producirá más potencia.
• Incluso si un motor produce una cantidad constante de empuje, a medida que el avión vuela más rápido, el motor terminará produciendo más potencia.

La producción de energía está directamente relacionada con el consumo de energía . Si haces que un motor produzca más potencia, consumirá más combustible.

Oau, muchas respuestas y casi nadie toca el problema real.

Las hélices producirán un empuje que disminuirá al aumentar la velocidad. Dado que potencia = empuje x velocidad, esto significa que los motores producirán (más o menos) una potencia (casi) constante en todo el rango de velocidad de la aeronave. Dado un flujo de combustible específico, producirá una potencia específica (calculable), que se traducirá en un empuje variable según la velocidad actual. Por lo tanto, el combustible te da poder.

Los motores a reacción producirán un empuje constante (casi) independientemente de la velocidad actual del avión. Esto significa que la "potencia" no es realmente una medida útil en un jet (todos ellos tienen una clasificación de empuje, no de potencia), ya que puede duplicar la velocidad actual y el jet ahora produce el doble de potencia, aunque tenga no ha cambiado el flujo de combustible. Un flujo de combustible específico al motor a reacción producirá un empuje específico (calculable), pero puede producir cualquier cantidad de energía dependiendo de la velocidad actual de la aeronave. Por lo tanto, el combustible te da empuje.

Se debe a que en un turbohélice, casi toda la energía extraída por las turbinas del motor se utiliza para hacer funcionar una hélice. Por lo tanto, se trata de cuánta potencia se requiere para hacer girar la hélice. Para medir la cantidad de fuerza requerida para girar la hélice, usamos un sensor para medir la cantidad de fuerza de torsión que actúa sobre el eje de la hélice. Este sensor se denomina sensor de par y en casi todos los turbohélices, el par es la indicación utilizada por los pilotos para controlar la potencia del motor. Pero todos sabemos que según la ecuación de potencia:

Potencia = Torque x RPM

De la ecuación entendemos que la potencia se puede aumentar aumentando el par o las RPM. Entonces, ¿cómo los pilotos de turbohélice solo usan el par para controlar la potencia del motor? Bueno, es sencillo. En un motor turbohélice típico, las hélices son de paso variable o se podría decir que funcionan a una velocidad constante o RPM. Esto se logra mediante una unidad de control de hélice (PCU). En términos simples, a medida que el piloto empuja los aceleradores hacia adelante y aumenta el par, las RPM permanecen constantes en el valor establecido por el piloto usando las palancas de condición. La forma de hacerlo es muy sencilla. A medida que el piloto aumenta la potencia o el par, la hélice intenta funcionar a RPM más altas. Pero la PCU detecta esto y aumenta el ángulo de la pala de la hélice y lo reduce hasta que se alcanzan las RPM establecidas. Similarmente, si intenta controlar las RPM de la hélice usando las palancas de condición, habrá un cambio en el torque. Es decir, si tira hacia atrás de las palancas de condición (aumenta el ángulo de las palas) para reducir las RPM de la hélice, habrá un aumento correspondiente en el par motor. Por lo tanto, en configuraciones de alto torque, debe tener mucho cuidado porque podría sobrecargar el motor. Cuando configuramos la potencia en turbopropulsores y si se requiere una reducción en las RPM de la hélice, primero reducimos el par usando las palancas de potencia un poco antes de reducir las RPM usando las palancas de condición. Esto es particularmente importante cuando se establece la potencia de ascenso después de un despegue que se realiza cerca del par motor máximo permitido. en configuraciones de torque alto, debe tener mucho cuidado porque podría sobrecargar el motor. Cuando configuramos la potencia en turbopropulsores y si se requiere una reducción en las RPM de la hélice, primero reducimos el par usando las palancas de potencia un poco antes de reducir las RPM usando las palancas de condición. Esto es particularmente importante cuando se establece la potencia de ascenso después de un despegue que se realiza cerca del par motor máximo permitido. en configuraciones de torque alto, debe tener mucho cuidado porque podría sobrecargar el motor. Cuando configuramos la potencia en turbopropulsores y si se requiere una reducción en las RPM de la hélice, primero reducimos el par usando las palancas de potencia un poco antes de reducir las RPM usando las palancas de condición. Esto es particularmente importante cuando se establece la potencia de ascenso después de un despegue que se realiza cerca del par motor máximo permitido.

Entonces, en un motor turbohélice, la combinación de torque y RPM de la hélice da una cierta cantidad de caballos de fuerza en el eje (SHP). A máximas RPM y con el ajuste de par máximo, el motor producirá el SHP máximo. En un despegue típico, el motor produce un SHP que está muy cerca de este SHP máximo.

Por otro lado, los motores turboventiladores miden la salida de empuje puro. Algunos motores lo miden como un porcentaje de las RPM del compresor de baja presión (N1 por ciento). ¿Por qué usamos N1? Porque el compresor de baja presión o el ventilador producen la mayor parte del empuje en un turboventilador. La cantidad de empuje producido por la sección caliente es bastante pequeña en comparación con el empuje producido por el ventilador o la derivación. En algunos otros turboventiladores, incluidos los turborreactores antiguos, la medida del empuje se proporciona como una relación de presión o, más específicamente, una relación de presión del motor (EPR). Esta es una medida más directa del empuje del motor, ya que es la relación entre la presión de salida del motor y la presión de entrada.

Pensé que incluso el diseño del motor sería un poco diferente dependiendo de su aplicación. Para un turborreactor puro, desea el máximo empuje en la parte trasera, por lo que maximizar el par girando un eje no es el objetivo. En el otro lado del espectro, pasando del turboventilador al turbopropulsor o incluso a la aplicación de par máximo como un generador de turbina, desea minimizar el empuje y convertir toda la energía del gas de expansión en par.

Es por eso que la mayoría de los turbohélices usan compresores centrífugos en al menos una etapa, y los motores turborreactores puros usan compresores axiales. El primero convierte la mayor parte de la energía del gas en expansión en movimiento circular (lo llamaremos torque) y el segundo acelera ese gas en expansión para obtener la máxima velocidad de aire/gas por la parte trasera para el empuje.

Un turbocompresor en un motor de automóvil o el turbocompresor en un motor de avión de pistón usan compresores centrífugos de manera similar porque quieren generar un movimiento circular (par) en un compresor de aire para aumentar la cantidad de oxígeno en la cámara de combustión.

No estoy seguro de si esto es correcto, porque lo acabo de pensar, pero investigué un poco para confirmar que los chorros puros necesitan empuje, flujo axial y alta velocidad del gas en el escape, y los turbohélices necesitan par para girar un eje. en un psru y luego en una hélice, por lo que estos motores tienen diferentes compresores que convierten la energía en diferentes tipos de movimiento.