los motores de aviación tipo turbofan
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8/11/2019 Los Motores de Aviación Tipo Turbofan
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Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
Unidad Ticomàn
In eniería en aeronáutica
Alumnos:
*
*
*Pérez Sandoval Jesús
Grupo: 4av1
Materia: sistemas propulsivos
Profesor: cruz Osorio adolfo
Trabajo: Motor Turbo Hélice :Turbina de potencia libre 2 ejes
Fecha de entrega: 11 de noviembre del 2013
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Los motores de aviación tipo turbofan, son una generación de motores a reacción
que reemplazó a los motores turbojet. Caracterizados por disponer un ventilador o
fan en la parte frontal del motor, el aire entrante se divide en dos caminos: aire de
bypass o secundario y aire primario.
Tienen varias ventajas: consumen menos combustible, lo que los hace más
económicos, producen menor contaminación y reducen el ruido ambiental.
Suele interesar mantener grados de bypass altos ya que disminuyen el ruido, la
contaminación, el consumo especifico de combustible y aumenta el rendimiento.Sin embargo, un aumento en el bypass reduce el empuje específico a velocidades
cercanas o superiores a las del sonido, por lo que para aeronaves militares
supersónicas se utilizan motores turbofan de bajo bypass.
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Turbofan de bajo índice de derivación:
El turbofan de bajo índice de derivación es un tipo de motor empleado
principalmente en aviación de combate dada su buena relación potencia/peso y su
gran comportamiento a velocidades supersónicas. La configuración habitual es de
más de una corona de álabes del compresor funcionando como ventilador. Posee
entre uno y tres ventiladores en la parte frontal que producen parte del empuje de
la aeronave. Su índice de bypass (desviación del flujo secundario de fluido) tiene
un valor entre el diez y sesenta y cinco por ciento del flujo primario, que es igual al
cociente entre las áreas de paso. Es normal que exista un carenado a lo largo detodo el conducto del flujo secundario hasta la tobera del motor. En la actualidad se
utilizan mucho en aviación militar y en algunas aeronaves comerciales como el
A340, el MD 83 y el Fokker 100.
Este tipo de turbofan permite el empleo de quemadores de postcombustión que
proporcionan un mayor empuje repercutiendo ésto en una pérdida de rendimiento
térmico y propulsivo. El quemador se sitúa después de la turbina y antes de la
tobera por lo que se produce un incremento de presión a la descarga de la turbina
que lo que implica un mayor consumo. Es por ello que estos motores disponen de
toberas que varían su sección en función del aporte extra de combustible. Dado su
alto consumo este sistema se utiliza cuando se requiere un alto empuje como
puede ser el despegue desde una pista corta o en situaciones de combate.
Con tal de demostrar el sentido de la variación morfológica de éstos motores se
recurre a las ecuaciones que gobiernan el rendimiento propulsivo y el empuje.
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En los turbofanes se mezclan el flujo de aire y de gases en la tobera para ser
descargados a la atmósfera, al hacerlo la velocidad de salida de gases disminuye,
aumentando el rendimiento propulsivo del motor. De manera que, en el caso de un
turbofan de alto índice de derivación el rendimiento será mayor y el empuje
específico menor requiriendo así una gran sección de entrada de arie.
Sin embargo, en los turbofanes de bajo índice de derivación la mezcla de gases
será más pobre y la velocidad de salida de la tobera mayor. Al emplear una
postcombustión esta diferencia aumentará contribuyendo a una mayor caída del
rendimiento pero a un aumento del empuje. Cabe destacar que en el caso de laaviación militar el rendimiento es igualmente importante, no tanto por el
presupuesto sino por una reducción del consumo específico que redunda en una
reducción de espacio y peso de tanques permitiendo dotar a la aeronave de otros
equipos.
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CARACTERISTICAS PRINCIPALES DE UN TURBOFAN LOW BYPASS.
Hélice: situada al frente del motor (también puede colocarse en la parte trasera).
La propulsión comienza aquí. A través de él, circula el flujo de aire que se divideen dos corrientes: la principal o bypass air que es mayor a un 65% del total para
los motores turbofan de alto bypass y es entre el 10% y 65% para los
motores turbofan de bajobypass. La corriente secundaria llamada primary air , que
se trata del porcentaje restante representa la cantidad de aire que entra a los
compresores y a la cámara de combustión. Normalmente se consideran los
motores turbofan más eficientes a medida que poseen un mayor gradode bypass, llegando este de ser hasta del 95% en algunos motores de ultima
generación. Aunque tiene muchas ventajas como una disminución el el ruido, la
contaminación, el consumo especifico de combustible y el rendimiento; un
aumento en el bypass reduce el empuje especifico a velocidades cercanas o
superiores a las del sonido, por lo que para aeronaves militares supersónicas seutilizan motores turbofan de bajo bypass aunque actualmente todavía quedan
muchos casos de aeronaves comerciales utilizando motores de bajo bypass (como
el JT8D)
Compresores: el flujo de aire secundario pasa a través de diversas etapas de
compresores que giran en el mismo sentido de la turbina. Comúnmente se
disponen compresores de alta y de baja presión en distintos ejes. A través de
estos compresores se consigue un aumento significativo de la presión y la
temperatura del aire.
Cámara de combustión: una vez realizada la etapa de compresión, el aire sale
con una presión treinta veces superior de la que tenía en la entrada y a una
temperatura próxima a los 600 ºC. Se hace pasar este aire a la cámara decombustión, donde se mezcla con el combustible y se quema la mezcla,
alcanzándose una temperatura superior a los 1100 ºC.
Turbinas: el aire caliente que sale de la cámara, pasa a través de los álabes de
varias turbinas, haciendo girar diversos ejes. En los motores turbofan debajo bypass se mueven con un mismo eje, el compresor de baja presión junto con
el fan; mientras que para los turbofan de alto bypass se posee un eje para cada
componente (fan, compresor de baja presión y compresor de alta presión).
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Escape: una vez el aire caliente ha pasado a través de las turbinas, es expulsadoa través del escape en la parte posterior del motor. Las estrechas paredes de este
escape fuerzan al aire a acelerarse. El peso del aire, combinado con esta
aceleración produce parte del empuje total del motor dependiendo que tipo
de turbofan, analizándose como regla general el hecho de que un aumento enel bypass trae como consecuencia una menor participación de la tobera de escape
en el empuje total del motor
MOTORES CON LOW BYPASSPratt & Whitney JT8D
El Pratt & Whitney JT8D es un motor a reacción turbofán de baja relación de flujo
(0.96 a 1), introducido por Pratt & Whitney en febrero de 1964 con el vuelo
inaugural del Boeing 727. La familia de motores JT8D comprende ocho modelos
estándar, cubriendo el rango de potencia desde 12.250 a 17.400 libras de empuje
unitario (62 a 77 kN) y motoriza a los aviones 727, 737-100/200, y DC-9. Más de
14.000 motores JT8D han sido construidos, totalizando más de 1,500 millones dehoras de servicio con más de 350 operadores haciendo de este uno de los
motores de baja relación de flujo más populares jamás producidos.
Especificaciones (JT8D-200)
Tipo: Turbofán de bajo índice de derivación.
Largo: 3048mm - 3914mm
Diámetro: 1250mm
Peso en vacío: Desde 1454.5kg (JT8D) a 2154.5kg (JT8D-219)
Componentes
Compresor: Flujo axial de 13 etapas: 2 etapas de ventilador, 6 etapas de
compresor de Baja Presión (LPC) -que incluye las dos primeras del ventilador, y 7
etapas del compresor de Alta Presión (HPC)
Incineradores: Nueve cámaras de combustión anulares
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Turbina: 3 etapas
Rendimiento
Empuje máximo: 21.700 lbf / 96.5kN (JT8D-219)
Relación de presión general: 16:01
Relación empuje-peso: Cerca de 4.8
ROLLS ROYCE TRENT 500
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General characteristics
Type: Three-shaft high bypass ratio turbofan engine
Length: 155 in (3.9 m)
Diameter: 97.4 in (2.5 m)
Dry weight: 10660 lb (4835 kg)
Components
Compressor: Single-stage fan, eight-stage intermediate pressure compressor,
six-stage high pressure compressor
Combustors: Tiled annular combustor with 20 fuel injectors
Turbine: Single-stage high pressure turbine, single-stage intermediate
pressure turbine, five-stage low pressure turbine
Performance
Maximum thrust: 56000 lbf (249 kN)
Overall pressure ratio: 36.3:1
Bypass ratio: 7.6:1
Specific fuel consumption: 0.54 lb/lbf-hr (at cruise)
Thrust-to-weight ratio: 5.25:1