¿Cómo se mide el empuje del motor en vuelo?

Cuando los motores de aeronaves se evalúan en un vuelo de prueba, ¿cómo se mide el empuje del motor?

Necesitaría números de empuje precisos para calcular el consumo de combustible específico del mundo real (es decir, no en un entorno controlado como un motor en un banco de pruebas).

Supongo que es casi imposible medir el empuje indirectamente con precisión, ya que hay muchos factores involucrados (forma del ala, viento, densidad del aire, sustentación, ...).

Así que supongo que debería haber una forma de medir el empuje directamente , probablemente en el pilón del motor.

Entonces, ¿cómo se mide el empuje del motor en vuelo?

El consumo específico de combustible es propiedad del conjunto del motor (y de la hélice, si corresponde) únicamente. ¡Esos se pueden poner en un túnel de viento o en una plataforma de prueba!
Mi pregunta se refería a las circunstancias específicas de un vuelo de prueba real, incluido el viento, la temperatura, la presión del aire, la humedad, ...
No creo que sea realmente un valor interesante. Necesita conocer el consumo a una velocidad dada en condiciones dadas, que se pueden medir directamente y el empuje es un valor intermedio en su mayoría irrelevante en ese punto. En realidad, solo es útil para comparar el rendimiento del motor al elegir el motor para un avión y, para ese propósito, la medición en un banco de pruebas es bastante buena.
Aún necesitaría medir el empuje para detectar anomalías. Si su motor usa la cantidad correcta de combustible pero produce menos empuje de lo esperado, esa es una situación muy peligrosa.
No está claro si su pregunta solo aborda el motor basado en turbina (trubojet, turbofan, ...) o también incluye otros motores (pistón, eléctrico, cohete, ...)
@florisla: si no se cumple la velocidad aérea "normal" para una configuración de aceleración y una tasa de consumo de combustible determinadas, eso es una anomalía. Una velocidad aerodinámica dada es muy simple, la velocidad a la que el empuje es cancelado por la resistencia, por lo que es un indicador tan bueno como cualquiera de un problema potencial.
@KeithS Pero aún no sabe si la anomalía es causada por un arrastre anormal o por un empuje anormal.

Respuestas (4)

VectorVictor da la respuesta correcta para jets.

Sin embargo, para los aviones de hélice esto es realmente difícil y, al final, solo se puede medir la diferencia entre la resistencia y el empuje. Al medir la potencia de frenado del motor estático y la resistencia del avión en un túnel de viento, se pueden adquirir algunos puntos de datos que ayudan a calcular cuál podría haber sido el empuje real en vuelo.

Tienes razón, al final es imposible producir una medida precisa de empuje. La parte más importante de la medición es en realidad una definición precisa de lo que es el empuje: ¿Cómo se explica el aumento de la fricción en la estela de la hélice? ¿La resistencia al enfriamiento es parte de la resistencia del fuselaje o debería reducir el empuje? Medir el empuje es ante todo un ejercicio de contabilidad precisa y meticulosa.

El empuje del motor se mide en vuelo por EPR - Relación de presión del motor.

EPR es la relación entre la presión de escape de la turbina dividida por la presión medida en el ventilador o en la entrada. De hecho, esta es la medida utilizada para una serie de motores para establecer el empuje.

Durante el desarrollo se realizan pruebas más detalladas de los motores en el aire, la mayoría de los fabricantes tienen bancos de pruebas en el aire. Los parámetros registrados aquí probablemente miden cientos o incluso miles...

Rolls Royce B747 Testbed - imagen de Flight Global

No todos los aviones tienen EPR. Por ejemplo, mis motores a reacción solo tienen N1%, N2% e ITT (bueno, y flujo de combustible, presión/temperatura del aceite, medidores de vibración, etc. también)....
Claro, pero EPR es lo más parecido a una medida de empuje en el aire, mientras que N1 es más una medida de conjunto de potencia (porcentaje de velocidad del ventilador).
Absolutamente, pero su respuesta no aborda cómo se mide el empuje en un avión sin indicadores EPR...
Supongo que no es directamente. Es lo mismo que la respuesta de Peter sobre los motores de pistón. Mientras que en aviones de pistón, generalmente establece RPM o presión del colector. En los aviones a reacción, establecer un porcentaje N1 es establecer un porcentaje del empuje disponible, aunque predeterminado y no medido "en vivo".

Para plataformas simples, se pueden conectar celdas de carga entre el sistema de propulsión y la estructura del avión. Esto permite medir la fuerza de propulsión.

Estos datos de fuerza excluyen los efectos de integración aerodinámica, tales como:

  • efectos de la corriente de la hélice para aeronaves con punta de morro y bloqueo del fuselaje para aeronaves con punta trasera
  • arrastre de enfriamiento del motor (que es una propiedad aerodinámica de la integración particular del motor/propulsión)
  • aire acelerado sobre la estructura del avión (motores a reacción en el cuerpo o aviones de hélice)

Este no es un requisito absoluto para evaluar el rendimiento de un motor. Especialmente, si la aeronave puede volar con otro motor o si las características de resistencia aerodinámica de la aeronave se conocen por algún método válido, en lugar de una medición directa, se pueden realizar cálculos indirectos. Por ejemplo,

  • para velocidad constante y vuelo nivelado, empuje = arrastre
  • para vuelo nivelado acelerado F_net=Masa * aceleración, etc.

El empuje de un motor nuevo o reacondicionado en el banco de pruebas de un fabricante se mide con una celda de carga o un medidor de empuje a RPM, TGT (temperatura de gas de turbina), flujo de combustible y EPR (relación de presión del motor) dados.

Cuando el motor certificado está instalado en la estructura del avión y en tierra, después de tener en cuenta las condiciones atmosféricas locales, las pérdidas en las tuberías de admisión y chorro, el EPR máximo, o empuje, y el TGT y los flujos de combustible se pueden cotejar.

En un vuelo de prueba, dados los factores de corrección de altitud y velocidad, etc., contra los parámetros conocidos de EPR, TGT, RPM y flujo de combustible, se puede ver que el motor está dando el rendimiento requerido. Si los parámetros del motor son correctos pero el rendimiento de la aeronave (es decir, la velocidad y la velocidad de ascenso) son bajos, entonces sospeche que el peso y/o la resistencia del avión (flaps, puertas, paneles, etc. mal ajuste) son los posibles culpables. No es justo esperar que un motor empuje un avión pesado y sucio por esa gran colina en un día caluroso, ¿verdad?

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