¿Qué tan mala es la eficiencia de los motores a reacción bajo cargas bajas?

Las operaciones VTOL necesitan de 4 a 5 veces más empuje que el despegue convencional de un avión.

Si no desea instalar motores de elevación adicionales en un avión hipotético y utilizar la vectorización de empuje para girar el empuje hacia el suelo, naturalmente terminará con motores de gran tamaño para el vuelo de crucero.

Pero, ¿qué tan mala es la eficiencia del combustible (empuje por cantidad de combustible quemado) cuando los motores funcionan en su configuración mínima de aceleración autosuficiente durante el crucero?

Una relación empuje/peso de alrededor de 1 es estándar para los cazas, por lo que hacerlos VTOL no da como resultado motores más grandes que de otro modo.
Lo siento, creo que mi pregunta no fue lo suficientemente precisa. Las operaciones IMO VTOL no solo son beneficiosas para los cazas, sino también para aeronaves civiles de tamaño pequeño a mediano, como un equivalente a un helicóptero de rescate. Los aviones normales o los jets privados suelen tener una relación de empuje a peso de 0,3-0,4.
En este caso específico, no se necesita un gran empuje para mantener una velocidad muy por debajo de la velocidad del sonido y sin maniobras espectaculares.
La eficiencia de un motor a reacción es bastante mala en configuraciones de aceleración bajas. Las rpm de ralentí son algo así como el 70% del máximo. rpm.
Un avión VTOL necesita una relación T/W de 1:1 con el peso máximo de despegue. Los cazas normalmente no logran eso, solo llegan a 1/1 T/W en cargas típicas de combate aire-aire.

Respuestas (4)

Los motores a reacción actuales en realidad no están construidos para la eficiencia en lugar del rendimiento.

Si considera la eficiencia, no construye un avión VTOL. Es por eso que el F35 tiene múltiples versiones con y sin capacidades VTOL.

Además, los motores a reacción, incluso durante el vuelo, deben ser capaces de soportar cambios de velocidad rápidos, aumentos rápidos de altitud y altos factores de carga, todo combinado con diseños livianos. Por lo tanto, no consideraría el despegue como la fase de vuelo más exigente para tales motores, pero puedo estar equivocado en ese punto.

Todas estas condiciones hacen que sea difícil alcanzar la eficiencia de, por ejemplo, los motores turbofan o turbohélice.

Tenga en cuenta que el término "motor a reacción" generalmente incluye turboventiladores. Y de todos modos, ya nadie fabrica turborreactores puros: los cazas generalmente usan turboventiladores con relaciones de derivación bajas de 1: 0.5 a 1: 1 en estos días.
@JanHudec, totalmente de acuerdo
@JanHudec, la oposición entre los motores a reacción y los turboventiladores tenía más que ver con su uso. Ningún turboventilador de alta relación de derivación podría sostener los movimientos de un avión de combate durante mucho tiempo.
No hay oposición entre motores a reacción y turboventiladores, porque los turboventiladores son motores a reacción. No son motores turborreactores , pero son motores a reacción como la mayoría de la gente entiende ese término.
@JanHudec, ¿qué quiere decir con que no son motores turborreactores ?
Un motor turborreactor es aquel en el que todo el flujo de aire pasa por la sección caliente. Un turboventilador es un motor que tiene un flujo de derivación, frío. Un motor a reacción es un término vago que generalmente se considera que cubre ambos tipos. Entonces, un turbofan no es un turborreactor, pero es un jet.

El principal problema de instalar motores más grandes es que son más pesados. Y debido a que también necesita levantar el peso del motor, la relación empuje/peso crece más lentamente que el empuje instalado. El resultado es una fracción de carga útil significativamente reducida y la fracción de carga útil es el factor principal en la eficiencia.

Ahora, los cazas normalmente tienen empuje/peso alrededor de 1, pero básicamente son caparazones aerodinámicos que envuelven los motores y algunos tanques de combustible y casi nada más. Su carga útil es demasiado pequeña en comparación con los aviones de transporte para que sea práctica.

Ahora, el despegue vertical es ocasionalmente útil en operaciones civiles, pero con todos los aeropuertos ya construidos no tan a menudo. Para los casos en que lo sea tenemos el giroavión y el basculante AugustaWestland AW609 .

A diferencia de los jets, los rotores grandes tienen una potencia inducida mucho menor, por lo que pueden producir mucho más empuje estático con la misma potencia y, por lo tanto, soportar el vuelo estacionario con motores razonablemente pequeños. El precio es que su empuje disminuye más rápido con la velocidad, por lo que la velocidad máxima es menor.

Se realizó una amplia investigación sobre las operaciones civiles de VTOL en las décadas de 1960 y 1970. Esos proyectos fueron asesinados por varios factores:

  1. alto costo del combustible (combinado con la crisis del combustible a principios de la década de 1970)
  2. alto costo de capital (debido a todos los motores de elevación adicionales necesarios en comparación con los aviones normales, había diseños con docenas de motores de elevación).
  3. ruido. El atractivo de VTOL es poder operar cerca del centro de una ciudad en lugar de tener que conducir a un aeródromo remoto con una pista grande. Pero todo ese empuje necesario para VTOL da como resultado una raqueta increíble (la Harrier es una de las luchadoras más ruidosas de la historia, a pesar de tener un rendimiento mucho más bajo que sus contemporáneos). Nadie está dispuesto a tener tanto ruido en un entorno urbano, lo que hace que todo el ejercicio sea inútil.

https://en.wikipedia.org/wiki/Harrier_Jump_Jet

https://en.wikipedia.org/wiki/McDonnell_Douglas_F-15_Eagle

Ambos son cazas bimotores y tienen un empuje similar: uno parece ser un poco más aerodinámico que el otro. Por lo tanto, creo que la eficiencia del combustible cuando se utiliza un ajuste mínimo del acelerador autosuficiente durante el crucero también podría ser similar.

El Harrier es un avión monomotor
Ok, se puede hacer una comparación con el F16 en su lugar.
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