Relacion de empuje

El empuje es la fuerza que mueve un avión a través del aire. El empuje es generado por el sistema de propulsión del avión.

¿Cómo se genera el empuje?

El empuje es una fuerza mecánica que se genera a través de la reacción de acelerar una masa de gas, según lo explicado por la tercera ley de Newton del movimiento. Un fluido de gas o de trabajo se acelera en la parte trasera y el motor y el avión se aceleran en la dirección opuesta. Para acelerar el gas, es necesario algún tipo de sistema de propulsión. Vamos a discutir los detalles de los diversos sistemas de propulsión en algunas otras páginas. Por ahora, sólo vamos a pensar en el sistema de propulsión como una máquina que acelera un gas.

A partir de la segunda ley de Newton del movimiento, podemos definir una fuerza F a ser el cambio en el momento de un objeto con un cambio en el tiempo. El impulso es la masa m veces la velocidad V. del objeto Así, entre dos tiempos t1 y t2, la fuerza está dada por:

F = ((m * V)2 - (m * V)1) / (t2 - t1)

Si mantenemos constante la masa y simplemente cambiar la velocidad con el tiempo, obtenemos la ecuación simple fuerza - fuerza es igual a masa el tiempo de aceleración de una

F = m * a

Si estamos tratando con un sólido, hacer el seguimiento de la masa es relativamente fácil; las moléculas de un sólido están estrechamente unidos entre sí y un sólido conserva su forma. Pero si se trata de un fluido (líquido o gas) y sobre todo si se trata de un fluido en movimiento, hacer el seguimiento de la masa se complica. Para un fluido en movimiento, el parámetro importante es la tasa de flujo de masa. velocidad de flujo de masa es la cantidad de masa en movimiento a través de un plano dado más de una cierta cantidad de tiempo. Sus dimensiones son de masa / hora (kg / seg, babosa / seg, ...) y es igual a la densidad r las veces la velocidad V del área A. Aerodinamicistas denotan este parámetro como punto m (m con un pequeño punto sobre la parte superior).

m dot = r * V * A

Nota: La notación "punto" se utiliza mucho por los matemáticos, científicos e ingenieros como un símbolo de "d / dt", lo que significa que la variable cambia con un cambio en el tiempo. Por ejemplo, podemos escribir la segunda ley de Newton, ya sea como

F = d (mv) / dt o F = punto (mv)

Así "m punto" no es simplemente la masa del fluido, pero es la tasa de flujo de masa, la masa por unidad de tiempo.

Dado que la tasa de flujo de masa ya contiene la dependencia del tiempo (masa / tiempo), se puede expresar el cambio en el momento a través del dispositivo de propulsión como el cambio en los tiempos de velocidad de flujo masivo de la velocidad. Vamos a denotar la salida de la estación de dispositivo como "e" y el flujo libre como estación de "0". Entonces

F = (m * punto V) e - (m dot * V) 0

A las unidades de verificación indica que en el lado derecho de la ecuación:

masa / tiempo * longitud / tiempo = masa * longitud / tiempo de 2 ^

Esta es la dimensión de una fuerza. Hay un efecto adicional que hay que tener en cuenta si la presión de salida p es diferente de la presión de la corriente libre. La presión del fluido está relacionada con el impulso de las moléculas de gas y actúa perpendicular a cualquier límite que imponemos. Si hay un cambio neto de presión en el flujo hay un cambio adicional en el impulso. Al otro lado de la zona de salida podemos encontrar un término fuerza adicional igual al área de salida Ae veces la presión de salida menos la presión de la corriente libre. La ecuación de orientación general a continuación, viene dada por:

F = (m * punto V) e - (m dot * V) 0 + (PE - p0) * Ae

Normalmente, la magnitud del término de la zona de presión es pequeña en relación con los términos m dot-V. Veamos esta ecuación con mucho cuidado, ya que tiene algunas implicaciones interesantes.

Vemos que hay dos formas posibles de producir gran empuje. Una forma es hacer que la velocidad de flujo del motor (m punto) lo más alto posible. Mientras la velocidad de salida es mayor que la corriente libre, la velocidad de entrada, un alto flujo de motor producirá alto empuje. Esta es la teoría de diseño detrás de aviones de hélice y de alta derivación motores de turboventilador. Una gran cantidad de aire que se procesa cada segundo, pero la velocidad no se cambia mucho. La otra manera de producir alto empuje es hacer que la velocidad de salida mucho mayor que la velocidad de entrada. Esta es la teoría de diseño detrás de los turborreactores puros, turborreactores con postcombustión, y cohetes. Una cantidad moderada de flujo se acelera a una velocidad elevada en estos motores. Si la velocidad de salida se vuelve muy alta, hay otros procesos físicos que se convierten en importantes y afectan a la eficiencia del motor. Estos efectos se describen en detalle en otras páginas en este sitio.

Hay una versión simplificada de la ecuación de impulso general que puede ser utilizado para motores de turbina de gas. La boquilla de un motor de turbina es generalmente diseñado para hacer que la presión de salida igual a la corriente libre. En ese caso, el término de la zona de presión en la ecuación general es igual a cero. La idea central es entonces igual a los medios de salida veces la tasa de flujo de la velocidad de salida menos la masa corriente veces la velocidad de flujo libres de la velocidad de flujo libre.

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