¿Cuál es la diferencia entre los motores turborreactores y turboventiladores?

Los turborreactores y los turboventiladores son muy similares:

• ambos son motores de turbina;
• ambos crean empuje a partir del escape del chorro;
• y ambos tienen un implemento giratorio al frente que puede llamarse ventilador. Aunque en el caso del turborreactor, no se llama ventilador sino primera etapa del compresor.

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Entonces cuál es la diferencia? Hay cinco tipos de motores de turbina, llamados así por su principal medio de generar empuje:

1. Turborreactores. El primer tipo de motor a reacción utilizado en el Messerschmitt 262: un compresor, una cámara de combustión y una turbina. La turbina extrae suficiente potencia de los gases de combustión para accionar el compresor. Todo el aire fluye a través del propio motor y el empuje lo genera únicamente el flujo de escape. Relación de derivación cero.
2. Motores de turbina de derivación baja. Una descripción un poco larga, no pegadiza. Parte del flujo de aire pasa por alto el motor principal y es comprimido por la primera etapa del compresor que tiene un diámetro mayor que el tubo del motor principal. La turbina impulsa el compresor y el ventilador (derivación baja), el flujo de escape de la turbina aún genera una proporción considerable del empuje, inversamente proporcional a la relación de derivación, que es 0 < BPR < aproximadamente 2.
3. Turboventiladores. Igual que el anterior, llamado así por la gran primera etapa visible en forma de abanico. Estos motores son turbinas de alto bypass, 5 < BPR < 15 y cada vez mayores.
4. Turbohélices. La principal fuente de empuje es una hélice, que tiene menos palas y más largas que un ventilador para limitar las penalizaciones por arrastre. La turbina impulsa el compresor y la hélice, todavía se utiliza parte del flujo de escape para generar empuje; de ​​acuerdo con la sección 4.3.5 de Torenbeek, alrededor del 5 al 10% del empuje es generado por el escape. El BPR de aire a través de la hélice/aire a través del motor es de aproximadamente 50.
5. Turboeje. La principal fuente de empuje es el rotor de un helicóptero u otro dispositivo que requiera torsión, como un generador eléctrico en una APU. Toda la potencia neta de la turbina se aplica al eje de transmisión, sin empuje práctico del flujo de escape.

Los cinco tipos utilizan gradualmente el flujo de aire de derivación para generar empuje. El aumento del aire de derivación permite acelerar una mayor masa de aire a una velocidad más baja, generando el empuje requerido con una mayor eficiencia. Pero el volumen de aire de derivación es inversamente proporcional a la velocidad del aire: cuanto más rápido sea el avión, menor será la cantidad de aire de derivación que se puede utilizar. A velocidades supersónicas, el aire de derivación es muy problemático para la generación de empuje.

La siguiente imagen muestra el motor Olympus utilizado para propulsar el Concorde, un turborreactor puro de 2 ejes y 7 etapas compresoras por eje.

El GE CF6 con BPR de aproximadamente 5 que se muestra a continuación se usó para B747, A300 y DC10, y es un turboventilador: la primera etapa del compresor sobresale sobre las etapas restantes y evita la mayor parte del flujo de entrada de aire fuera del motor turborreactor principal. . Este aire de derivación es la principal característica distintiva entre turborreactores y turboventiladores. Visualmente, el gran abanico es muy distinguible, por supuesto.

En un turborreactor , todo el aire pasa por el propio motor, por la cámara de combustión y por todas las etapas de compresor y álabes de la turbina de postcombustión.

En un ventilador turbo , parte del aire es simplemente empujado por un ventilador alrededor del resto del motor . Este es el " bypass ". Como señala Harper, no es fundamentalmente diferente de un turbopropulsor o extraer otro trabajo mecánico de un motor de turbina haciendo que el escape haga más trabajo girando un eje.

El turboventilador de derivación baja versus alta se trata de la cantidad de aire que circula por la cámara de combustión.

En un turboventilador de derivación alta , casi todo el empuje proviene del ventilador, con turboejes que extraen casi todo el trabajo del escape del chorro para impulsar el ventilador. El empuje de los productos de combustión calientes que salen por la parte trasera es menor.

En un turboventilador de derivación baja , una buena fracción del empuje aún proviene de la parte del jet, por lo que está a medio camino entre un turborreactor puro y un turboventilador de derivación alta moderno. Mejor para velocidades más altas y una respuesta más rápida del acelerador sin un gran ventilador para enrollar.

Un turboventilador de derivación muy baja como 0.3: 1 se usa en el caza supersónico Gripen como " un ajuste de eficiencia " según @J ... Esto es técnicamente un turboventilador pero en cuanto al rendimiento es muy parecido a un turborreactor , solo que más eficiente en combustible a velocidades y empujes más bajos. El F-16 utiliza un turboventilador con un bypass de 0,71:1 . Estos motores pueden usar un dispositivo de poscombustión para aumentar aún más la parte del chorro de su empuje.

Los primeros aviones de combate a menudo usaban turborreactores puros, pero los F-14, F-15, F-16 y otros aviones de combate en esas épocas y más recientes usan turboventiladores de derivación muy baja.

Otras respuestas entran en más detalles y comparaciones, pero recuerde que la diferencia clave es que un turborreactor tiene derivación cero.

yo se que los dos tienen un fan

No, como señalan los comentarios sobre la pregunta, un turborreactor no tiene ventilador .

Filosofías de diseño completamente diferentes

Ambos son motores de turbina, y ahí es donde termina la similitud.

En un turborreactor , el paquete compresor-quemador-turbina está optimizado para generar empuje .

Un motor turboventilador es un tipo de motor turboeje . Estos usan un núcleo de turbina de compresor-quemador, pero usan un conjunto secundario de palas de turbina para convertir su empuje en rotación del eje . Por lo general, esto se encuentra en un eje separado que gira a su propia velocidad. La rotación del eje se utiliza en una gran variedad de aplicaciones, en gran parte para reemplazar motores de pistón:

• Generadores giratorios en plantas de energía (¡o APU de aviones!)
• Girar rotores de helicópteros
• Bombas de accionamiento
• Impulsar tornillos navales (hélices de agua)
• Tornillos de aire giratorios (hélices de avión; esto se llama motor turbohélice )
• Ventiladores giratorios
• Haz girar un gigantesco ventilador con conductos de gran tamaño. Esto se llama motor "turbofan", y esto es lo que está preguntando.

Pero todos estos son lo mismo, en realidad: un motor de eje turbo que impulsa rotativamente algún tipo de generador de empuje. (en la instancia superior, empuje de electrones, pero no entremos en objeciones).

El mero hecho de que la rotación del eje provenga de un motor compresor-quemador-turbina es mera coincidencia. Sería perfectamente posible tener un motor diésel que haga girar un ventilador con conductos, si pudiera obtener un diésel compacto y lo suficientemente potente.

¿Consíguelo? El ventilador con conductos puede tener un parecido cosmético con la admisión de un motor turborreactor, pero simplemente se usa porque es el mejor "soporte/ventilador" para el trabajo. Si los turbohélices o los ventiladores reales fueran más eficientes, se usarían en su lugar.

Por supuesto, la etapa de turbina secundaria podría hacerse intencionalmente menos eficiente para que no convierta todo el empuje en rotación del eje. En ese caso, todavía se produciría algo de empuje en forma de turborreactor . Eso es en realidad una "perilla" que el diseñador del motor puede girar. En los helicópteros, lo fijan hasta el "eje", y se ve dónde muchos helicópteros doblan 60 grados el escape de la turbina. Un generador estacionario tampoco tiene ningún uso para el empuje, excepto para hacer que la columna de escape se mueva. Para la mayoría de los turboventiladores civiles, es intrascendente; los inversores de empuje ni siquiera se molestan en invertir el empuje del chorro y solo invierten el empuje del ventilador.

Después de leer todas las respuestas, sentí que ninguna de ellas realmente explicaba la respuesta de una manera comprensible para un laico, por lo que intentaré hacerlo.

En primer lugar, ambos tipos de motores quemarán combustible para generar energía, que finalmente se utiliza para acelerar una corriente de aire hacia la parte trasera de la aeronave para generar empuje. Difieren en el método por el cual aceleran esa corriente de aire. La tercera ley de Newton (más o menos) establece que para cada acción hay una reacción igual y opuesta, es decir, si el motor empuja el aire hacia atrás, el motor (y el avión al que está conectado) debe acelerar hacia adelante. Esto es lo que significa la palabra empuje. Tenga en cuenta también que el combustible necesita un oxidante para quemarse y que el oxígeno proviene del aire.

Turboventilador

Un turboventilador es similar al clásico e intuitivo motor de hélice. Las aspas del ventilador empujan el aire tal como lo hace un ventilador en su casa, y la carcasa del motor dirige esa corriente de aire hacia atrás. Parte del aire también debe ingresar al núcleo del motor para oxidar el combustible a fin de generar la energía que impulsa el eje de la hélice, pero la mayor parte va alrededor del núcleo y sale por la parte trasera. En esencia, las aspas del ventilador están "empujando" el aire, como si usted se empujara contra la pared de una piscina para acelerar su cuerpo a través del agua (o mejor, tal como remar en el agua lo empuja hacia adelante mientras empuja el agua). hacia atrás). Tenga en cuenta que el escape del motor aquí no juega un papel directo en la generación de empuje, el empuje proviene de las grandes aspas del ventilador que empujan el aire hacia atrás.

Como analogía, considere un automóvil: el combustible se quema en el motor mezclándolo con oxígeno del aire (a menudo usando un turbocompresor que comprime el aire para quemar el combustible más rápido, que también usa el motor turboventilador ); la quema de combustible empuja los pistones que luego hacen girar el eje de transmisión (hélice); el eje de transmisión (hélice) luego hace girar las ruedas (las aspas del ventilador) que empujan el pavimento (aire alrededor de las aspas del ventilador) para empujar el automóvil (avión) hacia adelante. Tenga en cuenta nuevamente que el escape de su automóvil no juega un papel directo en empujar el automóvil hacia adelante, es solo el subproducto de la quema de combustible.

Turborreactor

Un turborreactor, por otro lado, es exactamente como su nombre lo indica, un jet. Dirige todo el aire hacia el núcleo del motor, lo mezcla con combustible y lo comprime para lograr altas temperaturas y un gran gradiente de presión, acelerando rápidamente el aire y disparándolo por la espalda como un cohete. La física es similar a cubrir el extremo de una manguera de jardín con el pulgar para aumentar la velocidad del chorro de agua. En este caso, sin embargo, también lo estás mezclando con combustible para elevar su temperatura y aumentar aún más la velocidad. Luego se crea el empuje expulsando hacia atrás el escape de alta temperatura y alta velocidad del motor, que es similar a la forma en que funciona un cohete. La diferencia es que un turborreactor usa aire comprimido como oxidante mientras que un cohete tiene que llevar su propio oxidante (¡ya que no hay aire en el espacio!). Tenga en cuenta que el motor todavía tiene aspas de ventilador que se necesitan para empujar el aire hacia atrás y comprimirlo. Compare esto con un estatorreactor, que es un motor que funciona con el mismo principio pero solo funciona a una velocidad extremadamente alta donde la pura presión del aire entrante es suficiente para hacer funcionar el motor sin la ayuda de ventiladores. En cualquier caso, la palabra "chorro" implica que el empuje es generado por una corriente de escape de alta velocidad dirigida hacia la parte trasera del motor, es decir, el escape juega el papel principal de lo que se expulsa para generar empuje.

En caso de que no quede claro, el prefijo "turbo" se refiere a la etapa de compresión. El aire comprimido tiene una mayor densidad de oxígeno y quemará el combustible más rápido y más completamente que el aire sin comprimir. A gran altura, la compresión es necesaria ya que allí la densidad del aire es muy baja.

Esto es

Una explicación más condensada de todo lo anterior utilizando la analogía del motor de combustión interna con un turbocompresor. En el motor de combustión interna, el turbocompresor comprime el aire, que luego se mezcla con combustible y se inyecta en la cámara de combustión. El pistón comprime aún más la mezcla y luego se enciende. La ignición del combustible hace que el gas se caliente y se expanda rápidamente, y esa presión se usa para empujar el pistón hacia atrás, lo que hace girar el cigüeñal y, por lo tanto, hace girar la rueda.

Ahora al turboventilador y turborreactor. Ambos motores tienen un núcleo que comprime el aire entrante, lo mezcla con combustible y lo quema. La diferencia es que un turboventilador utiliza la presión resultante del gas en expansión para hacer girar un cigüeñal que hace girar las grandes aspas del ventilador para generar empuje. Un turborreactor, en lugar de usar la presión para hacer girar un cigüeñal, simplemente le permite escapar por la parte trasera del motor, generando así un empuje hacia adelante.

Esperemos que esto aclare algunas de las otras respuestas.

Una turbina de combustión consta de una etapa de compresor, una etapa de combustión y una etapa de turbina de gas. Tanto las etapas del compresor como las de la turbina constan de juegos de palas de rotor y estator, y los rotores están conectados a través de un eje, de modo que parte del trabajo que genera la turbina se puede usar para comprimir el aire de admisión. La salida de la etapa de la turbina es un chorro de alta velocidad de una mezcla de productos de quema de combustible y aire caliente (lo que resulta en un empuje de escape) y un eje giratorio (torque portador). Todos los motores de turbina comparten esta base.

Las diferencias entre los motores son sus optimizaciones y, por lo tanto, los diseños. Los motores turborreactores están optimizados para un empuje de escape máximo y un par mínimo, lo que garantiza un funcionamiento óptimo del motor.

El turbohélice , el turboventilador y otros turbomotores están optimizados para producir el par máximo en el eje y el empuje del escape es de menor interés aquí. La hélice produce entonces el empuje principal de todo el motor. Los motores de turboventilador pueden considerarse motores de hélice avanzados porque optimizan el flujo de aire a través de la derivación, lo que da como resultado menores pérdidas causadas por el aire que escapa de la sección transversal de la hélice. Y la hélice se llama abanico porque hay que distinguir los diseños, ¿no?

• Turbo jet : estrecho, largo, optimizado para el empuje generado por un jet. Utilizado principalmente en aviones de combate y montado en el casco.
• Ventilador turbo : ancho, corto, optimizado para el empuje generado por la hélice. Utilizado en aviones y bombarderos. Montado en alas o montado fuera del cuerpo.

Como puede ver en las imágenes de Kyovis, al mirar la parte delantera del motor, lo que puede ver en el motor Turbo jet son las palas de la primera etapa del compresor. En el motor Turboventilador se pueden ver las palas de la hélice -aquí llamado ventilador-, las palas del compresor son mucho más pequeñas y están escondidas detrás de la gran hélice.

En otras palabras, los motores consisten en palas, eje(s) y carcasas (despreciando el suministro de combustible y los controladores). Las cuchillas son:

• palas del rotor del compresor: su propósito es comprimir el aire entrante a presiones y temperaturas óptimas para la combustión,
• palas del estator del compresor: su propósito es optimizar el flujo de aire a través del compresor aumentando su eficiencia,
• palas del rotor de la turbina - su propósito es convertir la energía térmica de los gases de escape en trabajo mecánico como el par en el eje,
• palas del estator de la turbina - su propósito es optimizar el flujo de aire a través de la turbina,
• palas de la hélice: su propósito es convertir el par del eje en empuje. Presente solo en motores Turbo prop ,
• Aspas del ventilador: igual que las aspas de la hélice, pero encerradas en un canal de derivación. Presente solo en motores Turbo fan .

Lo haré muy simple

Los motores Turbofan tienen un núcleo y un conducto de derivación. El 83% del empuje lo produce el aire de derivación, mientras que el otro 17% lo produce el núcleo. El aire de derivación es simplemente aire frío que es impulsado hacia atrás por los enormes ventiladores en la parte delantera del motor. El resto del aire ingresa al núcleo donde pasa a través de los compresores, la cámara de combustión y sale por el escape con un empuje que produce alta velocidad.

Turbojet es básicamente un turboventilador SIN CONDUCTO DE DERIVACIÓN . La única fuente de empuje es el núcleo. ¡Eso es todo! Te proporcionaré 2 imágenes a continuación para que puedas entender mejor.

Los ventiladores al 100%, como la mayoría de los grandes transportes de pasajeros, convierten la mayor cantidad de calor posible en energía mecánica para hacer girar el ventilador que empuja el avión. La mejor conversión de energía con el ruido más bajo. Los turborreactores convierten el calor en escape de alta presión para producir un empuje de reacción como un cohete que permite a los aviones de combate romper la barrera del sonido. No tan buena eficiencia térmica y muy ruidosa. Los motores de fines de la década de 1960 comenzaron a desviar parte del aire de admisión más allá de la parte del motor que produce energía para mezclarlo con el gas caliente en el tubo de escape proveniente del generador de energía central para crear la expansión del enfriador al pasar el aire y, por lo tanto, aumentar la eficiencia térmica. Esos son realmente los 3 tipos de motores a reacción. Alta presión caliente para empuje supersónico de peso ligero puro. (cambio de presión 20:1), Chorro de derivación alto para alguna reacción pero con una opción de cruze eficiente (8: 1) diferencia de presión = prácticamente todos los aviones de combate polivalentes modernos. Conversión mecánica total (cambio de presión de 1,75:1) = prácticamente todos los aviones de pasajeros modernos.

El motor turborreactor desarrolla la mayor parte del empuje en la tobera de escape.

El motor turboventilador desarrolla la mayor parte del empuje en el ventilador.

Ningún motor desarrolla todo el empuje en el escape o en el ventilador. Hay un equilibrio entre los dos componentes.

La excepción la constituye el eje del turbo donde la turbina absorbe toda la potencia de los gases de escape para accionar el eje. Tanto los turbopropulsores de aviones como los de helicópteros no producen empuje en el escape. Los motores de eje turbo también se utilizan en aplicaciones terrestres (impulsores de potencia) y aplicaciones navales para uso militar debido a su enorme potencia específica (relación potencia/peso).

Nota: el nombre eje turbo se relaciona con el motor al especificar que la potencia está en el eje. El nombre turbohélice se refiere al motor turboeje más el conjunto de la hélice.