TURBOHÉLICES Y SU OPTIMIZACIÓN

Transcripción

1 TURBOHÉLICES Y SU OPTIMIZACIÓN INTRODUCCIÓN OPTIMIZACIÓN DE LA POTENCIA DE LA HÉLICE DISCUSIÓN DE LOS VALORES ÓPTIMOS DEFINICIONES

2 M 0 <1 V S Turborreactor > V 0 P MP SFC Si V s baja, p aumenta pero I baja y E para el mismo gasto y afectamos M Desacoplar P de M Bajar V s ( V 0 )sin perder empuje Turbina potencia Turboélice P P TH f, T, M 23 4t ij

3 Rendimiento de la élice = función del diseño y condiciones de operación de la élice

4 TP400

5 PROPFAN

6 Hasta M 0 < 0.65 élice Turboélices Convencionales Hasta M 0 <0.8 Propfanes

7 CARACTERÍSTICAS Y TIPOS Aumenta el número de escalones de la turbina Mono-eje Revoluciones de la élice bajas :necesita un reductor El sistema de control es más complicado: Motor + paso de la élice Turbina libre Mono-ejes (Turbina ligada) Bi-ejes (Turbina libre) Necesidad de un reductor

8 Configuraciones, tamaños, reductores Eje potencia delante Compresores centrífugos Eje potencia trasero Garrett AiResearc TPE-331 TPE 331: (429 kw) TPE UAR: (670 kw) TPE U-601G:820kW Casa C212

9 Rolls Royce

10 T56 (TP) P = sp G = 32.5 lb (14.74 kg/s) OPR = 9.5 T4t = 1780 K

11 Turborreactor 100 kg/s, Vs 600 m/s Potencia en despegue (1/2 GV s kw)

12 Ivcenko Progress D-27 tree -saft propfan (AN70) 10,350kW of output power. 4.19m long, 1.25m wide and 1.37m ig. Dry weigt 1,650kg. Te lifespan of te engine is 18,000 ours. SV -27 counter rotating propeller in te power plant increases cruise speed as well as reduces te fuel consumption by 20% to 30% as compared to modern turbojets.

13 16.9 kg 20.6 kg

14 Definición de rendimientos Potencia de la élice P Ecuación de la energía entre 0 y 9: 2 2 V9 V 0 cl G G9 0 P 2 Rendimiento motor G P Potencia Mecánica Producida V V TH 2 M Potencia Calorífica Consumica cl Turboeje TE M P cl P EV TV TV0 P Potencia útil u 0 0 Rendimiento propulsivo de la élice o rendimiento de la élice : Rendimiento propulsivo: Rendimiento global o motopropulsor : P Potencia Útil EV0 TV0 EV0 P Potencia Mecánica Producida G G P V V P V V 2 2 MP Potencia Útil EV0 TV0 EV0 P Potencia Calorífica Consumida cl cl

15 45t : entrada de la turbina que mueve la élice 5t : salida de la turbina que mueve la élice Potencia que llega a la élice: P GC T T pe 45t 5t m m es el rendimiento mecánico del reductor Turboélice : 1 kg/s ~ 300 CV Turborreactor : 1kg/s ~ 600 N Turborreactor de N ~ Turboélice de 5000 CV Motores pequeños Revoluciones altas Reductores para grandes potencias y reducciones: m ~ En los turboélices usualmente : (P 5t /P 0 )< [(g1/2] [g/g1] P 9 = P 0 Empuje del turboélice (corro): Fuerza propulsiva : E+T g e 1 P g e pe 5t 9 2 pe 5t 1 P5 t V C T T C T E G c V GV G V V

16 Definición de Potencia equivalente (ESHP) C E c c G f P P G P G eq eq eq Optimización del turboélice (C E )min

17 Pu G OPTIMIZACIÓN DE LA POTENCIA DE LA HÉLICE (POTENCIA ÚTIL) P u TV0 EV0 P V V V Cpe T t T t m 2C pe T t T V V G G G T T T T 5t 9 5' t 9' C y f cte. P G y cte P G E min eq max u 2 C T T C T T V V pe 45t 5' t t m pe 5t C T T 2 C T T V V f ( V, T,,,, T,,, ) pe 45t 5' t t m pe 5' t 9' t 23 i i 5' t t m max Máxima potencia útil por unidad de gasto: solo un parámetro libre : T 5 t d P G u dt 5' t 0 pe 0 C pe tm * 2 2C pe T5' t T9' T V 2 * 0 5' t T9' C pe t m 2C V 0

18 * : valores óptimos Usando el valor de T5 t que optimiza la potencia útil V V E V * * V0 tm G tm P V V 1 G * 2 2 t m 2 0 t m tb 2 Vtb V0 2 t m 2 V0 t m P 1 V V G * 2 2 útil tb 0 1 tm t m V0 tm 2 V tb : velocidad de salida del turborreactor equivalente Vtb 2C pe T45 t T9' 1 Adimensionlizando con V tb V 1 V E V 1 V V V GV V * * tb tm tb tb t m tb P V 1 V GV V V * 2 2 t m tb tb 2 0 t m tb P 1 V 1 V GV V V * 2 2 útil tb tm t m 2 2 tb 2 0 tm tb

19 V 0 V* 9 V V 1 V V * 9 0 tb t m tb

20 Parámetro : Potencia comunica al corro de salida Potencia total disponible (élice+corro) 0 < < 1 { = 0 turbo-eje = 1 turborreactor T T T T 5t 9 45t 9 ' T T 1 V * 2 * 5' t T45 t T9' t m Vtb

21 P V 1 V GV V V * 2 2 t m tb tb 2 0 t m tb

22 Ganancia de potencia útil obtenida en un turboélice diseñado con sus valores óptimos respecto a la del turborreactor básico de donde deriva: P E V T V P G V V V * * * útil 0 0 tb útil tb 0 0 V 1 1 Vtb 1 V tb 1 t m t m 2 2 V0 tm 0

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25 DISCUSIÓN DE LOS VALORES ÓPTIMOS (RESUMEN) Vtb * * * * t, m,, P, T, E V0 Velocidades de vuelo del orden de 550 km/ el valor óptimo del parámetro es del orden de 0,1. De toda la potencia disponible para propulsión el 10 % debe ir al corro y el 90 % a la élice para obtener una propulsión óptima. La propulsión por élice es más cara, necesita más turbina y mayor reductor Curva P util es bastante plana pasar de = 0,1 a 0,2 En la actualidad, debido al aumento de demanda de turboejes 0) para elicópteros, se tiende a utilizar estos sistemas también para los aviones y así tener solo una cadena de montaje

26 Rendimiento motor del turboélice: M G 2 2 P V9 -V0 2 cp T45t -T5t m cp T5t -T9 cp T2t -T0 cl fl c T -T T -T T -T T -T P 45t 9 m 5t 9 m 5t 9 2t 0 fl c T -T T -T T -T T - T P 45t 9 m 45t 9 m 45t 9 2t 0 fl 1 c T -T T -T fl P 45t 9 m 2t m T2t -T0 T2t -T0 1 m m

27 M, t Rendimiento motor turborreactor: cp T t T T t T m fl M, tr c T T T T fl P 45t 9 2t 0 M, t M, tr 1 Variación de P eq y consumo específico con los parámetros del ciclo P P P V V V V V V G G G eq Peq P P G M, t G G fl Peq cg 1 M, t fl ce G P G m eq M, t

28 Variación con 23 y T 4t (SLS y 6000 m)

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30 Variación con 23 y T 4t (SLS y 6000 m)

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33 Variación con altura y velocidad de vuelo

34 Variación con la altitud

35 Resumen

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37 PREGUNTAS?

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39 Rango de potencias PT6A PW100