Actuaciones Reactores Modo de Compatibilidad

29/05/2009 Actuaciones de Aerorreactores 1

Actuaciones de Aerorreactores

Curso de MOTORES DE REACCIÓN Y TURBINAS DE GAS


Curso 4º; Cuatrimestre 2º

José L. Montañés

Introducción• Se entiende por actuaciones el comportamiento de un motor particular dentro de su

envuelta de vuelo y bajo toda condición de funcionamiento que permitan susenvuelta de vuelo y bajo toda condición de funcionamiento que permitan sus controles.

• Las principales características que definen las actuaciones de un aerorreactor son: el• Las principales características que definen las actuaciones de un aerorreactor son: el empuje, E, el gasto de aire, G, el consumo de combustible, c, y las características de calidad asociadas: el consumo específico, CE, el impulso específico, Isp, y la relación combustible/aire f.combustible/aire, f.

• Por consiguiente, las actuaciones del aerorreactor son las definidas por las características antes citadas en función de las condiciones de vuelo, y de los parámetros , y pde control o posicionamiento de los controles según unas leyes de control.

• Leyes de control son aquellas funciones que definen el posicionamiento de los y q q pcontroles para obtener un funcionamiento dado del motor en función de las condiciones de vuelo y de cualquier otra consideración que se estime oportuna bien para salvaguardar la seguridad y estabilidad de funcionamiento del sistema bien para


garantizar un funcionamiento óptimo de cualquier tipo.

Condición de Diseño: Características de Diseño: Modelo deV0, a(T0,P0), N c, cc, i, T4t, As Diseño

Cambio en Condiciones de Vuelo:V0’, a’(T0’,P0’) + Comportamiento

+ Leyes de Control

Cambio en Funcionamiento:E’ o N’

+ Modelo de Actuaciones

Cambios en las Características:c’, cc’, i’, T4t’

Cambio de Actuaciones:E’, G’, c’, CE’, Isp’


C C t í tiCurvas Características• Son las relaciones funcionales que dan las actuaciones del sistema:

• E, G, c, CE, Isp = i (T0, P0, V0, R, Cp, , D, diseño, controles)

• Aplicando el teorema o de Vaschy-Buckingham, se pasa a las siguientes variables adimensionales

E üï2

0

02

EPD

G RT

ïïïïïïïïïïï20

002

0 0 0 0

, , , ,i

P DRTcL V

diseño controlesP D RT RT PD

mj g

ïïïï æ öï ÷çï ÷= çý ÷ç ÷ï ÷çè øïïï

0

E

sp

C LRT

I

ïïïïïïïïïïï


0

p

RTïïïïþ

• Independientemente de los dispositivos variables que tenga el aerorreactor (tobera de salida variable difusor variable estátores variables ) en la practica el controlde salida variable, difusor variable, estátores variables...), en la practica, el control de la totalidad de los aerorreactores queda determinado por la posición de un único elemento sobre el que se actúa: la palanca, que determina lo que se conoce como régimen de motor (o punto de funcionamiento definido por una posición decomo régimen de motor (o punto de funcionamiento definido por una posición de la palanca), todos los demás dispositivos variables se posicionan como función de la posición de la palanca y de las condiciones de vuelo o de maniobra del avión.

• La ecuación que liga la posición de la palanca en función del régimen o requisito particular de funcionamiento del motor, así como las ecuaciones que ligan la posición de los sistemas variables se conoce como leyes de control y se establecenposición de los sistemas variables se conoce como leyes de control y se establecen como requisitos a cumplir en el funcionamiento del aerorreactor.

• Normalmente, como ha sido habitual, en las actuaciones de los componentes, seNormalmente, como ha sido habitual, en las actuaciones de los componentes, se utilizan variables y características (seudo-adimensionales) derivadas de las anteriores, pero sin las constantes. Para sistemas fijos el tamaño (D) también es una constante, así las leyes de control y las características y variables que se


, y y y qmanejan en las actuaciones de los aerorreactores son:

E P

G T0

0

P

c

NT

0

00

P TC

M gimenTT

E

it

t0 0 0

4

2

,Re , correcciones de Reynolds

TI

E

sp

0

.......

Tf

sp

0


f

Metodología de Cálculo• La metodología de síntesis consiste en obtener las actuaciones del

aerorreactor basándose en el conocimiento o comportamiento de susaerorreactor basándose en el conocimiento o comportamiento de sus componentes.

• Para ello, se parte de las curvas características de los componentes y se añaden , p p ylas ecuaciones de acoplamiento (o de compatibilidad) que son las que nos informan de que dichos componentes no están aislados, forman parte del sistema aerorreactor.

• Existen distintos tipos de ecuaciones de acoplamiento: unas describen que el gasto másico, que atraviesa los distintos componentes, es el mismo; otras deben reflejan el hecho de que las revoluciones del compresor y turbina deldeben reflejan el hecho de que las revoluciones del compresor y turbina del mismo eje son iguales; así como que, en estado estacionario y para cada eje, la potencia que suministra la turbina es igual a la que absorbe el correspondiente compresor, fan o ambos.

• A continuación, y como aplicación, se va a plantear el problema para un turborreactor monoeje de flujo único.


Ecuaciones de Componentes

2

22 00

1 11 12 2

tT V MT C T

Recuperación en la Entrada

0 02 2pT C T

Transporte Subsónico

1M0 = 0 M0 = 0.35 M0 = 0.85

0.99P 2

t/P0t

0.98

4 variables2 ecuaciones


220 240 260 280 300 320 340 360 380

Parámetro de Gasto G(Tt)^0.5/Pt

4 1 qt fLT 4

3 3

11 qt

t p t

fTT C T

2

34 4

3 3 3

11 12

tt t

t t t ref

G RTP TK KP T P A

3 3 3t t t ef



4t directrizG T A 4

4

t directriz

tP R



1,25

1,3

20

25

Actuaciones de Tobera; = 1,33

Vs/T5t^0,5 G(RT5t)̂ 0,5/A8P5t T5t/Ts

1,1

1,15

1,2

10

15

Ts/T

5t

1

1,05

1,1

0

5

1 1 2 1 4 1 6 1 8 2 2 2 2 4 2 6

Tobera Convergente Divergente, ConDiTobera Convergente

4 variables


1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6Relación de Expansión, P5t/Ps3 ecuaciones

Ecuaciones de Acoplamiento


1 variables 4 4 3t t tT T T

T T T= 1 variables

7 ecuaciones


6 ecuaciones 2 3 2t t tT T T 7 ecuaciones

• Recapitulando:– 21 variable– 18 ecuaciones

+ Condición de Salida: Ps = P0 5 4 3 2 1s t t t tP P P P P

=s 0

• Fin lm nt q d

5 4 3 2 0t t t tP P P P P

• Finalmente queda– 21 variable

19 i– 19 ecuaciones

• Sistema con dos grados de libertad:

M0 y Régimen (T4t/T2t)29/05/2009 Actuaciones de Aerorreactores 16

Acoplamiento Interno: Generador de Gas• Se conoce como generador de gas el sistema formado por el

compresor, cámara de combustión y turbina. Es el “núcleo” del turborreactor. S i i i i• Su misión consiste en proporcionar un gas a una temperatura y presión elevada (sobre la atmosférica) del que se pueda extraer potencia mecánicapotencia mecánica.

• Observando las curvas características de dichos componentes, se observa que se disponen de 6 ecuaciones que relacionan 12observa que se disponen de 6 ecuaciones que relacionan 12 variables

• Además, están las ecuaciones de acoplamiento: 2 de Gasto, una , p ,de vueltas y una de potencias (que genera una variable y una ecuación más)


• En total: 13 variables y 11 ecuaciones 2 grados de libertad

Resolución del Acoplamiento Interno

• Se “elige” un punto del compresor (dos g l ); a saber: 2tG T N• Se “elige” un punto del compresor (dos g. l.); a saber:

• D l d l bti

2

,2

tP t T

3 3t tP T

• De las curvas del compresor se obtienen:

D d l ió d i id d

2 2

,t tP T

3 2 2 3t t t tG T G T P T

=• De una de las ecuación de continuidad

P i “ ” l

3 2 3 2t t t tP P P T

=

• Para continuar, se “supone” un valor para• Se calcula

l i d l d l d b i b i

4 2t tT T

3 2t tT T

• De la ecuación de la energía de la cámara de combustión, se obtiene el parámetro de combustibleD l ió d é did d l á bti• De la ecuación de pérdidas de la cámara se obtiene


4 3t tP T

• De la segunda ecuación de continuidad 4 3 3 4

4 3 4 3

t t t tG T G T P T

P P P T=

• De la ecuación de vueltas

4 3 4 3t t t tP P P T

2tTN N

TT T=

• Con las dos variables anteriores, se puede entrar en las curvas

44 2 tt tTT T

pcaracterísticas de la turbina para obtener finalmente: 4 4

5 5

,t t

t t

P T

P T

• En este momento, se tienen calculadas todas la variables del generador de gas (13)

• Pero no se ha utilizado todavía la ecuación del acoplamiento de potencias. Esa ecuación servirá para obtener el “verdadero valor” d l i bl p t T Tde la variable supuesta


4 2t tT T

• Las soluciones encontradas de los diferentes valores de se 4 2t tT T

pueden representar en el mapa del compresor

Las líneas (T4t/T2t) = cte. Son posibles líneas de funcionamiento en equilibrio del generador de gas y tienen que cumplir la solución 23 =1 parámetro gasto=0

• Además, finalmente, se puede representar el funcionamiento del generador de gas de forma gráfica


Solución del Generador de Gas

Eli i d dEligiendo dos parámetros; en este caso el parámetro deparámetro de vueltas del compresor y la temperaturatemperatura máxima relativa a la de entrada se obtienen lasobtienen las soluciones estacionarias del sistemasistema


ÁÁrea de Salida Fija• Se puede observar que las soluciones “biparamétricas” del

generador de gas exigen disponer de un área de salida, A8, variable S f l d l d bl l TN• Si se fija el área de salida, se establece una relación entre y el sistema pierde un grado de libertad

4

22

t

tt

TNyTT


Solución Analítica del Generador de Gas• En el caso de que la turbina trabaje en condiciones críticas, se

p ede obtener na sol ción analítica del acoplamiento internopuede obtener una solución analítica del acoplamiento interno que permite analizar el comportamiento del mismo y posteriormente del turborreactorp d b

4 44 4 1

4 4

.t t

t t

G T G TA si A cte k

P R P

• Usando la ecuación de continuidad entre el compresor y la turbina 2 4 4 3 2 2t t t t t tG T G T P P T Tk2 4 4 3 2 2

1 34 232 4 3 2 4 4

34

t t t t t t

t t t t t t

kP P P P T T

si cte

• Líneas (T4t/T2t) = cte, rectas de pendiente creciente con (T4t/T2t)

2423

2 2

tt

t t

G TTKT P

Líneas (T4t/T2t) cte, rectas de pendiente creciente con (T4t/T2t)


Líneas de turbina crítica

La turbina esta en condiciones críticas cuando:

4 4

4 4

4 4

t t

t t critico

t t

G T G TP P

T T

4 4

5 5

t t

t t criticoT T

Cuando la turbina esta en condiciones criticas, el valor de (T4t/T5t) no esta determinado por el mapa d l t bi S l d t i l ió d l i tde la turbina. Su valor se determina por la ecuación de acoplamiento

2 4 4 3 2t t t t tG T G T P P T

2 4 3 2 4

13

4 2 23

11

t t t t t

t

t t

P P P P TT

T T4 2 23

52 523

4 4

1

1 1

t t

tt t

t t

T TTT TT T

Sustituyendo en la ecuación de continuidad compresor - turbina

2 4 4 5 2323 1t t t tG T G T P T

P P P T

23 1

2 4 3 4

23 1t t t tP P P T

La turbina estará en condiciones críticas cuando

4 4

4 4

4 4 5 5

t t

t t critico

t t t t

G T G TP P

T T T T

4 4 5 5

5 5 4 4

t t t t

t t t tcritico criticoT T T T

G T G T P T 2 4 4 5 2323 1

2 4 3 4

23

2

1

1

t t t t

t t t t

G T G T P TP P P T

1 2

235 2 5

4 23 23 4 3 44

11 11

t

t t t

t t t t criticot

G TT P TT P P TG T

4t criticoP

Una vez resuelto el acoplamiento interno, añadimos el difusor y la tobera:Variables:

Acoplamiento Externo

Variables:0 52 2 0

0 0 0 5 5 50 5

; ; ; ; ; ; ; tt t s s s

t t t

G T G TP T V P T VP T P P T PT T

8

Ecuaciones:Entrada 0-2

Ecuaciones

02 01

0 0 0

,t G TP VfP P T

2Ecuaciones

02 02

0 0 0

,t G TT VfT P T

2

T b 5 Tobera 5-s5

95 5

ts

t t

G TP fP P

G TT

Ecuaciones 510

5 5

5

ts

t t

ts

G TT fT P

G TV f

3

1155 tt

fPT

2 0 0 2t tG T G T P TG G Continuidad: 2 02 0 2 0

5 4 4 55 4

t t

t t t t

G GP P P T

G T G T P TG GP P P T

Continuidad:2

5 4 5 4t t t tP P P T

5 4 3 2 1s t t t tP P P P Ptobera adaptada P P

condición de contorno a la salida del turborreactor

05 4 3 2 0

1

211

st t t t

ss

tobera adaptada P PP P P P P

V Rtobera crítica MT

1

5 1tT

8 variables y 8 ecuaciones, problema cerrado

Solución del acoplamiento externo

5 4 5 4t t t tG T G T T PA partir de la solución del acoplamiento interno calculamos el parámetro de gasto en la tobera

5 4 5 4

5 4 4 5

t t t t

t t t t

T PP P T P

T 5 5) t tG T G T Tres casos: 5 5

5 5

5 5

)

)

t t

t t crítico

t t

aP P

G T G Tb

5 5

5 5

)

)

t t crítico

t t

bP P

G T G Tc

P P

5 5t t crítico

P P

Caso a)

5tT5P 5t

sT5t

s

PP

52 1s tP

V TcTT

5P

st TT

Difusor:2

1T V 2 0

0 0

0 2 2 0

11 (1)2

(2)

t

P

t t

T VT c T

G T G T P T

2tP

(4)

0 2 2 0

0 2 0 2

2 3 4 50

(2)

1 (3)

t t

t t

t t t t ss

P P P TP P P P PP PP P P P P

2

0

t

P

00 2 3 4 5

( )st t t tP P P P P

4 ecuaciones y 4 incógnitasSe fija un valor de , se calcula (T2t/T0)0 0V T

0

0

G TP

j , ( 2t 0)0 0V T

De (2) se obtiene 02

0 0

t G TP KP P

0

Se obtiene (P2t/P0) y se comprueba si cumple (3), si no, se repite para otro punto del generadorSe repite el proceso para varios ( ) y se obtiene una familia de líneas que se dibuja sobre el

mapa del compresor0 0V T

Las líneas M0 = cte se dibujan sobre el mapa del compresor

3tPSe dibuja sobre el mapa del compresor por que es

interesante para analizar el comportamiento del compresor 3

2

t

t

PP

N

p p pen el punto de funcionamiento

El compresor no impone el funcionamiento, se adapta a él

Las líneas M0 = cte, se desplazan a valores menores de

2t

NT

023 al aumentar el número de mach

231

2tG TP

122 4 50

0 3 4 5

112

t t t s

t t t t

P P P PMP P P P

2tPLa tobera funciona en condiciones sub-críticas a números de mach bajos y a bajo régimen

Caso b) Tobera críticaCaso b) Tobera críticaAl aumentar el régimen la tobera se hace crítica

5 5t tG T G TP P

5 5t t crítico

P P

821

1sVM R

T

5

58

5

1t

t

t

T

G TA

P R

5

15 1

2

t

t

s

PP

5 12

t

s

TT

En este caso el generador de gas pierde un grado de libertad se introduce una ecuación másEn este caso el generador de gas pierde un grado de libertad, se introduce una ecuación más

4 5 5 4 5 4

4 5 4 5 4 5

t t t t t ts

t t t t t t

G T G T P T P TAP P P T P TR

4 5 4 5 4 5t t t t t t

Sin introducir ninguna nueva variableEl punto de funcionamiento del generador de gas esta determinado por una sola variable:

2 4 2N T ó T T2 4 2t t tN T ó T T

Los puntos solución de funcionamiento en equilibrio forman una línea en el mapa del compresor

3tP

El punto de funcionamiento del generador de gas es independiente de M0

El grado de libertad que se pierde en el generador de l dif

N

3

2

t

t

PP

gas, se recupera en el difusor

Difusor:2

2t

NT

2

2 0

0 0

11 (1)2

t

P

T VT c T

G T G T P T

G T

0 2 2 0

0 2 0 2

(2)t t

t t

G T G T P TP P P T

2

2

t

t

G TP

2

0

tPP

(3)Incógnitas: 02 2 0

0 0 0 0

; ; ; t t G TP T VP T P T0

Para determinar el funcionamiento del difusor necesitamos fijar un parámetro 0 0V T

0

0

G TP

Caso c:

5 5

5 5

t t

t t

G T G TP P

5 5t t crítico

P P

Punto de funcionamiento imposible, la tobera no admite el gasto que demanda el generador de gas

Resumen

5 5G T G T

Caso: 3

2

t

t

PP5 5

5 5

) t t

t t crítico

G T G Ta

P P

2t

NT5 5G T G T

2tT5 5

5 5

) t t

t t crítico

G T G Tb

P P

Funcionamiento completo

2

2

t

t

G TP

Funcionamiento completo

5 5

5 5

) t t

t t crítico

G T G Tc

P P

crítico

Funcionamiento imposible

Análisis del acoplamiento externo: solución analítica línea de funcionamiento

Hipótesis : Funcionamiento crítico de la turbina y tobera de salida.y

Rendimientos y pérdidas constantes.

Casi siempreCasi siempre

Frecuentemente, sobre todo a ,

regímenes altos

Desarrollo:

Turbina crítica 4 41 1 te t

g f G T A k cteP

4

e ttP R

5 81 1 tg f G T A k cte

Tobera crítica 5

e st

k cteP R

Tobera crítica

g : sangrados en el compresor (suponemos no contribuye a dar potencia en la turbina)g g ( y )f = c/G, riqueza de funcionamiento

y 1

2( 1)21

Dividiendo ambas expresiones: 4 5

5 4

(1)t t d t

t t s s

T P A k cteT P A k

Teniendo en cuenta el rendimiento adiabático de la turbina (que suponemos constante)

5 4 5 5

1

1 /, (2)

c

t t t tt

T T T PfT P

4 45 41 / c t tt t

T PP P

De las ecuaciones (1) y (2)

51 ,t d

tT Af cteT A

52 ,t d

t pP Af cteP A

4t sT A 4t sP A

evolución isentrópica en la turbina (t=1) 2 1e

2 e

15

4

et d

t s

T AT A

15

4

et d

pt s

P AP A

Ecuación de acoplamiento de potenciaEcuación de acoplamiento de potencia

53 2 4 5 4

4

1 1 1 1 1 tt t t t t

t

TG Cpc T T g f G Cpe T T g f G CpeTT

Utilizando el rendimiento adiabático del compresor

1

3 52 2 4

2 4

11 1 1 1

c

ct c t

c pc t pc t pe tT TC T C T g f C TT T

41 1 1pe tg f C T

Utilizando el rendimiento adiabático del compresor

2 4t c tT T

1

41 1 1 1

cc

pe tc C Tg f

Ordenando términos 4tT f

2

1 1 1c pc t

g fC T

Ordenando términos 232t

fT

Si f y 23 son cte.

Para tener en cuenta el efecto de f

4 31 1

1q pe t tcL g f G C T T

fL f C T T

4 31c pe t tfL f C T T

Sumando y restando T2t +T2t - T2t y utilizando la ecuación de acoplamiento de potencia

44 2

2

1 1 1 1 1 pe tq pe t t

pc t

C TfL f C T T g f

C T

2pc t

Despreciando términos de orden f2

44 1 1 1 pe tt C TT g

2 2

4 4

2 2 2

1 1 1

1 2 1 1

t pc t

q pe t t

pe t pc t t

gT C T

f L C T TgC T C T T

2 2 2pe t pc t t

Relaciona f con T4t/T2t

C C í i0 regimen adimensionalE V

Curvas Características

120 0

, regimen adimensionalP D RT

cL V

0

220 0 0

, regimen adimensionalcL VP D RT RT

0 0

320 0

, regimen adimensionalG RT V

P D RT

04 , regimen adimensionalEC L V

RT RT

0 0

0 regimen asp

RT RT

I V

dimensional


50 0

, regimen aRT RT

dimensional

ND

0

NDfRT

4

0

regimen adimensional segun el sistema de controltTfT

5

2

t

t

PfP


parámetro de gasto G T P0 0

parámetro de empuje

0

0 0 1

s s s o

s s

E G V V A P P

G T V V PEP A P A PT T

empuje 0 0 00 0

0 5 4 2 0 5 4 3 2 1

s s

s t t t s t t t t

P A P A PT T

G T V T T T V P P P P PP A T T T P P P P PT T

parámetro de

0 4 2 0 5 4 3 2 05 0s t t t t t ttP A T T T P P P P PT T

4 3q p t tcL GC T T

cL G T T T P P T T

combustible 3 2 0 3 2 4 2

3 3 2 2 0 2 30 0

1q t t t t t tp

t t t t t t

cL G T T T P P T TCP T T P P T TP T

I PE Eparámetro de impulso

parámetro de c específico 0q E qC L cL PcC

0

00 0

spsp

I PE EIG PT G T


parámetro de c. específico0 0 0

ECE ET P T

í d F i iLínea de Funcionamiento

i di i lE

120

regimen adimensionalP D

cL

220 0

regimen adimensionalcLP D RT

G RT

032

0

regimen adimensionalG RT

P D

40

regimen adimensionalEC LRT

50

regimen adimensionalspIRT


0

C ió d D tCorrección de DatosLas curvas características

00 4 2

0 0 3 3 0 0 0

; ; ; ; , ( )q sp q Et t

s t t

cL I C LG T E Nf M T TP P A P T T T T

no dependen del día en que se han obtenido, pero los variables físicas:

G, E, c, Isp y CE, , , sp y E

sí. Así pues, en un banco de ensayos, para que los valores de las variables físicas

tengan sentido hay que informar en que se han medido. Hay que dar la P0 y T0 . g y q q y q 0 y 0

Sería interesante que de los bancos de ensayo se pudiera obtener información sobre las variable físicas de los aerorreactores que no dependiesen del día en que se ha

li d l E í fá il i l l did f drealizado el ensayo. Esto sería fácil si con los valores medidos se fuera capaz de obtener los valores que se tendrían en un día dado, conocido por todos. Esto es lo que se hace. El día elegido es el día tipo o estándar y se corresponde con el día que se obtiene de la atmósfera internacional ISA a altit d cero:


se obtiene de la atmósfera internacional ISA a altitud cero:0 0101,325 kPa; 288,15 KP T

En un ensayo realizado un día cualquiera con T0, P0, para un régimen dado N, se hanobtenido los siguientes valores de las curvas características del sistema

G, E, c, Isp y CE

Se sabe que los parámetros casi-adimensionales

00 4 2

0 0 3 3 0 0 0

; ; ; ; , ( )q sp q Et t

s t t

cL I C LG T E Nf M T TP P A P T T T T

no dependen de las condiciones ambientales; por tanto, si en se tuviera un día tipo (T0

*, P0*) y se eligiese un régimen, N* tal que

** TN N N0*

*0 00

TN N NN NT TT

se cumpliría* **

0 0* ** * * * *

0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0

; ; ; ; ; ; ; ;q sp q E q sp q EcL I C cL I CG T G TE N N Ef fP P P PP T T T T T P T T T


donde * son los valores que se hubieran obtenido en un ensayo realizado en un día tipo

* * *0 0 0* 0G T G T T P GG G

Los valores referidos (o corregidos) al día tipo son

* *0 0 00

*** 0

*

G GP P PT

PE E EE EP P P

0 0 0

* **0* 0

* *

q q

P P P

c L cL TP cc cPP T TP T

00 0 00 0

* *0*

*

sp sp spsp sp

PP T TP T

I I ITI I

T TT

0 00

**0*

*0 0

E E EE E

T TT

TC C CC CT TT

0 00 T TT

donde y son la relaciones universalmente usadas en la atmósfera estándar

0 0P T


0 0* *

0 0

; P TP T

Influencia de la T0 en el Empuje de Despegue

Del estudio analítico y de los ensayos de los aerorreactores, se obtiene que el empujecorregido se comporta como una función potencial de las vueltas corregidas

E N E Nnn

* * FHGIKJc h N HG KJc h

Para ver el efecto de la T0, se calcula el cociente incremental de la función anterior

1

n NEE N Nn n

E N

Para P0 = cte = 0

12

N NE n NE

Para N = cte N = 0 EE

n n TT

2 2

0


E T2 2 0

Motores de Empuje Constante: “Thrust Rated Engine”

Concepto para aviación civilp p

El concepto es controlar el motor de forma que se obtenga, en despegue,siempre que sea posible (hasta la temperatura ambiente que haya sidop q p ( p q yseleccionada en diseño), un empuje constante (garantizado)independientemente de la temperatura

E

E

Nmax

0 N

Nmax

TambTdiseño

29/05/2009 58

ambdiseño

El empuje constante (garantizado) es el empuje que tiene el motor a vueltasmáximas y a la temperatura ambiente: Tdiseño .y p diseño

Para temperaturas ambiente por debajo de la de diseño, el empuje garantizadose obtiene con vueltas mas bajas que las máximas.

Para temperatura ambiente igual a la de diseño, el empuje garantizado seobtiene con las vueltas máximas.

Para temperaturas más altas que las de diseño, no es posible obtener el empujegarantizado y el motor dará el empuje correspondiente a vueltas máximas.

Con este concepto de control, se consigue que, siempre que la temperatura estepor debajo de la de diseño el motor trabaje en condiciones por debajo de las de

29/05/2009 59

por debajo de la de diseño, el motor trabaje en condiciones por debajo de las demáximo funcionamiento con el consiguiente ahorro en la vida del motor.

Concepto para aviación militar

En este caso, lo importante no es garantizar el empuje en condiciones ded i d di t t d l t t bi t i tidespegue independientemente de la temperatura ambiente, sino garantizar unempuje máximo durante toda la vida de funcionamiento del motor. Para ello sedefine el empuje garantizado como el que se obtendría al final de la vida delmismomismo.

Nmax , T4tmaxE T4tmaxT4

t

T

E

Emax Ttolerancia

T4t para E0

t0

t

El j á i ti d t E lEl empuje máximo garantizado en este caso es E0 que es el que seobtendría al final de la vida. El motor antes de llegar al final de la vidafuncionará con una temperatura, T4t, más baja de la máxima cuando se lereq iera E al final de la ida para tener E el motor f ncionará con la

29/05/2009 60

requiera E0 y al final de la vida, para tener E0, el motor funcionará con lamáxima temperatura de funcionamiento T4t.

EPR: “Engine Pressure Ratio

Es la relación entre las presiones de remanso en la salida y entrada del motorEs la relación entre las presiones de remanso en la salida y entrada del motor

tt PPEPR 25 /

Sirve como medidor del empuje cuando el A8 es fija.

Empuje Bruto 0PPAVGE SSSSb

tobera crítica dondet

teS RT

APG5

85 12

1

12

e

e

e

tRT5 1 e

085

85 PPARTMRT

APE SsSet

tebh

5t

1/

0

5

580

55

08 PP

PP

AA

PP

MTTPA

E t

t

SStStSee

b

29/05/2009 61

058008 PPAPPA t

/ AfPAfTTM SSS

8

258

158 ,,,/A

fPA

fTTM et

etS

80

52

81

08

APA

AA

PPf

AAf

PAE StS

eeb

80

2

8 AAEPR

PP

AAF StS

e

2/1

1 12

1eS

fA 1

121

0

21

08

EPRPP

PAE t

ee

b e

e

1

2

8

12

1e

e

e

fA

1

0

2

008

EPRPPf t

e

e

29/05/2009 62

Efecto RAM 00

5

8500 1111

RTMRT

APfg

Vfg

GGVRAMt

teS

EPRPP

TT

MfgPA

RAM t

t

e

0

2

5

00

08 11

PTfgPA t 0508 11

1204200 ttt

TT

TT

TT

TT

TT

TT

111

111

1 14

c

pct

fCC

TT

425425 tttttt TTTTTT

1112 cpet fgCT

5 5 4 3t t t Tp cc c c

P P P P EPREPRP P P P

2 4 3 2

p cc c ct t t t p ccP P P P

RAM T P C 1 1 b gRAMA P

M TT

PP

EPRC

C g fEPR

et

t pc c

pe8 00

0

2

2

01

11 1

1

1

F

HGIKJ

b gb gb g

29/05/2009 63

p ccH K

E E RAMb

Empuje Neto

A P A P A P

F AA

PP

EPR AAe

S t S

8 0 8 0 8 0

8

2

0 8

FHGIKJ

M TT

PP

EPRC

C g fEPR

et

t pc c

pe

8 0 8

00

2

2

01

11 1

1

H K

F I

b g

b gb gEPR

p cc

1FHG

IKJ

PE

Con tobera

2

8 0 0

0 2

1

1 1

te

pc ct

PE f EPRA P P

CT PM EPR

convergent

e

0 20 1

2 0

1 1

1

pc cte

t pe

p cc

M EPRT P C g f

EPR

29/05/2009 64

p

En despegue

,AAEPR

AAFE SS

eEn despegue

188

08 EPRfAA

PAe

E j D d T b f d Fl j S dEmpuje en Despegue de Turbofanes de Flujos Separados

E G V G V A P P A P P 8 18 8 0 18 0b g b g

EP

A PP

A PP

A Aet t

e

e

0

15

0

115

0

1 21

1 21

FHGIKJ

FHGIKJ

b g b gP P Pe0 0 01 1H K H K

E A P A Pt t

FG IJ b g 15 151 2 1

A A P P

IEPR

t t

t

FHGIKJ

FG IJ

b g b g

b g

0

5 15

2

1

11

1

1 2 1

5 15

2

t t

t

A P A PIEPRP

29/05/2009 65

IEPR

FHGIKJ b g1

11

Actuaciones Reactores Modo de Compatibilidad

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