¿Por qué se dice que el empuje es constante con respecto a la velocidad de un motor a reacción?

Solo estoy interesado en algunos datos básicos sobre el vuelo. Al leer el libro de "bajo nivel" "Understanding Flight, David F. Anderson, Scott Eberhardt), recientemente llegué al siguiente diagrama:

ingrese la descripción de la imagen aquí

¿Por qué el empuje es aproximadamente constante con la velocidad de un motor a reacción? Todo se mezcla en mi cabeza de la siguiente manera:

El empuje es aproximadamente F t = metro ˙ ( v gramo a s v a ) , donde las velocidades son la velocidad de salida en la tobera y la velocidad aerodinámica real, respectivamente.

https://en.wikipedia.org/wiki/Turbojet#Net_thrust

Así que hay realmente un montón de parámetros. ¿Cuáles de ellos se supone que se mantienen constantes en el diagrama correcto y cuáles están cambiando? Sin esa información, el diagrama parece no tener sentido para mí. Para mi ingenua opinión, un cambio de empuje se controla cambiando la palanca de empuje y, por lo tanto, cambiando el contenido de combustible dentro de la cámara de combustión. Digamos que la palanca está al máximo o en una posición fija (lo que sea que esto signifique). Luego, mientras aumenta la velocidad, el factor v gramo a s v a se hace más pequeño, suponiendo que la velocidad de salida es constante.

Entonces, para tener el mismo empuje, hay tres posibilidades:

  • aumenta la velocidad de salida
  • aumenta la corriente masiva
  • ambos aumentan

Puedo imaginar que la corriente de masa aumenta "de alguna manera" con la velocidad del aire (manteniendo constante la inyección de combustible), por lo que podría haber alguna cancelación del factor de velocidad. .Pero, ¿es esta toda la historia? ¿Por qué se cancela por completo?

Al escribir esta pregunta surge otra pregunta:

Considerando un motor ideal sin pérdidas, la potencia total es

PAG t o t = 1 2 metro ˙ ( v gramo a s 2 v a 2 ) = 1 2 metro ˙ ( v gramo a s v a ) ( v gramo a s + v a ) = F t 2 ( v gramo a s + v a )

Digamos que la palanca de potencia está en una posición fija. ¿Es esta posición un indicador de la potencia total del motor? En otras palabras: ¿la potencia total al motor es constante cuando la palanca está en una posición fija? Pregunto, porque al suponer un empuje constante, esta fórmula significaría que la potencia total (así como la potencia de propulsión) también debe aumentar, porque a mayor TAS del avión, la velocidad de salida del gas (hasta donde yo lo entiendo) aumentaría en lugar de disminuir. Entonces, ¿qué sucede cuando la palanca de empuje está en una posición fija? ¿Será que hay un gobernador detrás, tomando el control de empuje? En este caso, la imagen de la derecha no tiene ningún significado, porque mientras aumenta TAS, el gobernador inyecta automáticamente más combustible.

Hay tantas preguntas y, de hecho, ninguna comprensión de nada...

El flujo de masa y la velocidad de salida que aumentan con la velocidad del aire tienen sentido para mí.
si, es exactamente lo que estoy pidiendo.

Respuestas (1)

Hay varios efectos que en combinación hacen que el empuje constante sea una buena aproximación a una velocidad subsónica.

El empuje se crea acelerando una masa de trabajo en dirección opuesta. El empuje neto es la diferencia entre el impulso del aire que fluye hacia el motor y el impulso combinado del combustible quemado y el aire que sale del motor (y la hélice, si la hay), derivada después del tiempo. Dado que ese impulso es el producto de la masa y la velocidad, puede acelerar una gran masa por una pequeña diferencia de velocidad, como lo hace una hélice, o una pequeña masa por una gran diferencia de velocidad, como lo hace un turborreactor.

Cuando se vuela más rápido, el impulso de entrada de una hélice crece rápidamente en relación con el impulso de salida, por lo que el empuje disminuye con la inversa de la velocidad . Por otro lado, la alta velocidad de salida de un turborreactor produce solo un pequeño aumento del impulso de entrada en relación con el impulso de salida mientras aumenta la velocidad.

Pero si eso fuera todo, incluso el empuje de un motor turborreactor disminuiría cuando aumenta la velocidad. Pero hay un segundo efecto que ayuda a que el empuje crezca con la velocidad. Con el cuadrado de la velocidad, para ser precisos. Ese es el efecto ram que ayuda a precomprimir el aire que ingresa al motor. A velocidades subsónicas, esto casi compensa la pérdida de empuje: a baja velocidad, el impulso de entrada creciente hace que el empuje caiga un poco, pero a velocidades subsónicas más altas, el efecto del ariete se vuelve más grande y aumenta el empuje nuevamente, de modo que un empuje constante se convierte en un buen aproximación. Sin embargo, a velocidad supersónica , el efecto del ariete se vuelve dominante y el empuje crece con la velocidad al cuadrado, hasta que la presión interna absoluta se vuelve demasiado alta, por lo que se debe acelerar el motor (o la aeronave necesita volar más alto).) o las pérdidas por impacto en la admisión se vuelven demasiado grandes y el empuje vuelve a caer.