Motores a reacción del futuro.

Grulla

Colaborador
Colaborador

EL PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR TURBOFAN DE DOBLE VÍA Y NIVEL VARIABLE

NOTA: Cabe destacar que toda la información publicada al respecto proviene de diversas fuentes de Internet.

El motor de ciclo variable funciona en una operación económica donde puede describirse como un motor turbofán con una relación de derivación alta operando a bajas velocidades, o como un motor turborreactor con una relación de derivación baja operando a potencia máxima a altas velocidades y, si es necesario, dotado con una cámara de postcombustión.

“El principio de funcionamiento de un motor de este tipo es el siguiente. El módulo principal inyecta aire atmosférico a través de una toma de aire de admisión común (1). En el modo de bypass máximo, todo el aire ingresa al módulo principal (4), donde se divide en dos corrientes: una va a la cámara de combustión y la otra la rodea mediante un bypass, es decir trabaja como un motor turbofán puro. Para reducir la potencia de bypass, se abre una válvula especial (3) que se encuentran detrás de las primeras etapas del compresor principal y parte del aire se desvía hacia el segundo módulo (5). Al mismo tiempo, se cierra el dispositivo bypass del primer módulo. Por lo tanto, ambos módulos comienzan a operar en modo TRD de circuito único, proporcionando el empuje necesario”.

Descripto de modo más detallado, el motor superior es un turbofán con un grado de derivación superior a 1. En la siguiente figura, el número 1 no es un compresor, sino más bien un fan. No se coloca inmediatamente delante del compresor, como en un turbofán, sino que se mueve ligeramente hacia adelante. Cuando es necesario, el motor superior funciona como un motor turbofán, el motor inferior no funciona en absoluto y la línea de aire está bloqueada. El fan impulsa el aire solo al motor superior, en este modo el consumo de combustible es mínimo y el empuje es de 9-11 toneladas.

Para aumentar el empuje, el conducto para el motor inferior se abre y este entra en funcionamiento. El fan fuerza el aire en los motores superior e inferior. El motor inferior, a diferencia del superior, es un turborreactor clásico, sin un segundo circuito para el bypass. En este caso, el motor superior también se convierte en un turborreactor y, por lo tanto, tenemos dos turborreactores puros trabajando con una entrada de aire común y un fan. El empuje en este modo puede alcanzar las 19 toneladas.


En teoría, el motor superior proporcionaba el empuje necesario para el despegue, aceleración y velocidad de crucero, y el motor inferior proporcionaba empuje adicional para vuelo supersónico sostenido.

Se cree que el motor de doble tubo tenía el nombre RD-179 o RD-179-300, pero no se convirtió en uno de serie y su nombre pasó a los motores de serie.
Vista lateral donde se observa la ubicación y configuración del motor turbofán de doble-vía y nivel variable RD-179 / RD-179-300 en el Sukhoi T-12-1.

Se pueden encontrar varios ejemplos de este tipo de motor, como ser el motor General Electric YF120 VABI ensayado en los prototipos YF-22 e YF-23 del programa ATF. Lo absurdo del diseño de Kolosov era que su motor tenía dos caminos, o dos nucleos, separados con solo uno funcionando en operación económica, mientras que a máxima potencia, el otro también se activaría para eliminar el exceso de aire frío del fan frontal. En última instancia, esto significaría que el segundo núcleo solo crearía un peso muerto innecesario en la operación económica, complicaría el flujo de aire de derivación o complicaría el desarrollo general. Sin embargo, se construyó un prototipo de motor tecnológico inicial, aunque no estaba del todo claro cómo incorporarlo a la aeronave debido a su gran tamaño o a la potencia constante que realmente podía proporcionar. El motor también se usó en otros proyectos de la OKB Sukhoi, como ser el bombardero medio T-60 y el avión de ataque biplaza en tándem Su-34, cuya designación paso luego al Su-34 lado a lado, basado en el Su-27.

El Sukhoi Su-34 de la década de 1980.


 
O sea calentando el aire con una resistencia electrica?
No, más allá que me parece no es eficiente ni funcionalmente posible en lo técnico, lo que dice es que la compresión se realice eléctricamente.

A saber, la compresión en un motor turbocompresor es la etapa donde el aire entrante es comprimido por el "compresor", todo muy redundante. Es decir el aire es tomado por un grupo de paletas axiales ó centrífugas y es forzado entre más paletas por un segmento reducido.
El aire entonces es comprimido a un menor volumen y eleva un poco su temperatura. Luego entra a la cámara de combustión.



Es el principio básico de una turbina turbojet. Una vez que la combustión se logra, los gases en expansión son expulsados por atrás generando propulsión, y retroalimentando el motor, al girar la turbina para que comprima más aire.
Pero cuando está apagada usan un arranque eléctrico o a explosión (los motores viejos iniciaban la compresión con explosivos).

En el motor turboeléctrico, la compresión del aire vendría a ser que es independiente de la turbina. No entendería mucho para qué, puesto que estaría desperdiciando energía de la combustión, ya que ésta tiene que hacer girar la turbina igual.
O sea ¿tendría un turbojet/fan eléctrico un segmento compresor accionado eléctricamente independiente del eje de la turbina?. Si es una turbina estaría quemando combustible, ¿el objetivo sería reducir el consumo al liberar el motor químico del esfuerzo de accionar el compresor?.

Es como que no tiene sentido. La razón de quemar combustible es expandir gases a gran velocidad para generar propulsión, pero para que los gases vayan a gran velocidad deben comprimirse, y eso se hace haciendo que esos gases accionen un eje axial que mueve el compresor.

O sería un turbo jet sin turbina?. Solo un compresor eléctrico para el aire entrante y una cámara de combustión sin partes móviles tipo ramjet?.

Turbofan eléctricos hay, pero esos no usan nada de combustión. Es básicamente un ventilador de alta tecnología entubado accionado eléctricamente. No es turbojet ya que no quema combustible, solo toma aire y lo empuja a gran velocidad por un área cónica.



Lo que hay propuesto son motores turbofan eléctricos donde la turbina de combustión es reemplazada por un motor eléctrico de alta densidad.
El turbofan en un motor turbo jet con un segmento extra adelante del compresor que tiene un ventilador de alta velocidad de gran diámetro entubado, la mayor parte de la potencia de éstos motores la da el ventilador al empujar aire comprimido a altas velocidades por un conducto exterior al turbojet. El turbojet pasa a ser un motor que acciona el ventilador, y el chorro del turbojet es empuje secundario. Es inversamente parecido al torbohélice, que no están entubada y el chorro de la turbina da un ligero empuje secundario.
En vez de quemar combustible para mover el ventilador principal de la turbina como en un turbofan, usa un motor eléctrico.


 
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No, más allá que me parece no es eficiente ni funcionalmente posible en lo técnico, lo que dice es que la compresión se realice eléctricamente.

A saber, la compresión en un motor turbocompresor es la etapa donde el aire entrante es comprimido por el "compresor", todo muy redundante. Es decir el aire es tomado por un grupo de paletas axiales ó centrífugas y es forzado entre más paletas por un segmento reducido.
El aire entonces es comprimido a un menor volumen y eleva un poco su temperatura. Luego entra a la cámara de combustión.



Es el principio básico de una turbina turbojet. Una vez que la combustión se logra, los gases en expansión son expulsados por atrás generando propulsión, y retroalimentando el motor, al girar la turbina para que comprima más aire.
Pero cuando está apagada usan un arranque eléctrico o a explosión (los motores viejos iniciaban la compresión con explosivos).

En el motor turboeléctrico, la compresión del aire vendría a ser que es independiente de la turbina. No entendería mucho para qué, puesto que estaría desperdiciando energía de la combustión, ya que ésta tiene que hacer girar la turbina igual.
O sea ¿tendría un turbojet/fan eléctrico un segmento compresor accionado eléctricamente independiente del eje de la turbina?. Si es una turbina estaría quemando combustible, ¿el objetivo sería reducir el consumo al liberar el motor químico del esfuerzo de accionar el compresor?.

Es como que no tiene sentido. La razón de quemar combustible es expandir gases a gran velocidad para generar propulsión, pero para que los gases vayan a gran velocidad deben comprimirse, y eso se hace haciendo que esos gases accionen un eje axial que mueve el compresor.

O sería un turbo jet sin turbina?. Solo un compresor eléctrico para el aire entrante y una cámara de combustión sin partes móviles tipo ramjet?.

Turbofan eléctricos hay, pero esos no usan nada de combustión. Es básicamente un ventilador de alta tecnología entubado accionado eléctricamente. No es turbojet ya que no quema combustible, solo toma aire y lo empuja a gran velocidad por un área cónica.



Lo que hay propuesto son motores turbofan eléctricos donde la turbina de combustión es reemplazada por un motor eléctrico de alta densidad.
El turbofan en un motor turbo jet con un segmento extra adelante del compresor que tiene un ventilador de alta velocidad de gran diámetro entubado, la mayor parte de la potencia de éstos motores la da el ventilador al empujar aire comprimido a altas velocidades por un conducto exterior al turbojet. El turbojet pasa a ser un motor que acciona el ventilador, y el chorro del turbojet es empuje secundario. Es inversamente parecido al torbohélice, que no están entubada y el chorro de la turbina da un ligero empuje secundario.
En vez de quemar combustible para mover el ventilador principal de la turbina como en un turbofan, usa un motor eléctrico.


La unica funcion de la turbina es mover el compresor, si el compresor se mueve por otro medio deja de tener sentido aceptar la perdida de la velocidad en la turbina. Como nota de color, el primer "jet", el Campini tenia el compresor movido por un motor a piston.

 

joseph

Colaborador
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EL PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR TURBOFAN DE DOBLE VÍA Y NIVEL VARIABLE

NOTA: Cabe destacar que toda la información publicada al respecto proviene de diversas fuentes de Internet.

El motor de ciclo variable funciona en una operación económica donde puede describirse como un motor turbofán con una relación de derivación alta operando a bajas velocidades, o como un motor turborreactor con una relación de derivación baja operando a potencia máxima a altas velocidades y, si es necesario, dotado con una cámara de postcombustión.

“El principio de funcionamiento de un motor de este tipo es el siguiente. El módulo principal inyecta aire atmosférico a través de una toma de aire de admisión común (1). En el modo de bypass máximo, todo el aire ingresa al módulo principal (4), donde se divide en dos corrientes: una va a la cámara de combustión y la otra la rodea mediante un bypass, es decir trabaja como un motor turbofán puro. Para reducir la potencia de bypass, se abre una válvula especial (3) que se encuentran detrás de las primeras etapas del compresor principal y parte del aire se desvía hacia el segundo módulo (5). Al mismo tiempo, se cierra el dispositivo bypass del primer módulo. Por lo tanto, ambos módulos comienzan a operar en modo TRD de circuito único, proporcionando el empuje necesario”.

Descripto de modo más detallado, el motor superior es un turbofán con un grado de derivación superior a 1. En la siguiente figura, el número 1 no es un compresor, sino más bien un fan. No se coloca inmediatamente delante del compresor, como en un turbofán, sino que se mueve ligeramente hacia adelante. Cuando es necesario, el motor superior funciona como un motor turbofán, el motor inferior no funciona en absoluto y la línea de aire está bloqueada. El fan impulsa el aire solo al motor superior, en este modo el consumo de combustible es mínimo y el empuje es de 9-11 toneladas.

Para aumentar el empuje, el conducto para el motor inferior se abre y este entra en funcionamiento. El fan fuerza el aire en los motores superior e inferior. El motor inferior, a diferencia del superior, es un turborreactor clásico, sin un segundo circuito para el bypass. En este caso, el motor superior también se convierte en un turborreactor y, por lo tanto, tenemos dos turborreactores puros trabajando con una entrada de aire común y un fan. El empuje en este modo puede alcanzar las 19 toneladas.


En teoría, el motor superior proporcionaba el empuje necesario para el despegue, aceleración y velocidad de crucero, y el motor inferior proporcionaba empuje adicional para vuelo supersónico sostenido.

Se cree que el motor de doble tubo tenía el nombre RD-179 o RD-179-300, pero no se convirtió en uno de serie y su nombre pasó a los motores de serie.
Vista lateral donde se observa la ubicación y configuración del motor turbofán de doble-vía y nivel variable RD-179 / RD-179-300 en el Sukhoi T-12-1.

Se pueden encontrar varios ejemplos de este tipo de motor, como ser el motor General Electric YF120 VABI ensayado en los prototipos YF-22 e YF-23 del programa ATF. Lo absurdo del diseño de Kolosov era que su motor tenía dos caminos, o dos nucleos, separados con solo uno funcionando en operación económica, mientras que a máxima potencia, el otro también se activaría para eliminar el exceso de aire frío del fan frontal. En última instancia, esto significaría que el segundo núcleo solo crearía un peso muerto innecesario en la operación económica, complicaría el flujo de aire de derivación o complicaría el desarrollo general. Sin embargo, se construyó un prototipo de motor tecnológico inicial, aunque no estaba del todo claro cómo incorporarlo a la aeronave debido a su gran tamaño o a la potencia constante que realmente podía proporcionar. El motor también se usó en otros proyectos de la OKB Sukhoi, como ser el bombardero medio T-60 y el avión de ataque biplaza en tándem Su-34, cuya designación paso luego al Su-34 lado a lado, basado en el Su-27.

El Sukhoi Su-34 de la década de 1980.


Tal vez tendría más sentido que una sola unidad reactor moviera 2 fans.
 
La unica funcion de la turbina es mover el compresor, si el compresor se mueve por otro medio deja de tener sentido aceptar la perdida de la velocidad en la turbina. Como nota de color, el primer "jet", el Campini tenia el compresor movido por un motor a piston.

No, en un turbojet la propulsión la realiza el chorro de gases calientes a presión.
El compresor es el encargado de alimentar la cámara de combustión.
 
No entendi.

Pensálo así.

¿Cómo genera empuje una turbina?.

Si la turbina solo mueve el compresor, y el compresor comprime aire para que la turbina queme combustible para que mueva el compresor ¿cuál es el sentido como motor?. De qué forma el compresor logra empuje?.

El empuje de los motores de turbina se logra quemando combustible en una cámara de combustión con una mezcla precalentada de aire rico en oxígeno. El resultado de la combustión sale por una tobera en un chorro a alta velocidad. Eso genera el empuje.

El compresor gira porque el chorro al salir hacer girar una turbina que mueve un eje que mueve el compresor adelante para que siga alimentando a la turbina de aire.

En el invento de Caproni la turbina no tenía potencia suficiente ni era técnicamente factible en el momento hacerla mover el compresor. Por lo que se optó por alimentar el compresor con un motor aparte así el chorro de la turbina se usaba exclusivamente para propulsión.

En el turbofan se agrega un ventilador entubado al frente del compresor que por una caja reductora va a menor velocidad y ese aire enfría la turbina y genera un empuje extra a ésta, aumentando la eficiencia de combustible.

Un turbofan con compresor eléctrico no tiene el más mínimo sentido. Si un "turbo"fan eléctrico, que no sería más que un gran ventilador eléctrico entubado.
 
Mmmmmm, dijo la muda, me parece que necesitamos un cambio mas radical. Claro, como si fuera tan fácil, no?.





Me refiero a que todos esos ejercicios son avances importantes, igual al avance importante que a tenido el desarrollo de los motores alternativos, pero para ver realmente un cambio revolucionario en la aviación necesitamos un salto semejante al que fue en su momento el salto del pistón a la turbina. Obviamente no son fáciles ni cotidianos esos cambios.
 
Pensálo así.

¿Cómo genera empuje una turbina?.

Si la turbina solo mueve el compresor, y el compresor comprime aire para que la turbina queme combustible para que mueva el compresor ¿cuál es el sentido como motor?. De qué forma el compresor logra empuje?.

El empuje de los motores de turbina se logra quemando combustible en una cámara de combustión con una mezcla precalentada de aire rico en oxígeno. El resultado de la combustión sale por una tobera en un chorro a alta velocidad. Eso genera el empuje.

El compresor gira porque el chorro al salir hacer girar una turbina que mueve un eje que mueve el compresor adelante para que siga alimentando a la turbina de aire.

En el invento de Caproni la turbina no tenía potencia suficiente ni era técnicamente factible en el momento hacerla mover el compresor. Por lo que se optó por alimentar el compresor con un motor aparte así el chorro de la turbina se usaba exclusivamente para propulsión.

En el turbofan se agrega un ventilador entubado al frente del compresor que por una caja reductora va a menor velocidad y ese aire enfría la turbina y genera un empuje extra a ésta, aumentando la eficiencia de combustible.

Un turbofan con compresor eléctrico no tiene el más mínimo sentido. Si un "turbo"fan eléctrico, que no sería más que un gran ventilador eléctrico entubado.

Si, si, conozco como funciona un motor a reaccion, solo no entendi tu comentario. Creo si que estas confundiendo dos cosas. La turbina es una rueda con paletas, no una tobera. Lo que propulsa es el gas saliendo por la tobera, los estatorreactores por ejemplo directamente no tienen turbina.

El motor de Campini no tiene turbina, solo compresor movido por un motor, difusor, camara de combustion y tobera. Pienso que no le pusieron turbina por falta de un material que soportara la temepratura de la combustion .
 
Me refiero a que todos esos ejercicios son avances importantes, igual al avance importante que a tenido el desarrollo de los motores alternativos, pero para ver realmente un cambio revolucionario en la aviación necesitamos un salto semejante al que fue en su momento el salto del pistón a la turbina. Obviamente no son fáciles ni cotidianos esos cambios.

No se si ya se comento, los US probaron un motor a reaccion donde el calentamiento del aire (no tenia combustion) se hacia con un reactor nuclear. Tal vez el camino sea ese, calentar el aire sin combustion.
 
No se si ya se comento, los US probaron un motor a reaccion donde el calentamiento del aire (no tenia combustion) se hacia con un reactor nuclear. Tal vez el camino sea ese, calentar el aire sin combustion.
Ese es el proyecto Pluto, el problema es que lo hicieron de ciclo abierto, por tanto salía radiación.

El misil ruso del que tanto se habla sería uno de un ciclo cerrado donde usaría una pila de combustible nuclear de alta potencia (quizás tenga poca vida útil en vez de décadas como las usadas en el espacio) para calentar el aire.

Si, si, conozco como funciona un motor a reaccion, solo no entendi tu comentario. Creo si que estas confundiendo dos cosas. La turbina es una rueda con paletas, no una tobera. Lo que propulsa es el gas saliendo por la tobera, los estatorreactores por ejemplo directamente no tienen turbina.

El motor de Campini no tiene turbina, solo compresor movido por un motor, difusor, camara de combustion y tobera. Pienso que no le pusieron turbina por falta de un material que soportara la temepratura de la combustion .
Es que el principio para generar ese gas es la cámara de combustión, que necesita aire comprimido, que necesita que los gases la propulsen luego de la combustión.

O sea tu pregunta inicial fue de hacer el compresor eléctrico. La idea sería eliminar el eje axial y toda la turbina, dejar sola el turbocompresor eléctrico y una cámara de combustión limpia?.
 
Ese es el proyecto Pluto, el problema es que lo hicieron de ciclo abierto, por tanto salía radiación.

El misil ruso del que tanto se habla sería uno de un ciclo cerrado donde usaría una pila de combustible nuclear de alta potencia (quizás tenga poca vida útil en vez de décadas como las usadas en el espacio) para calentar el aire.


Es que el principio para generar ese gas es la cámara de combustión, que necesita aire comprimido, que necesita que los gases la propulsen luego de la combustión.

O sea tu pregunta inicial fue de hacer el compresor eléctrico. La idea sería eliminar el eje axial y toda la turbina, dejar sola el turbocompresor eléctrico y una cámara de combustión limpia?.

Se me ocurren solo dos maneras de aplicar electricidad a un motor de reaccion. Una es esa de reemplazar la turbina con un motor que mueva el compresor. La otra seria usar una resistencia para calentar el aire y reemplazar la combustion. Ambos me parecen delirantes, sobre todo pensando que de alguna manera la electricidad hay que generarla. Me parece esta mas cerca la combustion con hidrogeno para un avion reactor, y una vuelta a las helices (electricas) para los aviones de corta distancia.
 
Cuando hablan de desarrollar algo que todavia no existe, piensen que tanto las tecnologias de reaccion como de helice anteceden la aviacion. Las helices se basan en la sustentacion aerodinamica, que es algo que existe en la naturaleza en la forma del vuelo de pajaros e insectos. La reaccion es una de las tres leyes de Newton, o sea es algo que existe desde el inicio del universo mismo. Si quieren tratar de adivinar que viene, piensen que es lo que existe hoy aunque tal vez en forma marginal, y partan de ahi. Les tiro una, magnetismo.
 
Cuando hablan de desarrollar algo que todavia no existe, piensen que tanto las tecnologias de reaccion como de helice anteceden la aviacion. Las helices se basan en la sustentacion aerodinamica, que es algo que existe en la naturaleza en la forma del vuelo de pajaros e insectos. La reaccion es una de las tres leyes de Newton, o sea es algo que existe desde el inicio del universo mismo. Si quieren tratar de adivinar que viene, piensen que es lo que existe hoy aunque tal vez en forma marginal, y partan de ahi. Les tiro una, magnetismo.
Levitación magnética por repulsión de campos?.


Algo de ciencia ficción que de chico pensé, pero es inalcanzable para nosotros en el futuro previsible por dos cuestiones fundamentales.
Las cantidades de absurdas de energía que requeriría, estamos hablando de tener un reactor "cuántico" de antimateria con conversión directa a electricidad de la reacción y una eficiencia de 90%. Pura ficción, ninguna otra cosa podría proveer tanta energía constantemente con poco material y en un espacio reducido (siempre que mágicamente incluyamos miniaturización de algo que hoy requiere kilómetros de colisionadores de partículas para lograr unos átomos de antimateria).

Y segundo la creación de imanes superconductores que funcionen desde -80º a 70º de temperatura sin control activo de la misma. Algo que es visto como el santa grial hoy.

Básicamente deberías tener una aeronave con un sistema de propulsión basado en imanes extremadamente potentes capaces de repeler el campo magnético de la tierra con un control de nanosegundos para controlar el flujo magnético y sus variaciones, así como proporción control de la aeronave. Y un núcleo de poder capaz de alimentarlo por un largo tiempo.

Estarías creando aeronaves capaces de levitar y totalmente VTOL. Literalmente sería lo que los OVNIS, VTOL, capaces de vuelo lateral y reversa, aceleraciones instantáneas, velocidades extremas.

Quizás para el 2400 sea posible.
 
Tambien tenes motores de iones, usados en misiones extraplanetarias, el empuje es minimo, por ahora, tal vez en el futuro tenga suficiente empuje para un avion.
 

me262

Colaborador

LOS INGENIEROS DEL MIT VUELAN EL PRIMER AVIÓN SIN PARTES MÓVILES EN EL SISTEMA DE PROPULSIÓN​







Saludos.
 
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