TURBORREACTORES

Motor de reacción de una aeronave provisto de una turbina de gas que, al expandirse, produce un efecto de propulsión.

MOTORES DE TURBINA A GAS PARA AERONAVES

 Hay tres tipos de motor de turbina de gas para aeronaves: turbohélice, turborreactor y turbo ventilador. En la figura 1 aparecen diagramas esquemáticos de los tres tipos.

En principio, un motor de turbohélice es una versión aérea del motor industrial de turbina a gas. Su propósito es producir potencia para impulsar una hélice. Como el motor de turbina de gas gira a una velocidad más alta que la que requiere la hélice, un arreglo de una sola flecha requiere una caja de engranes de reducción entre la flecha de la salida y la hélice. Alternativamente, un motor turbo hélice puede funcionar como arreglo de doble hélice si la turbina de potencia impulsa la hélice a una velocidad más baja que el generador de gas.

Un motor turborreactor consiste en un generador de gas y una tobera. El generador de gas produce gas caliente que se expande a través de una tobera para producir una alta velocidad del chorro. Un motor de turboventilador representa un compromiso en cuanto a tamaño entre los motores de turbohélice y los de turborreactor. El corazón del motor es un generador de gas. El gas fluye del generador a una turbina de baja presión que impulsa un

ventilador en el frente del motor. El aire del ventilador se divide: parte de él se va a través del generador de gas. Como este último flujo de aire no se calienta mediante el proceso de combustión, se le llama chorro frío. La relación de aire en el chorro frío en comparación con el que fluye a través del generador de gas se define como relación de desviación (by pass).

Para ver dónde encajan los tres tipos de motor en el campo de la propulsión de aeronaves, es necesario definir los parámetros de rendimiento básicos para los dispositivos de propulsión.

PROPULSIÓN

Las hélices, los motores de turborreactor y los de turboventilador funcionan con base en el mismo principio elemental. Admiten aire a una velocidad particular y descargan aire a la atmósfera a una velocidad más alta, produciéndose así una fuerza propulsora llamada empuje.

Una hélice se puede modelar como se muestra en la figura 2(a). Aunque una hélice emplea varias aspas, se supone que forman un disco completo al girar. El aire entra a la hélice con V, la velocidad de avance de la aeronave, y sale con una velocidad más alta, Ve. El incremento en la velocidad produce el empuje, F. Para el siguiente análisis, se supone que el aire a ambos lados de la hélice se encuentra a la misma presión atmosférica. También se supone que el aire sale de la hélice en dirección axial, sin rotación.

Un motor de turborreactor, o de turboventilador, se puede modelar como se muestra en la figura 2(b). Siempre y cuando la expansión en la tobera sea hasta alcanzar la presión atmosférica (una diferencia de presión crearía una fuerza adicional,

que se ignora en el presente análisis) y la velocidad sea constante a través de la salida, el empuje resultante también se puede calcular por medio de la ecuación

F = m*(Ve-V) (E.1)

Si estudiamos la ecuación vemos que el empuje se logra por medio de un flujo másico de aire a través del dispositivo, relacionado con un incremento en la velocidad. Por lo tanto, se puede lograr un empuje particular si se tiene un gran flujo másico de aire y un pequeño incremento en la velocidad. Por el contrario, es posible lograr el mismo empuje por medio de un pequeño flujo másico de aire y un alto incremento de la velocidad. La pregunta es ¿Cuál es la mejor manera de lograr el empuje?, para responderla es necesario introducir otro parámetro de rendimiento: la eficiencia de propulsión.

Consideremos una hélice como parte de un sistema de aeronave, según se observa en la figura 3. La aeronave se mueve hacia adelante con la velocidad V relativa a un observador que se encuentra en tierra. En relación con la hélice, el aire entra con una velocidad V y sale con una velocidad Ve. Esto da un empuje resultante F que impulsa a la aeronave a la velocidad V. La rapidez de trabajo realizado sobre la aeronave es:

Wa = F * V

COMPARACIÓN ENTRE DISPOSITIVOS DE PROPULSIÓN

La relación entre el flujo másico y la velocidad de escape es importante: cuanto más alto sea el primero, menor será el incremento de la velocidad, (Ve-V), y mejor será la eficiencia de propulsión. Una hélice logra el flujo másico alto a través de un diámetro mucho más grande, en comparación con el turborreactor. Si una hélice es tan eficiente, la pregunta obvia es ¿por qué hay tan pocas aeronaves impulsadas por hélices? Para dar una respuesta es necesario ver con mayor detalle el funcionamiento de la hélice.

En la figura 4 muestra la velocidad del aire en relación con el aspa de una hélice. El aire entra en dirección axial con una velocidad V, sin embargo, el aspa en si se mueve y tiene una velocidad de rotación, de manera que para una observador que estuviera sobre las aspas, la velocidad de avance es, 200 m/s, entonces la velocidad del aire que fluye sobre el aspa podría

tener una velocidad de 300 m/s. A este valor de velocidad, el aire estaría muy cerca de la velocidad local del sonido, lo que tendría como resultado la formación de ondas de choque sobre las aspas.

Las ondas de choque ocasionan una gran caída en la eficiencia de propulsión.

En la figura 5 se muestra una variación característica de la eficiencia de propulsión de una hélice. Arriba de una velocidad de avance de 200 m/s, la eficiencia cae en forma bastante rápida. Comparativamente, la eficiencia de propulsión de un turborreactor aumenta con la velocidad y alcanza valores aceptables de funcionamiento por encima de los 450 m/s. Esta es la razón por que el Concorde esta impulsado por motores de turborreactor.

A una velocidad de avance entre 200 y 450 m/s hay una región en la que la eficiencia de propulsión tanto de la hélice como la del turborreactor es inadmisiblemente baja. Es dentro de esta región que se usan motores de turboventilador. Un motor de un turboventilador tiene un mayor flujo másico que el motor de turborreactor, requiere una velocidad de escape más baja y tiene una eficiencia de propulsión más alta. Así mismo, el ruido del motor es una función de la velocidad de escape; las velocidades de escape más bajas del motor de turboventilador ayudan a reducir la contaminación por ruidos en los aeropuertos. El motor de turboventilador puede funcionar a velocidades de avance cercanas o superiores a la velocidad

del sonido porque la toma de aire actúa como difusor y reduce la velocidad real del aire que entra en el ventilador.

MOTORES DE TURBORREACTOR.

Aunque los motores de turborreactor todavía se usan para las aeronaves subsónicas (es decir, por debajo de la velocidad del sonido), en general están siendo desplazados por motores de turboventilador debido a la eficiencia de propulsión mejorada de estos últimos. No obstante, se propone considerar el análisis de los motores de turborreactor en lugar de los motores de los turboventilador, por la sencilla razón de que el ciclo del turborreactor es mucho más sencillo de comprender y de analizar que el ciclo de turboventilador.

Como tal, el turborreactor constituye una base útil para el análisis de todos los motores de turbina a gas para aeronaves. Además, el motor de turborreactor fue el primero de los motores de turbina de gas para aeronaves que se desarrolló y que tuvo un papel importante en la aplicación de motores de reacción a la propulsión de aeronaves.

El diagrama esquemático del motor de turborreactor (fig. 6) es algo sencillo. No toma en cuenta el hecho de que el aire podría estar entrando al motor con un amplio intervalo de velocidades.

Cuando la aeronave se encuentra estática en tierra, la velocidad de avance efectiva es cero y entonces se puede suponer que la velocidad de entrada al compresor es cero. Esta claro que esto no es práctico, porque una velocidad de cero implica que no hay flujo másico, sin embargo, el análisis de un motor turborreactor en condiciones estáticas se basa en la suposición de que la velocidad a través del generador de gas es muy baja, es decir, se puede aproximar a cero.

En el otro extremo de la escala de velocidad, un motor del Concorde que funciona a dos veces la velocidad del sonido tendrá una velocidad de avance de más o menos 600 m/s. Es imposible diseñar componentes de motor que funcionen de manera eficiente si se quiere que correspondan a tan amplio intervalo de velocidades. Se requiere algún dispositivo para controlar la velocidad del aire que entra al compresor. Este dispositivo es un difusor. En la práctica, la toma de aire para el motor actúa como difusor y reduce la velocidad del aire que entra al compresor a límites aceptables.

En la figura 6 se muestra un diagrama esquemático de un motor de turborreactor. Como tal se trata de una mejora sobre el que se da en la figura 1, ya que ahora incluye difusor. Las estaciones 1-4 representan el generador de gas. Adelante de éste se encuentra el difusor, 0-1, para controlar la velocidad del aire que entra al compresor. Por último, el aire que fluye a través de la tobera, 4-5, para lograr la velocidad de escape que se requiere.

TIPO DE MOTORES DE PROPULSIÓN A CHORRO

Hay cuatro tipos básicos de motores de propulsión a chorro: el turborreactor, el turbopropulsor, el turboventilador, y el ramjet. Los diseñadores deciden qué tan rápidamente debe volar el avión, y los ingenieros eligen el motor que mejor funciona a esas velocidades posibles.

El turborreactor y el ramjet usan mucho combustible. El turbopropulsor y el turboventilador utilizan menos combustible. Cualquiera de estos cuatro motores genera una fuerza propulsora mayor a la de un avión propulsado por una hélice normal. Estos cuatro motores cuentan con los 5 componentes descritos anteriormente: la entrada de aire, un compresor, un combustor, una turbina, y un difusor de salida.

Un dispositivo de post-combustión (after-burner) puede ser agregado para generar aún más potencia (empuje). Sin embargo, el dispositivo de post-combustión utiliza mucho combustible y sólo puede ser utilizado por poco tiempo.

El combustor genera altas temperaturas. Los ingenieros deben tener cuidado de diseñar una manera de que el motor permanezca fresco. A veces las aspas de la turbina son huecas para que aire fresco pueda fluir a través de ellas para prevenir que las aspas se doblen o se rompan.

Los aviones de combate y algunos jets de negocios necesitan volar con velocidades superiores a la velocidad del sonido (Mach 1,0). El turborreactor puede hacer esto posible, y por lo tanto, este es el tipo de motor que se instala en estos aviones.

TURBOPROPULSOR

El turbopropulsor tiene los mismos componentes que el turborreactor. Este motor produce dos tipos de empuje usando el principio de la propulsión a chorro. El primer empuje proviene de un gran propulsor accionado por la turbina. Hay también un chorro de gases que al ser despedido empuja al avión hacia adelante.

Los aviones con turbopropulsores son más rápidos que los aviones accionados por propulsor normales, pero más lento que los turborreactores. Un turbopropulsor debe volar con una velocidad menor a la del sonido. El empuje generado por el propulsor y una gran caja de velocidades (que hace que el propulsor funcione a gran velocidad) ayudan a que el consumo de combustible se mantenga a un nivel bajo. Los aviones más lentos utilizan este tipo de motor.

TURBOVENTILADOR

Puede utilizarse para volar con velocidades de hasta Mach 6,0. El diseño de un motor ramjet se muestra en la figura de abajo.

El ramjet no tiene compresor ni turbina. Está formado solamente por la entrada de aire, el quemador (combustor) y la tobera de salida. Este motor utiliza mucho combustible y se usa generalmente en aviones de caza. El turboventilador tiene un propulsor o ventilador interno. Este propulsor o ventilador se encuentra dentro de un conducto o tubo. Esto produce mucho más empuje que el turbopropulsor cuyos propulsores se encuentran en la parte exterior. Esto permite que un avión turboventilador viaje a casi la velocidad del sonido, cerca de Mach 0.9. La figura de abajo muestra el diseño de un motor turboventilador.

Esto lo hace más rápido que el turbopropulsor, pero más lento que el turborreactor. Este motor también produce dos empujes diferentes, uno proviene del ventilador y el otro del chorro de eyección. La caja de velocidades del turboventilador es mucho más pequeña que la del turbopropulsor. Esto significa que hay menos probabilidades de que algo se rompa. El motor turboventilador se instala en aviones comerciales subsónicos de alta velocidad.

RAM-JET

Los ingenieros continúan diseñando mejores motores que utilicen menos combustible, pesen menos, y produzcan más empuje. También están desarrollando nuevos materiales que puedan resistir más altas temperaturas sin romperse ni doblarse.

Es un motor de reacción carente de los elementos principales de las turbomáquinas; compresores y turbinas, pues la compresión se efectúa por la alta presión dinámica debida a la alta velocidad que es necesario imprimir al estatorreactor para su funcionamiento. El aire, después de comprimido por alta presión dinámica, se someta aun proceso de combustión en una cámara, y después a expansión en la tobera de escape. Esta forma de trabajo es continua.

El principio de funcionamiento de los estatorreactores es el de todos los motores de reacción: La variación de la cantidad de movimiento del aire a la entrada y del gas aire-combustible a la salida.

Tecnológicamente, el estatorreactor es el mas sencillo de los motores de reacción, ya que no contiene ninguna pieza mecánica móvil, a excepción de la bomba de combustible. Enumerados los componentes principales desde la admisión al escape son: difusor de admisión, cámara de combustión y tobera de escape.

El combustible se inyecta finamente atomizado después de que el aire se haya comprimido, y previo al encendido inicial por la chispa de una bujía que funciona de forma continua. La expansión en la tobera es aproximadamente hasta la presión atmosférica, es decir, funcionando como una tobera adaptada, y la velocidad de salida de los gases es normalmente muy próxima al doble de la admisión del aire.

El difusor de admisión y la tobera de escape tienen diferente configuración, según que el estatorreactor este diseñado para velocidades subsónicas o supersónicas.

Para velocidades subsónicas, el difusor de admisión tiene forma divergente, y la tobera convergente.

A velocidades supersónicas, es necesario tanto en el difusor de admisión como en la tobera de escape, conductos de forma convergente-divergente.

El rendimiento de los estatorreactores se obtiene a altas velocidades, mayores de 1000 Km. por hora, y este es uno de los motivos por los cuales en la actualidad se combina el funcionamiento de los turborreactores supersónicos con los estatorreactores, en la periferia del turborreactor.

Problemas térmicos impiden alcanzar muy altas velocidades; no obstante, a velocidades subsónicas pueden refrigerarse las paredes interiores de la cámara de combustión, haciendo circular una corriente de aire frío de forma tal que en la capa límite de dicha corriente de aire (zona donde tiene efecto la viscosidad del fluido a lo largo de la pared), no exista combustión y, además se protege a las paredes con un revestimiento cerámico. Para velocidades supersónicas, el problema de refrigeración de las cámaras de combustión es mucho mas difícil, pues el rozamiento de la capa límite exterior hace que se eleve mucho la temperatura, disminuyendo la refrigeración por corriente del aire. Las paredes alcanzan temperaturas hasta 1200 °C a pesar de la refrigeración, para velocidad de número de Mach 4, a 1000 metros de altura.

La potencia equivalente de un estatorreactor aumenta lógicamente con la velocidad para un mismo empuje, y esta velocidad es tanto mayor cuanto disminuye la resistencia al avance, por lo qu la potencia equivalente, aumenta con la altura, si bien cuando estas son superiores a los 60000 pies, aparecen dificultades de pulverización del combustión y, por lo tanto extinción de llama por dificultades en la combustión.

Los estatorreactores se caracteriza por una elevada relación empuje / peso, con la consiguiente posibilidad de transportar grandes cantidades de combustible.

Comparadas las actuaciones del estatorreactor con el turborreactor, en este, la variación del empuje es pequeña con la variación de velocidad, en tanto que en el estatorreactor, tanto el empuje como la potencia equivalente varían mucho con la velocidad.

Las principales aplicaciones de los estatorreactores son:

-Propulsión adicional de aviones, después de haber adquirido la velocidad que el estatorreactor requiere para su funcionamiento.

-Propulsión de helicópteros, por pequeños estatorreactores en los bordes marginales de las palas del rotor de sustentación-tracción.

-Propulsión para lanzamiento de cohetes.

Las primeras investigaciones sobre los estatorreactores, llamados también conductos térmicos continuos, inicialmente conocidos con la palabra “atodino” (contracción de aero-termo-dinámico), se deben al francés Lorin a partir del año 1908, conjuntamente con las investigaciones de Marconnet y Chanute.

Las casas fabricantes de estatorreactores mas calificadas han sido: Turbomeca, en Pay, Francia: Marquardt Aircraft Company en Venice, California, U.S.A; la Aerojet Engineergin Corporation, en colaboración con la Johns Hopkins University, en USA; la Wright Aeronautical Corporation en Wood Ridge, New Jersey, USA; La Dornier y la Focke-Wulf en Alemania; la Skoda en Checoslovaquia, y la Bristol desarrollando proyectos de la Royal Aircraft Establishment, en Inglaterra.

El turborreactor también conocido como motor de reacción.

Los motores de turbina de gas son muy usados para impulsar aeronaves porque son ligeros, compactos y tienen una elevada relación entre potencia y peso.

Las turbinas de gas para aviones operan en un ciclo abierto llamado ciclo de propulsión por reacción , los gases se expanden hasta una presión tal que la potencia producida por la turbina es suficiente para accionar tanto el compresor como el equipo auxiliar.

La salida de trabajo neto de un ciclo de propulsión por reacción es cero. Los gases que salen de la turbina a una presión relativamente alta se acelera en una tobera para proporcionar el empuje que impulsa al avión.

Los aviones son impulsados por aceleración de un fluido en la dirección opuesta al movimiento, esto se logra al acelerar considerablemente una pequeña masa de fluido (motor de reacción o turborreactor).

En un motor de reacción, losgases de altas temperaturay presión que salen de laturbina se aceleran en unatobera para proporcionar el empuje

El esquema de un turborreactor y el diagrama T-s del ciclo de un turborreactor se muestra a continuación.

• La presión del aire se eleva ligeramente cuando este se desacelera en el difusor.

• Después el aire se comprime en el compresor y se combina con combustible en la cámara de combustión, donde esta mezcla se quema a presión constante.

• Los gases de combustión a alta presión y alta temperatura se expanden parcialmente en la turbina, entonces produce la suficiente potencia para accionar el compresor y otros equipos.

• Finalmente los gases se expanden en una tobera hasta la presión ambiente y salen de la maquina a alta velocidad.

En el caso ideal, el trabajo de la turbina se supone igual al trabajo del compresor. Además, los procesos en el difusor, el compresor, la turbina y la tobera se asumirán como isentrópicos.

En el análisis de los ciclos reales, sin embargo, las irreversibilidades asociadas, con estos dispositivos deben ser consideradas, el efecto de éstas es para reducir el empuje que puede obtenerse de un turborreactor.

El empuje desarrollado en un turborreactor es la fuerza desbalanceada que causa la diferencia en la cantidad de movimiento en que el aire a baja velocidad entra al motor y los gases de escape de alta velocidad salen de él.

Esto se determina de la segunda Ley de Newton, las presiones en la entrada y la salida del turborreactor son idénticas (la presión ambiente), por lo tanto el empuje neto desarrollado por el motor es:

Para una aeronave que vuele en un aire sin corrientes es la velocidad de la aeronave.

En realidad, los flujos másicos de los gases a la salida y a la entrada del motor son diferentes, pero la diferencia es igual a la rapidez de combustión del combustible, pero esta diferencia se hace muy pequeña debido a la relación de masa, aire y combustible utilizada en los motores de propulsión por reacción es usualmente muy alta.

Un avión que vuela a una velocidad constante utiliza el empuje para superar el arrastre del aire, y la fuerza neta que actúa sobre el cuerpo del avión es cero.

Los aviones comerciales ahorran combustible al volar a mayores altitudes durante largos viajes, ya que el aire a altitudes mas grandes es menos denso y ejerce una fuerza de arrastre más pequeña sobre el avión.

La potencia desarrollada a partir del empuje de una maquina recibe el nombre de potencia de propulsión (), que es la fuerza de propulsión (empuje) por la distancia en que esta fuerza actúa sobre el avión por unidad de tiempo, es decir, el empuje multiplicado por la velocidad del avión.

El trabajo neto desarrollado por un turborreactor es cero.

Para determinar la eficiencia de un turborreactor se debe usar la definición general de eficiencia, la cual es la relación de la salida deseada y la entrada requerida.

La salida deseada en un turborreactor es la potencia producida para impulsar el avión , y la entrada requerida es el poder calorífico del combustible .

La relación de estas dos cantidades se llama eficiencia de propulsión y esta dad por:

La eficiencia de propulsión es una medida de que tan eficientemente la energía térmica liberada durante el proceso de combustión se convierte en energía de propulsión.

Funcionamiento de un turborreactor

Su funcionamiento se divide en 4 fases:

1. Admisión2. Compresión3. Combustión4. Expansión5. Expulsión

Admisión:

El aire pasa de un estado estacionario lejos del motor, al acelerarse hasta llegar justo en la entrada; es un proceso que aumenta la presión.

Compresión:

El aire pasa a través de una serie de etapas de compresión, donde se calienta y se aumenta su presión. A pesar de lo que se suele pensar, la velocidad se mantiene constante a través de las etapas de compresión; de hecho el aumento de presión se consigue acelerando el aire y luego frenándolo isotrópicamente en rotor y estator respectivamente.

Combustión;

El aire, a alta presión, se le inyecta combustible y pasa por un quemador que hace combustionar la mezcla. En este ciclo, la combustión se realiza a presión constante.

Expansión:

Esta fase se hace a través de una turbina la cual extrae energía del fluido, disminuyendo su presión de forma que esa energía sea la misma que la que le tiene que aportar al compresor. La presión a la salida de la turbina dependerá de la demanda del compresor en ese momento.

Expulsión:

El escape del fluido se logra con una tobera la cual tiene la importante misión de convertir la presión de salida de la turbina en velocidad de salida del flujo. Se comporta como una tobera de Laval, con lo que a menudo, sobre todo en turborreactores puros, puede producirse bloqueo sónico a la salida (se forma una onda de choque); para eso existen las toberas de geometría variable que eliminan este problema.

Configuraciones.

La configuración de los componentes principales varía según el tipo de motor.

Mencionaremos solamente dos tipos de configuración:

Operación

El motor es mantenido dentro de límites dados por la acción del único parámetro físico disponible: el flujo de combustible inyectado en la cámara de combustión. Esta función(control de flujo de combustible) debe considerar variables externas tales como condiciones atmosféricas, velocidad, la altitud…

Utilización

Debido a su eficacia y consumición, el turbojet simple se utiliza principalmente para las altas velocidades y las misiones militares. El turborreactor puede incorporar una toma de aire variable que adapte el motor a las condiciones de vuelo.

Es un motor de turborreactor que admite más aire que el necesario para el generador del gas, el flujo adicional pasa libre por el generador del gas. Esta configuración reduce el flujo y la consumición de combustible y aumenta la eficacia propulsiva.

Configuraciones.

Un motor de by-pass puede tener varias configuraciones, por el instante:

- Single-shaft by-pass turbo-jet,- Single-shaft by-pass turbo-jet con caja de engranajes reductores al eje del compressor- Single-shaft by-pass turbo-jet con pitch variable en las aspas del compressor (velocidad

constante)

Nota: El compresor (o fan) se puede también situar en la parte posterior del motor.

Ventajas y rango de operación

El motor de jet by-pass se encuentra entre el motor jet simple y el turbopropulsor. El rango deoperación está casi así entre el del turbopropulsor, limitado en velocidad, y el del jet simple que es eficiente en la velocidad solamente. Por otra parte, la consumición específica es más

baja y la operación menos ruidosa. También, el recalentamiento es posible con una mayor eficacia.

TURBOMOTOR DE DOBLE CARRETE.

En este tipo de motor, el generador del gas incorpora a dos ensambles giratorios independientes:

- Un montaje de baja presión de la turbina del compresor (LP)

- Un montaje de alta presión de la turbina del compresor (HP).

El eje de transmisión del ensamble del LP se establece coaxialmente dentro del ensamble

del HP.

Operación

Desde el punto de vista del funcionamiento, podemos observar los puntos siguientes:

- Las velocidades de rotación de los dos ensambles son aproximadamente proporcionales,

- Cada compresor tiene su propio diagrama de campo en el cual las líneas de adaptación puedan ser trazadas,

- Los diagramas demuestran menos riesgo de surgimiento de alta altitud pero más riesgo de surgimiento de bajas velocidades de rotación del compresor L.P.,

- Los cocientes de compresión idénticos a los obtenidos en motores de un solo eje se pueden alcanzar con menos etapas de compresor;

-el compresor de L.P. se conduce a la velocidad requerida sin una caja de engranajes de la reducción,

- El margen antes de que la onda interruptora sea mayor, y cocientes más altos de la extensión son posibles (es decir aumento de la eficacia o disminución del número de etapas).

Configuraciones

El diseño del carrete gemelo se puede utilizar para los turborreactores by-pass así como paraturborreactores simples. Es también posible en turbopropulsor o motores de turboeje.Cuando el turboeje es un tipo libre de turbina, la impulsión de la salida se puede traer al frente del motor por un eje coaxial.

Nota. Más de 2 ensambles pueden ser asociados en un motor turbojet by-pass de tres carretes

Ventajas

Por todas estas razones, una disminución sensible del peso y las dimensiones se obtiene. Porotra parte, la energía necesaria para comenzar es mucho más baja (ensamble del HP que se conducirá solamente).

MOTOR TURBOEJE DE UN SOLO EJE.

Repitamos que un motor de turboeje es una turbina de gas que suministra energía mecánica en un eje para varios propósitos (rotor del helicóptero, vehículo de tierra, alternador, bombas…).En el caso del motor de un solo eje, el eje del compresor-turbina está conectado directamente con el receptor. La turbina extrae la energía máxima para conducir el compresor y el receptor. En vista de la alta velocidad de rotación de la turbina, una caja de engranajes de la reducción se coloca entre el generador y el receptor.

Operación

En la mayoría de los casos, el ensamble funciona a una velocidad de rotación constante (esto es un requisito que empareja el compresor-turbina y con frecuencia un requisito del receptor también). Los parámetros de funcionamiento se pueden representar en las características del diagrama del compresor. La velocidad de rotación se mantiene constante en lo que la variación del esfuerzo de torsión altera el flujo de combustible inyectado en la cámara de combustión (adaptación del esfuerzo de torsión de motor al esfuerzo de torsión de resistencia).

Ventajas y desventajas de un solo eje.

La ventaja principal de este tipo de turboeje es el tiempo de reacción excepcionalmente corto. Además, es de diseño mecánico robusto y simple. Es particularmente conveniente para la propulsión monomotora del helicóptero. Por una parte, exceder el esfuerzo de torsión máximo puede dar lugar a una operacion peligrosa, y la adaptación bimotora es más difícil que con una turbina libre. Por otra parte, el acoplador con el receptor implica generalmente el usar de un clutch.

TURBOPROPULSORUna planta de potencia de turbopropulsor consiste en un motor de turbina de gas que suministra energía mecánica a un eje para conducir una propela. El turbopropulsor puede ser de tipo de un solo eje o de turbina libre. En el caso de libre turbina, la salida delantera requiere un eje interno coaxial (o menos con frecuencia) y un eje de transmisión externo.

Single-shaft turbo-propeller

Free turbine turbo-propeller

Características.Pues la turbina suministra energía en un eje, qué se ha dicho para un turbo-eje es también para un turbopropulsor.

Operación.Las variaciones de la energía vienen de las variaciones de la velocidad de rotación y de las variaciones del esfuerzo de torsión. Generalmente, la gama de velocidad es muy pequeña (o aún una velocidad solamente) y así que las variaciones son debido a las variaciones del esfuerzo de torsión.

APU - UNIDAD DE POTENCIA AUXILIAR

Suministran energía eléctrica, hidráulica o neumática a las aeronaves en el aire. Pueden proveer independientemente del motor que propulsa, particularmente cuando se para este motor, sirviendo como recurso de emergencia.

Componentes principales Motor de reacción:Para la fase de compresión, se usan compresores axiales o centrífugos que comprimen grandes volúmenes de aire a una presión de entre 4 y 32 atmósferas. Una vez comprimido el aire, se introduce en las cámaras de combustión donde el combustible es quemado en forma continua. El aire a alta presión y alta temperatura (o sea, con más energía que a la entrada) es llevado a la turbina, donde se expande parcialmente para obtener la energía que permite mover el compresor (similar al funcionamiento del turbocompresor que se encuentra en los automóviles). Después el aire pasa por una tobera, en la que es acelerado hasta la velocidad de salida.

Los componentes principales de un motor a reacción son similares en los diferentes tipos de motor, aunque no todos los tipos contienen todos los componentes. Las principales partes incluyen:

Entrada o toma de aire: para aviones subsónicos, la entrada de aire hacia el motor a reacción no presenta dificultades especiales, y consiste esencialmente en una apertura que está diseñada para reducir la resistencia como cualquier otro elemento del avión. Sin embargo, el aire que alcanza al compresor de un reactor normal debe viajar a una velocidad inferior a la del sonido, incluso en aviones supersónicos, para mantener una mecánica fluida en el compresor y los álabes de la turbina. A velocidades supersónicas, las ondas de choque que se forman en la entrada de aire reduce la presión en el compresor. Algunas entradas de aire supersónicas utilizan sistemas, como un cono o rampa, para incrementar la presión y hacerlo más eficiente frente a las ondas de choque.

Compresor o ventilador: el compresor está compuesto de varias etapas. Cada etapa consiste en álabes que rotan y estatores que permanecen estacionarios. El aire pasa a través del compresor, incrementando su presión y temperatura. La energía se deriva de la turbina que pasa por el rotor.

Eje: transporta energía desde la turbina al compresor y funciona a lo largo del motor. Puede haber hasta tres rotores concéntricos, girando a velocidades independientes, funcionando en sendos grupos de turbinas y compresores.

Cámara de combustión: es el lugar donde se quema continuamente el combustible en el aire comprimido.

Turbina: actuando como un molino de viento, extrayendo la energía de los gases calientes producidos en la cámara de combustión. Esta energía es utilizada para mover el compresor a través del rotor, ventiladores de derivación, hélices o incluso convertir la energía para utilizarla en otro lugar a través de una caja de accesorios con distintas salidas. El aire relativamente frío puede ser utilizado para refrigerar la cámara de combustión y los álabes de la turbina e impedir que se fundan.

Postcombustor: utilizado principalmente en aviones militares, produce un empuje adicional quemando combustible en la zona de la tobera, generalmente de forma ineficiente, para aumentar la temperatura de entrada de la tobera.

Tobera o salida: los gases calientes dejan el motor hacia la atmósfera a través de una tobera, cuyo objetivo es producir un aumento de la velocidad de estos gases. En la mayoría de los casos, la tobera es corvengente o de área de flujo fija.

Tobera supersónica: si la relación de presión de la tobera (la división entre presión de entrada de la tobera y la presión ambiente) es muy alta, para maximizar el empuje puede ser eficaz, a pesar del incremento de peso, utilizar una tobera convergente-divergente o de Laval. Este tipo de tobera es inicialmente convergente, pero más allá de la garganta (la zona más estrecha), empieza a incrementar su área en la parte divergente.

La optimización de un motor depende de muchos factores incluyendo el diseño de la toma de aire, el tamaño total, el número de etapas del compresor, el tipo de combustible, el número de etapas de salida, los materiales de los componentes, la cantidad de aire derivada en los casos donde se haga uso de derivación de aire, etc.