Dans les réacteurs, j'ai lu que la poussée est liée au débit de carburant, alors que dans les turbopropulseurs, la puissance produite est liée au débit de carburant. Quelle en est la raison et comment expliquer cela?
En fin de compte, ce que vous attendez des trois types de moteurs, c'est la quantification de la poussée disponible pour pousser un avion dans le ciel. Les turboréacteurs / moteurs à réaction sont autonomes et produisent directement de la poussée, mais un turbopropulseur nécessite l'ajout d'une hélice, qui peut avoir des caractéristiques différentes en fonction de l'installation.
Comme la poussée d'un turbopropulseur n'est pas connue tant que son installation n'a pas été déterminée, les fabricants quantifient plutôt la puissance disponible pour entraîner un hélice. Cela permet aux moteurs d'être comparés afin qu'un fabricant de cellules puisse faire le bon choix.
Le débit de carburant est alors lié à la poussée ou à la puissance comme mesure d'efficacité, selon le type de moteur. Il n'y a généralement pas de relation mathématique publiée entre la puissance et la poussée pour un moteur donné. Il n'est pas nécessaire pour les turbosoufflantes / jets et il n'est pas possible de le déterminer au moment de la fabrication pour les turbopropulseurs.
Les moteurs à réaction produisent directement la poussée en évacuant les gaz (et dans un turbo-ventilateur moderne déplaçant également beaucoup d'air autour d'eux), le débit de carburant est donc directement lié à la poussée générée.
Dans un turbopropulseur le moteur produit de la puissance qui, via une boîte de vitesses fait tourner une hélice qui génère la poussée. Comme la plupart des turbopropulseurs ont la capacité d'ajuster le pas de l'hélice, la puissance des moteurs n'est pas toujours directement liée à la poussée générée à un moment donné.
Pour développer ce que Dave a dit, le terme Power est utilisé pour les turbopropulseurs parce que la poussée produite par l'hélice est une fonction de la puissance appliquée à l'hélice, c'est-à-dire du couple @ RPM.
Le générateur de gaz d'un turbopropulseur - la partie moteur à réaction - a sa puissance indiquée en pourcentage du couple maximal qu'il peut appliquer à la boîte de vitesses de l'hélice, alors qu'un pur moteur à réaction, dont la poussée résulte du débit d'air massique accélérant à travers le moteur, sa sortie est indiquée par le rapport de pression du moteur, la différence entre la pression d'air entrant et la pression d'air qui sort.
Les turbosoufflantes sont en quelque sorte au milieu des deux, étant en quelque sorte un turbopropulseur avec une hélice à plusieurs pales à pas fixe. Étant donné que le ventilateur est à pas fixe et n'a pas de capacité de régulation de vitesse constante, vous n'avez pas besoin de connaître le couple qui lui est appliqué et il suffit de passer par le régime du ventilateur (N1, indiqué en pourcentage du maximum). Les turbosoufflantes affichent également le régime moteur principal (N2), mais la vitesse du ventilateur N1 est la principale mesure de réglage de la puissance.
Pour les turboréacteurs par rapport aux turbopropulseurs, c'est similaire à la façon dont les avions à piston avec des hélices à pas fixe mesurent simplement le régime turboréacteur, alors que les avions à pistons avec des hélices à vitesse constante doivent afficher le régime et la pression d'admission (MP étant plus ou moins équivalent au couple dans un turbopropulseur).
Je ne sais pas ce que vous entendez par la partie mathématique.
Vous avez écrit dans un commentaire sur la réponse de Dave:
pourquoi vous avez écrit que les turbopropulseurs génèrent de la puissance, alors qu'en écrivant pour les moteurs à réaction, vous avez écrit qu'ils génèrent de la poussée . C'était ma vraie question? Je comprends la mécanique des deux, mais pourquoi est-il intentionnellement écrit différemment? Est-ce que je manque quelque chose?
La question principale que vous essayez de vous poser est donc: quelle est la différence entre la puissance et la poussée?
La puissance et la poussée sont deux mesures différentes de la puissance d'un moteur (tout comme la hauteur et le poids sont deux mesures différentes de la taille d'une personne). Tous les moteurs génèrent de la puissance et tous les moteurs génèrent de la poussée, mais ce sont deux nombres différents avec deux significations différentes.
La poussée est un peu plus facile à décrire. La poussée est souvent mesurée en livres ou en newtons. Si un moteur produit 500 livres de poussée, alors il pousse sur l'avion avec la même force qu'un poids de 500 livres pousserait dessus. La différence est que le moteur pousse vers l'avant tandis que le poids pousse vers le bas.
La puissance de sortie est un peu plus difficile à décrire. La puissance est souvent mesurée en chevaux ou en kilowatts.
Pour les moteurs fusée , la formule de la puissance de sortie est simple:
$$ \ text {puissance de sortie} = \ text {poussée} \ times \ text {vitesse d'échappement}. $$
Malheureusement, la plupart des avions ne sont pas propulsés par des moteurs de fusée, donc cette formule simple ne s'applique plus, cependant. Mais les principes de base sont les mêmes:
La production d’énergie est directement liée à la consommation d’énergie. Si vous faites en sorte qu'un moteur produise plus de puissance, il consommera plus de carburant.
La vraie raison est que, par définition, un moteur à réaction ne produit aucun type de puissance mais produit la force de poussée à la place. Les moteurs à turbopropulseur ne produisent pas de force de poussée mais produisent plutôt une puissance mécanique à travers un arbre et une boîte de vitesses alimentés par ladite puissance soit par une turbine de puissance soit par le noyau à gaz lui-même.
Cet arrangement a davantage à voir avec la façon dont La FAA et d'autres organes directeurs ont défini ces moteurs, pas tellement basés sur la physique. Je suis conscient que les deux moteurs génèrent en fait de l'énergie et de la puissance, c'est juste que nous ne quantifions généralement pas la production d'énergie des moteurs à réaction de cette façon.
Ironiquement, de nombreux turbopropulseurs sont souvent évalués en puissance à l'arbre équivalente (ESHP) il s'agit d'une somme de la puissance mécanique fournie par l'arbre de transmission et de la poussée de réaction créée par les gaz d'échappement des moteurs.
Cela a également des impacts réglementaires. Les pilotes d'avions à réaction n'ont pas besoin d'une mention complexe ou haute performance dans leurs journaux de bord pour enregistrer le temps PIC dans un avion à réaction, mais cela est nécessaire si votre avion est propulsé par une centrale électrique à piston ou à turbopropulseur.
Oau, beaucoup de réponses et presque personne n'aborde le vrai problème.
Les hélices produiront une poussée qui diminue avec l'augmentation de la vitesse. Puisque puissance = poussée x vitesse, cela signifie que les moteurs produiront (plus ou moins) une puissance (presque) constante sur toute la plage de vitesse de l'avion. Compte tenu d'un débit de carburant spécifique, il produira une puissance spécifique (calculable), qui se traduira par une poussée variable en fonction de la vitesse actuelle. Par conséquent, le carburant vous donne de la puissance.
Les moteurs à réaction produiront une poussée constante (presque) quelle que soit la vitesse actuelle de l'avion. Cela signifie que la «puissance» n'est pas vraiment une mesure utile en jet (tous sont évalués à la poussée et non à la puissance), car vous pouvez simplement doubler la vitesse actuelle et le jet produit maintenant deux fois la puissance, même si vous avez pas changé le débit de carburant. Un débit de carburant spécifique vers le moteur à réaction produira une poussée spécifique (calculable), mais il peut produire n'importe quelle quantité de puissance en fonction de la vitesse actuelle de l'avion. Par conséquent, le carburant vous donne de la poussée
C'est parce que dans un turbopropulseur, la quasi-totalité de l'énergie extraite par les turbines du moteur est utilisée pour faire fonctionner une hélice. Tout dépend donc de la puissance nécessaire pour faire tourner l'hélice. Pour mesurer la quantité de force nécessaire pour faire tourner l'hélice, nous utilisons un capteur pour mesurer la quantité de force de torsion agissant sur l'arbre d'hélice. Ce capteur est appelé un capteur de couple et dans presque tous les turbopropulseurs, le couple est l'indication utilisée par les pilotes pour contrôler la puissance du moteur. Mais nous savons tous que selon l'équation de puissance:
Puissance = Couple x RPM
D'après l'équation, nous comprenons que la puissance peut être augmentée en augmentant le couple ou le régime. Alors, comment les pilotes de turbopropulseurs utilisent-ils uniquement le couple pour contrôler la puissance du moteur? Eh bien, c'est simple. Dans un moteur à turbopropulseur typique, les hélices sont à pas variable ou on pourrait dire qu'elles fonctionnent à une vitesse ou un régime constant. Ceci est réalisé par une unité de commande d'hélice (PCU). En termes simples, lorsque le pilote pousse les manettes des gaz vers l'avant et que le couple augmente, le régime reste constant à la valeur de consigne du pilote à l'aide des leviers de condition. La façon dont cela se fait est très simple. Lorsque le pilote augmente la puissance ou le couple, l'hélice essaie de tourner à un régime plus élevé. Mais le PCU le détecte et augmente l'angle des pales d'hélice et le ralentit jusqu'à ce que le régime réglé soit atteint. De même, si vous essayez de contrôler le régime de l'hélice à l'aide des leviers de condition, il y aura un changement de couple. Autrement dit, si vous tirez les leviers de condition (augmentez l'angle des pales) pour réduire le régime de l'hélice, il y aura une augmentation correspondante du couple moteur. Ainsi, à des réglages de couple élevés, vous devez être très prudent car vous pourriez trop serrer le moteur. Lorsque nous réglons la puissance dans les turbopropulseurs et si cela nécessite une réduction du régime de l'hélice, nous réduisons un peu le couple en utilisant d'abord les leviers de puissance avant de réduire le régime en utilisant les leviers de condition. Ceci est particulièrement important, lors du réglage de la puissance de montée après un décollage qui est effectué près du couple moteur maximal autorisé.
Ainsi, dans un moteur turbopropulseur, la combinaison du couple et du régime de l'hélice donne une certaine quantité de puissance de l'arbre (SHP). À plein régime et à plein régime, le moteur produira le SHP maximal. Dans un décollage typique, le moteur produit un SHP qui est très proche de ce SHP maximum.
D'un autre côté, les turbosoufflantes mesurent la puissance de poussée pure. Certains moteurs le mesurent en pourcentage du régime du compresseur basse pression (N1 pour cent). Pourquoi utilisons-nous N1? Parce que le compresseur basse pression ou le ventilateur produit l'essentiel de la poussée d'un turboréacteur à double flux. La quantité de poussée produite par la section chaude est assez faible par rapport à la poussée produite par le ventilateur ou la dérivation. Dans certains autres turboréacteurs dont les anciens turboréacteurs, la mesure de poussée est donnée sous forme de rapport de pression ou plus précisément de rapport de pression moteur (EPR). Il s'agit d'une mesure plus directe de la poussée du moteur, car c'est le rapport entre la pression de sortie du moteur et la pression d'admission.
Je pensais que même la conception du moteur serait un peu différente selon votre application. Pour un turboréacteur pur, vous voulez une poussée maximale vers l'arrière, donc maximiser le couple de rotation d'un arbre n'est pas l'objectif. De l'autre côté du spectre, en passant du turbo ventilateur au turbo prop ou même à l'application de couple maximum comme un générateur à turbine, vous voulez minimiser la poussée et convertir toute l'énergie du gaz d'expansion en couple.
C'est-à-dire pourquoi la plupart des turbopropulseurs utilisent des compresseurs centrifuges à au moins un étage, et les turboréacteurs purs utilisent des compresseurs axiaux. Le premier convertit la majeure partie de l'énergie du gaz en expansion en mouvement circulaire (nous l'appellerons couple) et le second accélère ce gaz en expansion pour une vitesse maximale de l'air / gaz à l'arrière pour la poussée.
Un turbocompresseur dans une voiture Le moteur ou le turbocompresseur d'un moteur d'avion à pistons utilisent des compresseurs centrifuges de la même manière parce qu'ils veulent générer un mouvement circulaire (couple) sur un compresseur d'air pour augmenter la quantité d'oxygène dans la chambre de combustion.
Je ne suis pas bien sûr si c'est correct, parce que j'y ai juste pensé, mais j'ai fait des recherches pour confirmer que les jets purs veulent une poussée, un flux axial et une vitesse de gaz élevée à l'échappement, et les turbopropulseurs veulent du couple, pour transformer un arbre en psru alors une hélice, donc ces moteurs ont différents compresseurs qui convertissent l'énergie en différents types de mouvement.