Απορια για κινητηρες στα πτερυγια αεροπλανων

[konstantinos77]

Kαλησπερα .Τελευταια καθομαι και διαβαζω για τους κινητηρες των αεροσκαφων ,καθοτι στο πολυτεχνειο δεν ειχαμε και πολυ χρονο να ασχοληθουμε με το αντικειμενο και εκτος απο αυτο ειχα ακολουθησει και αλλη κατευθυνση απο αυτη του μηχανολογου αεροναυπηγου .Στα επιβατικα αεροπλανα οπως και στα μαχητικα υπαρχει ο στροβιλοαντιδραστηρας δηλαδη η διαταξη συμπιεστη -στροβιλου μεσω της οποιας διοχετευεται το καυσιμο ,συμπιεζεται και με την εκρηξη δινει προωθητικη δυναμη .Αυτο απο οσο γνωριζω ειναι στο πισω μερος ή αλλιως στην ουρα του αεροσκαφους .Στα επιβατικα ομως παρατηρω και τους κινητηρες στα πτερυγια δεξια και αριστερα .Αυτοι οι κινητηρες τι ακριβως κανουν ?Ειναι και αυτοι στροβιλοαντιδραστηρες που βοηθουν στην προωθηση του αεροπλανου ή απλα περιστρεφομενα πτερυγια ?

Θα ημουν ευγνωμων αν μου δινατε και σχετικα link να διαβασω .

[AlexisPap]

Όλα τα αεροσκάφη που κινούνται με μεγάλες ταχύτητες (0,5Μ και άνω) χρησιμοποιούν κινητήρες αντίδρασης (jet). Δηλαδή κινητήρες που παρέχουν ώση εκμεταλλευόμενοι την ΑΔΟ:

Εκτοξεύουν προς τα πίσω τεράστιες ποσότητες αέρα - καυσαερίων με υψηλή ταχύτητα.

Επειδή την απαιτούμενη ενέργεια την προσφέρει ένας αεριοστρόβιλος, οι κινητήρες αυτοί λέγονται (σχετικά σπάνια) και στροβιλοαντιδραστήρες (turbo jet).

 

Μπορούν να τοποθετηθούν οπουδήποτε στο αεροσκάφος, ανάλογα με τις ορέξεις του αεροναυπηγού, φυσικά με τα αντίστοιχα πλεονεκτήματα/μειονεκτήματα.

 

Για τα επιβατικά η συνηθέστερη διάταξη είναι επί πυλώνων, κάτω από τις πτέρυγες. Σπανιότερα (και αποκλειστικά σε αεροσκάφη μικρού/μέσου μεγάθους) στο πίσω μέρος τις ατράκτου, εκατέρωθεν της βάσης του κατακόρυφου πτερυγίου.

 

Στα μαχητικά τοποθετούνται αποκλειστικά στο πίσω μέρος.

 

Υπάρχουν σπάνιες και παράδοξες διατάξεις, όπως πάνω από τις πίσω πτέρυγες (σταθεροποιητής - stabiliser) στο Α10, πάνω από τις πτέρυγες (κάποια ρώσικα πυροσβεστικά), στο εσωτερικό των πτερύγων (παλιά εκδοχή τύπου comet, δεν εφαρμόζεται στην εποχή του turbo fan) κλπ.

[sdim]

Στα μαχητικά χρησιμοποιούνται (όχι πάντα) κινητήρες turbojet, στους οποίους το 100% του αέρα που εισέρχεται περνάει από πολλαπλές βαθμίδες συμπίεσης, μπαίνει στον θάλαμο καύσης και εκτονώνεται σε πολλές βαθμίδες μετά.

 

Οι κινητήρες τοποθετούνται στο σώμα του αεροσκάφους επειδή όσο πιο κοντά είναι η μάζα στο κέντρο βάρους τόσο πιο ευέλικτο είναι το αεροσκάφος σε περιστροφή γύρω από τον άξονά του.

 

Στα επιβατικά χρησιμοποιούνται οι turbofun. Αυτοί οι κινητήρες ουσιαστικά χωρίζουν την ροή αέρα σε δύο μέρη. Στο εσωτερικό τους ένα τμήμα της ροής πηγαίνει σε έναν turbojet ο οποίος με την βοήθεια ενός μειωτήρα δίνει κίνηση και στα μεγάλα πτερύγια που πιάνουν όλη την διατομή.

Έχουν μικρότερη κατανάλωση από τους turbofun. Τοποθετούνται στα φτερά ώστε το βάρος τους να αναρτάται απευθείας στην επιφάνεια άνωσης. Έτσι τα φτερά μπορούν να γίνουν πιο ελαφριά καθώς δεν χρειάζεται να αντέχουν στην βάση τους εκτός από το βάρος της καμπίνας και το βάρος των κινητήρων.

Τα τελευταία χρόνια ακόμα και σε πολλά πολεμικά αεροσκάφη χρησιμοποιούνται turbofun με πολύ μικρότερο όμως λόγο εκτροπής αέρα σε σχέση με τα πολιτικά.

 

 

[konstantinos77]

 

Στα επιβατικά χρησιμοποιούνται οι turbofun. Αυτοί οι κινητήρες ουσιαστικά χωρίζουν την ροή αέρα σε δύο μέρη. Στο εσωτερικό τους ένα τμήμα της ροής πηγαίνει σε έναν turbojet ο οποίος με την βοήθεια ενός μειωτήρα δίνει κίνηση και στα μεγάλα πτερύγια που πιάνουν όλη την διατομή.

Έχουν μικρότερη κατανάλωση από τους turbofun. Τοποθετούνται στα φτερά ώστε το βάρος τους να αναρτάται απευθείας στην επιφάνεια άνωσης. Έτσι τα φτερά μπορούν να γίνουν πιο ελαφριά καθώς δεν χρειάζεται να αντέχουν στην βάση τους εκτός από το βάρος της καμπίνας και το βάρος των κινητήρων.

 

 

 

Aρα ο turbojet που υπαρχει μεσα σε ενα turbofan επιτελει την λειτουργια του σαν προωθητηρας και συγχρονως μεσω του μειωτηρα ,ο οποιος φανταζομαι θα περνει κινηση απο τον στροβιλο , κινει και τον μεγαλο ανεμιστηρα στην εισαγωγη. Τωρα ο μεγαλος ανεμιστηρας στο intake ομως τι ρολο παιζει ?Δινει προωθηση με λιγοτερη καταναλωση απο το να βαζαμε ενα μεγαλο turbojet?

Επισης περα απο ολα αυτα ,γιατι οταν καθομαι σε ενα αεροπλανο διπλα στο παραθυρο οταν πεταει ή οταν το βλεπω απο ψηλα δεν βγαζει καυσαεριο απο τα φτερα του εφοσον εχει turbojet οπως βλεπουμε να βγαζει απο πισω ?

[AlexisPap]

Ας δούμε εξιδανικευμένα τον κινητήρα αντίδρασης:

 

καταναλώνει ισχύ P για να εκτοξεύσει προς τα πίσω στην μονάδα του χρόνου αέρα μάζας m με ταχύτητα U.

επειδή P=m*U²/2 (το m είναι στην μονάδα του χρόνου) έπεται ότι U=[2*P/m]^0,5.

 

Η μεταβολή της ορμής του αέρα μάζας m είναι O=m*U=[2*P*m]^0,5

 

Η παρεχόμενη (στατική) ώση είναι F=dO/dt=[2*P*m]^0,5

 

Βλέπουμε ότι η ώση του κινητήρα είναι ανάλογη της ρίζας της ισχύος και της ρίζας της μάζας (πράγμα πολύ λογικό: αν διπλασιάσουμε τους κινητήρες, διπλασιάζουμε την ισχύ, την μάζα και την ώση)

Φυσικά, αυξάνοντας την μάζα, η ταχύτητα του εκτοξευόμενου αέρα μειώνεται.

 

Άρα, αυξάνοντας την μάζα του εκτοξευόμενου αέρα (με την συνακόλουθη μείωση της ταχύτητάς του) αυξάνουμε την ώση του κινητήρα για δεδομένη ισχύ.

 

Στα πρώτα χρόνια της αεριώθησης οι συμπιεστές δεν ανέβαζαν υψηλές πιέσεις, τα πτερύγια του στροβίλου δεν άντεχαν υψηλές θερμοκρασίες (τα καυσαέρια αναμειγνυόντουσαν με μεγάλες ποσότητες "κρύου" αέρα πριν φτάσουν στον στρόβιλο) και έτσι η απόδοση ήταν απελπιστικά μικρή. Πρακτικά δεν περίσσευε ροπή στον άξονα για να κινήσει έναν επιπλέον "ανεμιστήρα".

 

Όταν ο βαθμός απόδοσης βελτιώθηκε, δημιουργήθηκε το ζήτημα τι θα γίνει το διαθέσιμο πλεόνασμα ισχύος. Προφανώς θα έπρεπε να αξιοποιηθεί για να εκτοξευτεί προς τα πίσω κι άλλη μάζα αέρα (και όχι για να εκτοξευτεί η ίδια μάζα με μεγαλύτερη ταχύτητα).

Έτσι προστέθηκε κι άλλος στρόβιλος που μετέτρεψε σε ροπή το πλεόνασμα ισχύος.

Αν με την ροπή αυτή κινεί ανεμιστήρα, έχουμε turbofan.

Αν κινεί έλικα έχουμε turboprop.

 

Εκτός από την βελτίωση της απόδοσης, η χρήση του πρόσθετου ανεμιστήρα βοήθησε και στην μείωση του θορύβου:

Το ρεύμα αέρα του ανεμιστήρα κινείται με ταχύτητα μικρότερη των καυσαερίων, κι έτσι ο λόγος ταχυτήτων (που ευθύνεται για τον θόρυβο) μεταξύ καυσαερίων/ρεύμα αέρα και ρεύμα αέρα/περιβάλλοντος είναι πολύ μικρότερος.

[cna]

Έλα πες την αλήθεια! Έχεις και δεύτερο πτυχίο Ηλεκτρολόγου Μηχανολόγου Μηχανικού (πριν χωριστούν σε επιμέρους τμήματα).

[AlexisPap]

Όχι βρε cna, τα έχουμε πει αυτά, έχω σπουδάσει μόνο πολιτικός μηχανικός. Απλά ασχολούμαι και με άλλα... ερασιτεχνικά βέβαια.

[jkar]

......Επισης περα απο ολα αυτα ,γιατι οταν καθομαι σε ενα αεροπλανο διπλα στο παραθυρο οταν πεταει ή οταν το βλεπω απο ψηλα δεν βγαζει καυσαεριο απο τα φτερα του εφοσον εχει turbojet οπως βλεπουμε να βγαζει απο πισω ?

Το να δείς καυσαέρια ή όχι δεν έχει να κάνει με το που είναι οι κινητήρες τοποθετημένοι, (στα φτερά ή στην άτρακτο), και σήμερα δεν πετάνε turbojet πλέον.

 

Να το πούμε απλά

 

 

• Boeing 707, JT3C, turbojet=ατελέστερη καύση λόγω παλαιάς τεχνολογίας=πολύ κάρβουνο=μαύρα καυσαέρια
  
• Boeing 727, JT8D, turbofan με μικρό λόγο παράκαμψης=καλύτερη καύση+καθαρός αέρας από την παράκαμψη=λιγότερο κάρβουνο=λιγότερο ορατά καυσαέρια.
  
• Boeing 747, JT9D,turbofan με μεγάλο λόγο παράκαμψης=ακόμα καλύτερη καύση+ακόμα περισσότερο καθαρό αέρα από την παράκαμψη=ακόμα λιγότερο κάρβουνο=ακόμα λιγότερο ορατά καυσαέρια
  

 

Σήμερα λοιπόν, στην εποχή των πολύ εξελιγμένων turbofan με μεγάλο λόγο παράκαμψης, σχεδόν ποτέ δεν βλέπεις καυσαέρια. Εάν δείς κάτι λίγο θα είναι κάποιο παλαιότερου τύπου αεροπλάνο, με turbofan με μικρό λόγο παράκαμψης.

Ο τελευταίος turbofan με μικρό λόγο παράκαμψης που πετάει ακόμα, είναι ο θρυλικός JT8 της PW (απ ευθείας απόγονος του J52 turbojet) και σήμερα πλέον, τον φοράνε μόνον τα McDonnell Douglas DC-9, MD80, MD90 που τυχαίνει να έχουν τίς μηχανές στο πίσω μέρος της ατράκτου.

Επίσης, και ο πρώτος turbofan με μεγάλο λόγο παράκαμψης, ο JT9D, κάπνιζε λίγο και μπορεί να τον δείς σε κανα DC10 της FedEx, που επίσης έχει και τίς τρείς μηχανές του στο πίσω μέρος της ατράκτου.

Έτσι λοιπόν συνδύασες τα (ορατά) καυσαέρια με τους κινητήρες στο πίσω μέρος του αεροπλάνου.

Τώρα όσον αφορά τα άσπρα ίχνη που βλέπεις κάποιες φορές, αυτά δεν είναι αυτά καθ' αυτά τα καυσαέρια, αλλά, υδρατμός που συμπυκνώνεται λόγω των καυσαερίων, όταν τύχουν οι κατάλληλες μετεωρολογικές συνθήκες.

[Ροδοπουλος]

Τα καυσαέρια γίνονται ορατά περίπου 100-250 μέτρα απο το core nozzle. Στο σημείο αυτό συμπυκνώνουν την υγρασία περιβάλλοντος. Στα μαχητικά γίνεται ειδική επεξεργασία στα καυσιμα και στο core nozzle για να μειώσουμε το θερμικό ίχνος (IR tracking) αρα και το κάπνισμα. Τα μόνο μαχητικά που καπνίζανε τρελά είναι τα F104 RC. Είναι σαν καράβι. Το στοχεύεις στα 25 μίλια απο το trail.