Un ventilador de paso variable es similar en concepto al de una hélice de paso variable e implica reducir progresivamente el paso (o ángulo de las aspas) del ventilador en un turbofan a medida que se acelera el motor. Aunque los ventiladores de paso variable se utilizan en algunas aplicaciones industriales, el enfoque de este artículo está en su uso en motores turbofan . Ningún motor de producción utiliza tal característica; sin embargo, es muy probable que se requiera en al menos parte de la próxima generación de turboventiladores de alta relación de derivación.
Uno de los métodos utilizados para reducir el consumo de combustible específico del empuje es mejorar la eficiencia de propulsión. Esto implica reducir la velocidad efectiva del chorro del motor reduciendo el empuje específico. Esto, a su vez, reduce la relación óptima de presión del ventilador requerida y, en consecuencia, la relación de presión de la boquilla fría. A velocidades de vuelo de crucero , la boquilla está obstruida y la línea de trabajo del ventilador es bastante empinada y lineal. Sin embargo, a bajas velocidades de vuelo, el aumento de la presión del pistón en la entrada de aire es tan bajo que la boquilla está bien desenganchada. En consecuencia, la línea de trabajo del ventilador está muy curvada y muy a la izquierda de la línea de trabajo de velocidad de vuelo de crucero, lo que reduce potencialmente el margen de sobretensión del ventilador a un nivel peligroso, particularmente en configuraciones de aceleración más bajas. Los lectores que no estén familiarizados con las líneas de sobretensión, las líneas de trabajo, etc. deben leer el artículo de Wikipedia sobre el mapa del compresor.
Hay dos soluciones para este problema:
1) Abra el área de la boquilla fría a bajas velocidades de vuelo, lo que aleja la línea de trabajo del ventilador del oleaje. Esto tiene poco efecto en la posición o pendiente de la línea de sobretensión.
O
2) Haga que la línea de aumento efectiva del ventilador sea menos profunda reduciendo progresivamente el paso del ventilador a medida que se acelera el motor. A medida que se reduce el paso, el mapa del ventilador se contrae en términos de caudal másico y relación de presión, con la línea de sobretensión moviéndose hacia la izquierda y hacia abajo. Todo esto tiene poco efecto sobre la pendiente y la posición de la línea de operación del ventilador. [1]
Una ventaja de la opción de ventilador variable es que variar el paso del ventilador ofrece la posibilidad de invertir el empuje del motor sin la necesidad de puertas bloqueadoras pesadas, cascadas, etc.
El tono del ventilador se puede invertir a través de Feather como con el Turbomeca Astafan . [2] oa través de Fine Pitch como se emplea en el Rolls-Royce / SNECMA M45SD-02. [3] [4]
Con el empuje inverso activado, el aire para el ventilador ingresa típicamente al motor a través de una entrada auxiliar formada por un espacio longitudinal que está expuesto cerca del plano de salida de la boquilla fría. La mayor parte de este aire se expulsa a través de la entrada de aire normal, lo que proporciona una fuerza que resiste el movimiento hacia adelante. Sin embargo, el aire restante tiene que realizar algún tipo de giro en U para que pueda entrar en el núcleo del motor (es decir, el generador de gas) para proporcionar la energía necesaria para impulsar el ventilador.
Normalmente, un turbofán de empuje específico bajo tendría una relación de derivación ultra alta y estaría equipado con una caja de engranajes de reducción entre el ventilador y el eje LP para permitir que el compresor IP y la turbina LP funcionen a una velocidad de rotación mucho mayor que la del ventilador para reducir el número de etapas requeridas en estos dispositivos de etapas múltiples.
Rolls-Royce está desarrollando actualmente el Ultrafan que emplea gran parte de lo que se describe anteriormente. [5] [6]
En la década de 1980, el General Electric GE36 Unducted Fan (UDF), que en realidad volaba en un McDonnell Douglas MD-80 , empleaba dos filas de aspas de ventilador de paso variable contrarrotativas, aunque sin carcasa de ventilador porque era un motor de ventilador de hélice.
Referencias
- ^ Documento técnico de la NASA 1502, Mapas típicos de abanicos de tono variable, P62: https://ntrs.nasa.gov/citations/19790023042
- ^ FlightGlobal / Archivearticle: http://www.flightglobal.com/pdfarchive/view/1972/1972%20-%200931.html?search=Astafan
- ^ FlightGlobal / Archivearticle: http://www.flightglobal.com/pdfarchive/view/1973/1973%20-%201027.html?search=M45SD-02
- ^ FlightGlobal / Archivearticle: http://www.flightglobal.com/pdfarchive/view/1979/1979%20-%200130.html ? búsqueda = M45SD-02
- ^ https://aviationweek.com/ad-week/test-progress-keeps-ultrafan-demo-track-run-2021
- ^ https://youtube.com/watch?v=h9zVok5qsS8