J79 Ejemplo de motor de reacción

Transcripción

1 J79 Ejemplo de motor de reacción

2 Índice Introducción...3 Propulsión...5 Motores de reacción...6 Performance...7 Partes del motor...8 J79 Características...15 J79 Comparativa...18 Mayo 2007 Motores de reacción Pág. 2 de 18

3 Introducción En el movimiento de una aeronave es necesario un sistema que proporcione una fuerza de avance llamada empuje. SUSTENTACIÓN EMPUJE RESISTENCIA PESO En esta presentación se mostrará el funcionamiento de los motores de reacción que proporcionan ese empuje. Además, de manera particular se presentará la motorización del cazabombardero F4 Phantom, motor que temporalmente está expuesto en la EPSC. Mayo 2007 Motores de reacción Pág. 3 de 18

4 Empuje necesario El empuje que necesita una aeronave depende de las misiones que se le exija cumplir, así como del peso, dimensión, características aerodinámicas Mayo 2007 Motores de reacción Pág. 4 de 18

5 Propulsión El empuje que proporciona un motor viene dado por la expresión: Este empuje teórico una vez instalado en la aeronave se ve modificado por la fricción en las paredes exteriores y por el efecto de la toma de aire Para medir como de bueno es el funcionamiento del motor se define el rendimiento motopropulsor: Este rendimiento se compone de dos partes rendimiento motor y rendimiento propulsor Mayo 2007 Motores de reacción Pág. 5 de 18

6 Motores de reacción Para conseguir un eficiente rendimiento motopropulsor se utilizan distinto tipo de motores de reacción: Turbopropulsor, turbofan, turboreactor, ramjet Mayo 2007 Motores de reacción Pág. 6 de 18

7 Motores de reacción Dependiendo del tipo de vuelo, el redimiendo propulsor del motor determina que tipo de motor es el que mejor se adapta. Así, a bajas velocidades de vuelo velocidad de salida de turborreactor es muy alta frente a la de vuelo obteniéndose un peor rendimiento propulsivo (y globalmente motopropulsivo) que un turboeje. (Rendimiento propulsivo a distintas velocidades y 10km de altura de vuelo) Mayo 2007 Motores de reacción Pág. 7 de 18

8 Partes del motor El funcionamiento básico del motor consiste en una compresión del flujo de aire, una combustión a presión constante y una expansión que permite que el flujo de aire salga con una velocidad mayor respecto a la de entrada. Las distintas partes que podemos encontrarnos en el motor para desarrollar este proceso son: toma, fan, compresor (HP,IP,LP), cámara de combustión, turbina, tobera, postcombustor Mayo 2007 Motores de reacción Pág. 8 de 18

9 Entrada El correcto diseño de la toma es importante de cara a la resistencia adicional que induce. Este diseño se optimiza para un Mach de diseño. El diseño de la toma se ve influenciado si el Mach de diseño es subsónico o supersónico Mayo 2007 Motores de reacción Pág. 9 de 18

10 Compresor El compresor es el elemento utilizado para la compresión del aire (relación de compresión global típica entre 20 y 40). La compresión del aire se realiza mediante fases de rotor y estator. Una primera etapa suela estar constituida por el denominado fan (Compresor de 17 etapas) Mayo 2007 Motores de reacción Pág. 10 de 18

11 Compresor La compresión se realiza mediante etapas de rotor y estator. El rotor comprime introduciendo trabajo en el fluido mientras que el estator comprime disminuyendo la velocidad de la corriente. Mayo 2007 Motores de reacción Pág. 11 de 18

12 Cámara de combustión Las combustión se realiza a presión constante de forma continua. Se utilizan distintas cámaras tubulares alrededor del eje, con entrada progresiva del aire para un combustión más eficiente y menos contaminante (Temperaturas fin de combustión típicas entre ºK) Mayo 2007 Motores de reacción Pág. 12 de 18

13 Turbina La turbina nos proporciona el trabajo para mover el compresor, expandiendo la masa de aire. Esta compuesto por una serie de cascadas estator rotor. Una parte crítica de un motor es el primer escalón de la turbina donde se recibe el flujo de aire a una gran temperatura. W = C W T Gc p ( T t T2t ) = ( G + c) c p ( T4t T5 3 t ) El motor puede ser monoeje, bieje, trieje Al contrario que en el compresor la altura de los alabes va creciendo Materiales de la turbina con mayor resistencia técnica que compresores (superaleaciones) soliendo estar refrigerados Mayo 2007 Motores de reacción Pág. 13 de 18

14 Tobera En la tobera el fluido se expande, aumentando su velocidad. Previo a la tobera se puede quemar el oxígeno que queda en el aire mediante un postcombustor El gasto másico puede ser controlado por el área de salida de la tobera o por tener gasto crítico en alguna parte del motor En caso de tobera adaptada la presión de salida coincide con la atmosférica Pueden tener agujeros en las chapas interiores para refrigerar afterburner Mayo 2007 Motores de reacción Pág. 14 de 18

15 J79 Motorización del F-4 Phantom II: Cazabombardero supersónico biplaza (entro en servicio en 1960) Peso máximo al despegue superior a 27000kg Velocidad máxima Mach 2.23 Obtuvo marca mundial de velocidad máxima 2585,086km/h y altitud absoluta de 30040m Se utilizó en la guerra de Vietnam y en conflicto árabe-israelí La producción terminó en 1979 después de fabricar 5195 unidades, en 2001 permanecían en servicio en todo el mundo unos En España los últimos fueron retirados en febrero de 2002 Mayo 2007 Motores de reacción Pág. 15 de 18

16 J79 Especificaciones F-4 Phantom II: Tripulación: 2 Longitud: 19,2 m Envergadura: 11,5 m Altura: 5,0 m Superficie alar: 49,2 m² Peso en vacío: kg Peso cargado: kg Máximo peso al despegue: kg Planta motriz: 2 turborreactores General Electric J79-GE-17A de 79,6 kn de empuje Coeficiente de sustentación: 0,0224 Area de sustentación: 1,10 m² Coeficiente de alargamiento: 2,77 Capacidad de combustible: L internos, L con tres tanques externos Máximo peso al aterrizaje: kg Velocidad máxima: Mach 2,23 (2.370 km/h) a m Velocidad de crucero: 940 km/h Alcance de combate: 680 km Alcance máximo: km con tres tanques de combustible externos Techo de servicio: m Velocidad de ascensión: 210 m/s Carga alar: 383 kg/m² Relación empuje-peso: 0,86 Rendimiento aerodinámico: 8,58 Longitud de despegue: m con kg Longitud de aterrizaje: m con kg Mayo 2007 Motores de reacción Pág. 16 de 18

17 J79 Motor fabricado por General Electric (GE) Es un turbo reactor de flujo único para volar a grandes velocidades (Mach2) Fue desarrollado en los 50 s a partir del GE J73 y usado como motorización de aviones militares (F-4,F-104) hasta finales de los 60 s, siendo sustituido por motores que producían menos humo y consumían menos en crucero Tiene un solo eje con un compresor de 17 etapas, e introdujo el uso de incidencia variable en el estator del compresor (las seis primeras etapas) de manera que se conseguía relaciones de compresión similares a las de un bieje (13:1) pero con un peso menor. Con la incidencia variable se evita la entrada en pedida de los alabes. El material de estos alabes son una aleación de titanio. La cámara de combustión tiene un diseño anular conteniendo 10 cámaras de combustión La turbina tiene tres etapas y está conectada con el compresor por un eje Utiliza postcombustor previo a la tobera de sección variable Mayo 2007 Motores de reacción Pág. 17 de 18

18 J79 Longitud: 5.3m; Diámetro: 1.0m Peso seco: 1750kg Empuje: 52,9KN (73,9KN con postcombustor) Relación de compresión global: 13:1 Temperatura de entrada en turbina 655ºC Consumo específico 56g/(kNs) con postcombustor Mayo 2007 Motores de reacción Pág. 18 de 18