Domanda:
Perché i piccoli aerei non usano motori a turbina (turboelica)?
Jan Hudec
2014-04-21 16:21:07 UTC
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I motori turboelica sono più efficienti nei consumi 1 , più leggeri a parità di potenza, meccanicamente più semplici e di conseguenza più affidabili. Sono anche leggermente più facili da usare (non è necessario armeggiare con la miscela) e bruciano carburante più economico. Di conseguenza hanno sostituito i motori a pistoni in tutti gli aerei da trasporto molto tempo fa. Allora perché non hanno trovato la loro strada su piccoli aerei GA (praticamente tutto ciò che è sopra gli 8-10 posti usa turboelica, ma nella categoria a 4 posti, niente lo fa)?

1 sup > In realtà sembra che mi sia sbagliato. I motori alternativi sembrano essere più efficienti.

[Domanda] simile (http://aviation.stackexchange.com/questions/1389/why-are-propeller-airplanes-still-made).
Se ricordo bene le mie lezioni sulla propulsione, le turbine sono più efficienti del pistone a quote più elevate e quindi non molto più interessanti per i piccoli aerei GA ...
@LudovicC. Pensavo che l'alta quota fosse la parte del getto contro l'elica (non la turbina contro il pistone), e il motivo per cui molti aerei di linea moderni hanno turbofan piuttosto che motori a reazione puri. Credo che molti elicotteri utilizzino motori a turbina, e penso che siano abbastanza contenti di volare basso, o mi manca qualcosa?
@LudovicC .: Questa non è _efficienza_ (energia fornita per unità di carburante) ma potenza. La potenza massima diminuisce più lentamente con l'altitudine per i motori a turbina. Ma poiché diminuisce anche per l'elica, i turbo * eliche * sono generalmente limitati a circa FL250 comunque (mentre i turbojet / turbofan funzionano felicemente sopra FL400). Ma le turbine dovrebbero essere più efficienti (consumano meno carburante per la potenza che stanno fornendo) a tutte le altitudini.
@Jan Hudec: Non dirlo agli equipaggi di aeroplani come il Tu-95! I turboelica possono volare in alto quanto i jet subsonici se progettati correttamente. Il comportamento della potenza sull'altitudine è lo stesso, solo a numeri di Mach elevati le eliche mettono un limite precedente alla velocità massima. Pensa a un turboelica come a un jet con una grande ventola orientata e non condotta.
@PeterKämpf: Certo che _possono_. Solo le eliche diventano incredibilmente enormi (come ha fatto il Tu-95), perché la potenza per unità di area del disco dell'elica è limitata in quota. Le ventole canalizzate hanno altri modi per migliorare l'efficienza e anche il contributo di scarico del nucleo diventa più significativo a velocità più elevate.
Domanda correlata: [Perché gli aeroplani a elica sono ancora fabbricati?] (Http://aviation.stackexchange.com/questions/1389/why-are-propeller-airplanes-still-made)
Il PC-12 ha un soffitto certificato di 30.000 piedi, ma negli Stati Uniti è limitato a FL250 piedi a causa dei requisiti di ossigeno supplementari (http://www.flightsimaviation.com/data/FARS/part_91-211.html). Può essere vero anche per altri turbopropulsori.
Helis utilizza i turboelica per 2 motivi: primo, perché sono più affidabili, e secondo per il rapporto peso / potenza. L'Allison 250 è molto popolare negli elicotteri più piccoli http://en.wikipedia.org/wiki/Allison_Model_250 con un rapporto peso / potenza di 1.838 hp / lb. Il mio TIO-540 ha un rapporto peso / potenza di 0,68 hp / lb. Poiché i costi non sono un fattore globale per gli elicotteri (rispetto agli aeroplani GA), possono utilizzare le turbine.
Si potrebbe sostenere che i turboelica sono più "efficienti" dei pistoni in termini di rapporto potenza / peso piuttosto che di consumo di carburante.
Quattordici risposte:
#1
+20
Peter Kämpf
2014-04-22 03:57:56 UTC
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In primo luogo, i motori a pistoni sono più efficienti dei turboelica, quindi i loro costi operativi sono inferiori. Ciò significa anche che la massa del sistema (motore più carburante) per un viaggio è inferiore una volta superati i piccoli intervalli. In un elicottero, la massa del motore è più importante, perché i tempi di volo medi sono molto più brevi, quindi trovi molti elicotteri con motori turbo e solo pochi con pistoni.

Successivamente, c'è un'infrastruttura ben sviluppata per la manutenzione su quei pistoni, e i nuovi turboelica avrebbero bisogno di nuove infrastrutture costose (persone addestrate, strumenti, pezzi di ricambio ...)

E poi semplicemente non c'è alcun incentivo a sviluppare un nuovo motore GA. La spesa per ottenerla è troppo alta per il mercato piuttosto piccolo. È lo stesso dei motori diesel.

Efficiente in generale o efficiente a quote più basse?
Non credo che l'argomento dello sviluppo si applichi qui. Ai tempi in cui furono sviluppati i motori e gli aerei attuali, le turbine dominavano già il mercato di potenza superiore.
... ma ovviamente il primo argomento è sufficiente. Sembra che i motori alternativi siano davvero [più efficienti] (http://en.wikipedia.org/wiki/Brake_specific_fuel_consumption). (I motori diesel sono ancora più efficienti di quelli a scintilla, ma sono anche un po 'più pesanti).
@egid: Efficiente in generale, se è montato un turbocompressore sufficiente. Più il motore è carico, tuttavia, più convergono i cicli termodinamici dei motori a pistoni e turbo.
I motori @Jan Hudec: Turbo hanno più senso nelle impostazioni di potenza più elevate semplicemente perché gli aeroplani con motori più potenti volano più velocemente. Con un motore a pistoni, la potenza è costante rispetto alla velocità, quindi la spinta va con 1 / v. Le macchine turbo possono sfruttare meglio l'energia cinetica del flusso d'aria, quindi la loro spinta diminuisce meno con la velocità. Una volta che vuoi volare a Mach 0.6 o più veloce, i motori a pistoni non lo tagliano più. A velocità inferiori, le turbine non sono mai state una vera opzione, ad eccezione degli elicotteri.
@PeterKämpf: Sei sicuro che i turboelica a flusso inverso (il tipo più comune, dove l'aria è ruotata di 180 gradi e scorre in avanti attraverso il bruciatore in modo che la turbina di potenza sia nella parte anteriore e abbia l'albero più corto) faccia un uso significativo dell'energia del flusso d'aria? (Certo che i turbojet lo fanno, ma questa è una storia diversa)
@Jan Hudec: Il flusso interno è meno importante, qui conta il design dell'aspirazione. Quanta energia cinetica può essere trasformata in pressione? E questa è meno una questione di progettazione del motore che di integrazione del motore nella cellula. Piegando il percorso del flusso interno si verificherà una certa perdita di pressione, ma si ottiene un motore compatto con meno coppia sull'albero principale. E piegare nuovamente il flusso di uscita ti darà la maggior parte del possibile guadagno di spinta dall'accelerazione del flusso. Ma c'è un motivo per cui il flusso inverso viene utilizzato solo su progetti piccoli e a velocità relativamente bassa.
Inoltre, i motori a flusso inverso hanno un separatore inerziale "incorporato", che rimuove il ghiaccio e il FOD dall'aria di aspirazione. http://i601.photobucket.com/albums/tt96/pivo11/neds%20stuff/tp1.jpg
Mi rendo conto che questo è un commento heli-oriented, ma sto affrontando alcuni commenti heli fatti sopra. La maggior parte degli elicotteri (compresi i più piccoli, come la famiglia MD500) sono dotati di turbine perché sono molto più affidabili e facili da usare nella configurazione monomotore rispetto a un elicottero monomotore a pistoni. Gli elicotteri a pistone vengono utilizzati esclusivamente perché sono più economici, specialmente per l'addestramento e le operazioni commerciali della Parte 119. E nei paesi del terzo mondo, vengono utilizzate turbine helis perché avgas è quasi impossibile da ottenere, ma JetA è abbondante.
Lo stesso nella risposta n. 5 può applicarsi ai motori a combustione rotativa Wankel e ai motori alternativi a valvola singola per l'aviazione generale, ad oggi nessuno può permettersi le spese di certificazione
I piccoli turboelica sono terribilmente inefficienti, a volte bruciano fino al doppio del carburante per HP / Hr di un motore a pistoni di potenza simile. Anche un motore vecchio di mezzo secolo, come un O-540, può ottenere un consumo di carburante specifico di 0,42 lb / Hp / Hr, mentre una turbina C250 Allison / Rolls brucerà 0,8Lb / Hp / Hr in crociera (le turbine ottengono il carburante specifico più basso consumo alla massima potenza). I turboelica molto grandi, come l'Allison / Rolls 2100, possono arrivare fino a 0,4 lb / Hp / Hr ma solo alla massima potenza.
#2
+14
voretaq7
2014-04-21 21:40:48 UTC
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Ciò è probabilmente dovuto all'inerzia della certificazione, almeno in parte:
Un Piper Archer è certificato con un tipo di motore specifico (se scorri verso il basso fino alla pagina 21 del TCDS, tu " vedrò che è un "Lycoming O-360-A4M"). Piper può essenzialmente creare tutti gli arcieri che desidera con il certificato di produzione purché siano conformi al certificato del tipo.

La modifica del motore è una modifica importante al certificato del tipo e richiederebbe più voli di prova di certificazione, documenti cartacei e, in definitiva, denaro dal produttore e le vendite sarebbero incerte (perché sarebbe diverso - Una scuola di volo con 50 aerei tutti alimentati da Lycoming O-360 non vorrà prendere un aereo a turbina, sarebbe un problema di manutenzione).

Vale la pena notare che per una parte della flotta GA che brucia avgas è possibile ottenere guadagni di efficienza simili (o migliori) ai turboprop convertendo dal vecchio stile Motori Lycoming e Continental (che nella migliore delle ipotesi sono la tecnologia dei motori degli anni '60) a motori come il Rotax 912 con moderni sistemi di accensione elettronica e gestione del motore. Un Rotax da 80 CV trascinerebbe un Piper Cub così come un Continental da 80 CV - La barriera è di nuovo in certificazione (e il costo per modificare gli aerei esistenti).


Sul lato tecnico Tra le cose, un motore a turbina è eccessivo per la maggior parte dei piccoli aerei GA. Stiamo parlando di velivoli che di solito richiedono 100-300 cavalli (e se stiamo considerando aerei da addestramento GA leggeri di solito sei al di sotto dei 200 cavalli). Il popolare motore turboelica PT6 inizia a circa 500 cavalli di potenza all'albero e sale da lì.

Inoltre, sebbene un motore a turbina sia un dispositivo relativamente semplice, un turboelica diventa piuttosto complesso: la sezione della turbina gira ancora alla velocità della turbina e sebbene questo non sia un problema per un jet motore su un turboelica potrebbe facilmente far sì che le punte dell'elica raggiungano velocità supersoniche (la gamma operativa "Loud and Inefficient"). Ciò richiede un riduttore per produrre una velocità dell'albero adeguata, che a sua volta richiede la manutenzione del cambio.

No, non condivido l'argomento sulla certificazione. In tal caso, i progetti più recenti sarebbero certificati con le turbine sin dall'inizio. E "più nuovo" non deve essere così nuovo, dal momento che le turbine dominano il mercato ad alta potenza da almeno 60 anni. O almeno vedremmo alcune conversioni. Ma non ce ne sono, quindi deve esserci una ragione tecnica per cui non esistono turbine con meno di ~ 150-200 kW. E non è solo cambio. Anche la maggior parte dei motori alternativi è orientata.
@JanHudec Puoi "comprare" qualunque argomento ti piaccia - In realtà è probabilmente la confluenza di diversi :-) In particolare Re: la certificazione, tuttavia, il semplice fatto è che certificare un componente importante dell'aeromobile (come un motore) è un processo coinvolto: indipendentemente da qualsiasi possibili impedimenti * tecnici *, un nuovo motore turboelica da 200 hp dovrebbe ancora passare attraverso il processo FAR 33 (certificazione del motore) per poter essere utilizzato in un velivolo certificato, anche un progetto "clean-sheet" costruito * per * quello motore. Sono molti soldi e tempo per un ritorno sull'investimento incerto per la società di motori ...
Il motore attualmente in uso doveva passare attraverso quel processo di certificazione e lo ha fatto quando i motori a turbina già dominavano il mercato di potenza superiore. Quindi allora fu presa la decisione di attenersi al motore alternativo per usi a bassa potenza e tale decisione non fu influenzata dalla certificazione perché entrambe le varianti dovevano essere certificate.
@JanHudec la maggior parte, se non tutti, dei potenti motori a pistoni GA (grandi design a 4 e 6 cilindri), sono sviluppi di motori in circolazione dagli anni '40 o '50. Non c'è modo che i motori a turbina abbiano dominato quel periodo di tempo.
A parte i costi di certificazione, i costi di ** progettazione ** non dovrebbero passare inosservati. Progettare un motore a turbina (o qualsiasi altro motore, in realtà) non è una cosa semplice. Fare iterazioni su progetti alternativi esistenti è molto più semplice che iniziare principalmente da zero con una turbina. Progettare e fabbricare dischi per turbine che non volano via è più facile a dirsi che a farsi.
#3
+8
paul
2014-04-22 17:40:20 UTC
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Innanzitutto, per una data potenza nominale, un motore a turbina sarà molto più leggero di un motore a pistoni. Pensa a cosa questo fa per il bilanciamento del velivolo: il muso si allunga MOLTO più lungo, non per accogliere l'hardware messo per mettere il peso dove deve essere. Ovviamente questo vale solo per le conversioni.

In secondo luogo, un motore a turbina costerà molto di più di un motore a pistoni. Le turbine più piccole costano di più per unità di potenza rispetto a quelle grandi, quindi nel complesso pagherai di più per lo stesso risultato. Il motore potrebbe consumare meno carburante nel corso della sua vita, ma devi comunque pagare per questo in anticipo.

Terzo, mentre le turbine in generale richiedono meno manutenzione, quando qualcosa ha un problema il conto non è per i deboli di cuore. E puoi cucinare una turbina abbastanza facilmente.

Quindi, in totale, si tratta solo di soldi. Se ne vuoi davvero uno, Soloy vende un kit di conversione per un Cessna 206 che metterà una turbina Rolls-Royce da 450 CV nel naso e ti farà invidiare da ogni altro proprietario di aerei leggeri nella regione. Il kit parte da $ 275.000. Plus motore. Quindi stai guardando oltre mezzo milione per modificare una cellula che costa un po 'meno di quello. Se hai così tanti soldi di riserva, prendi un MTT Superbike abbinato con una turbina solo leggermente più piccola. Come ha detto Jay Leno, è "la migliore moto in assoluto per far tacere i ragazzi Harley".

#4
+7
KeithS
2015-07-17 22:58:45 UTC
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Ebbene, alcuni lo fanno. Ecco il Marchetti SF.260TP:

enter image description here

Questo è un singolo leggero molto popolare per l'acrobazia aerea, che ha anche visto un uso militare in ruoli CAS e di osservazione. Se sei un fan di Bond, saprai di questo; è apparso in Quantum of Solace. Altri turboelica nella piccola classe monomotore includono:

  • Piper Meridian
  • One Aviation Kestrel
  • Pilatus PC-9, PC-12, PC -21
  • Cessna 208 Caravan / Super Cargomaster
  • Epic EW1000, LT
  • Socata TBM850, TBM900
  • Grob G-120TP

Per quanto riguarda il motivo per cui non tutti i singoli piccoli sono turboelica, le altre risposte ce l'hanno; i turboelica sono meno efficienti in termini di consumo di carburante alle basse altitudini alle quali tipicamente volano i piccoli single (sono ottimi per le altitudini più elevate) e sono una bestia diversa da mantenere. Sono anche più costosi; il Marchetti è un aereo da 1,6 milioni di dollari circa, 3 volte il costo di un Piper Archer 235, anche se non è tutto il motore.

Un altro punto riguardo ai costi: la maggior parte di noi probabilmente sta volando aerei costruiti negli anni '60, se non prima. Il mio Cherokee 180, costruito nel 1966, potrebbe essere acquistato oggi per circa il 2% del costo di quel Marchetti.
I motori a turbina consumano meno carburante a tutte le altitudini. I turboelica più piccoli, come il PT-6 e il TPE-331, in genere ottengono un consumo di carburante specifico per la crociera tra 0,6 e 0,7, mentre un motore di aeromobili a pistoni brucia tra 0,4 e 0,5. Alcuni nuovi motori per aeromobili diesel bruciano solo 0,35 lb / Hp / Hr. Una turbina a gas molto piccola come la Allison Rolls 250-C20 (420 CV) brucerà ovunque da 0,6 -0,9 Lb / Hp / Lb. Le turbine sono più efficienti quando funzionano al 100% della potenza, quindi raggiungono il miglior consumo di carburante ad alta quota.
#5
+6
Urquiola
2015-07-17 02:47:01 UTC
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Direi che la scelta tra un turboelica o un motore alternativo può dipendere dalle tue esigenze di potenza e dal tipo di "missione" che il motore / aereo sopporterà.

Turbine e turboelica, anche con il vantaggio del rapporto peso / potenza, non sono così buoni per quanto riguarda SFC, se lo controlli nelle specifiche www-jet-engine.net turboshaft-turboelica civili, la maggior parte ha un SFC nella gamma di 600 lb / shp / hr, o più.

I motori per aeromobili di distribuzione con valvola a manica singola Harry Ricardo e Roy Fedden hanno fornito il miglior SFC in un motore per aeromobili a benzina: 0,42 lb / BHP / h in un Hercules Centaurus, 3272 cu. pollici, con un peso di 2695 libbre, per una potenza di 3150 HP. Risultati ancora più impressionanti sono stati ottenuti con un Open-Sleeve, che funge da pistone anulare con il 10% dell'area del pistone, trasmettendo il 3% della potenza, in un motore di accensione a compressione a 2 tempi sperimentale di Harry Ricardo. Nessun motore Sleeve-Valve viene prodotto oggi, ma vengono ancora prodotti nuovi manicotti sostitutivi per vecchi motori, lo hanno detto in AEHS, ma non sono riuscito a trovare il venditore di Sleeves per vecchi motori SSV.

Il miglior SFC di sempre. sembra essere ottenuto in un motore ad accensione spontanea, a due tempi, con valvola a manicotto aperto, di Harry Ricardo, a 0,34 lb / HP / h ('Il motore a combustione interna ad alta velocità', 1968 ndr)

A motore a valvola a fungo dei tempi di Bristol Hercules, il Wright R-3350, peso di 2907 libbre, anch'esso raffreddato ad aria, con lo stesso numero di 18 cilindri; 3348 cu. nel.; 2800 HP, utilizzato 0,72 lb / HP / h, ma questo è stato notevolmente migliorato nelle unità Turbo-Compound, che hanno aggiunto 500 libbre di peso in più.

I motori con valvola a manicotto erano noti per la loro affidabilità e bassa usura, le zone di non lubrificazione di TDC e BDC sono state spazzate via dal movimento continuo della manica, il Bristol Hercules aveva un TBO di 3000 ore o più, per 2000 ore TBO nel Wright citato (dati in AEHS e altre fonti). I motori con valvola a manicotto, che non hanno punti caldi nella camera di combustione, possono funzionare con carburante a basso numero di ottani a rapporti di compressione più elevati rispetto ai motori con valvola a fungo.

L'unità sperimentale monocilindrico a benzina da 500 cc con valvola a manicotto costruita di Mike Hewland per uso automobilistico è stato segnalato che aveva un SFC di 0,45 lb / HP / h nella versione da corsa e di 0,39 lb / HP / h nella versione economica (Car&Driver, luglio 1974), funzionante anche con il creosoto.

Una Rolls-Royce Turboprop, la serie Dart RDa 10.1, con 2915 CV e un peso di 1207 libbre, consumava 0,550 libbre / CV / ora.

Non si trovano oggi motori alternativi in ​​potenza è superiore a un certo limite.

Il motore a combustione rotante Wankel, che ha avuto un ampio sviluppo per l'aviazione e altri usi da Curtiss-Wright, John Deere, NASA, NSU-Citroën, Sachs, Aixro, Rolls-Royce, Mazda, aveva un SFC di 0,46 lb / HP / h con un peso di circa 210 lb per una potenza di circa 120 HP, versione per auto da strada, come riportato in un primo Mazda NA Wankel Engine, 2 rotore, raffreddato a liquido, un Wankel funzionerà senza fatica con benzina senza piombo circa 80-90 ON, anche con il 10% di gasolio, che fornisce un SFC più basso e temperature di funzionamento e carico termico ridotti, un po 'di olio lubrificante aggiunto al carburante e le camere di lavoro sono sempre utilizzate in Wankels, senza bisogno di cambiare l'olio lubrificante.

Un importante passo avanti è stato ottenuto di recente presso l'Università della Florida, dove hanno dimostrato che l'aggiunta di: "Heat Pipes", per il raffreddamento dell'alloggiamento e delle piastre laterali di un motore UAV UEL a rotore raffreddato a carica precedentemente raffreddato ad aria, ha ridotto la temperatura massima a un solo 129 ° C, e la differenza di temperatura massima tra le parti del motore a 18 ° C, l'uso di: 'Heat Pipes' per il raffreddamento degli RCE Wankel, come erano usati nei satelliti, può essere un enorme passo avanti nei motori a combustione rotativa, poiché elimina la maggior parte se non tutte le differenze di dilatazione termica tra le parti del motore, rendendo molto più facile la progettazione e la costruzione, migliorando anche l'affidabilità, da una ridotta usura, aumentando la potenza, riducendo le emissioni e aumentando il risparmio di carburante. Chi potrebbe chiedere di più?

Gli standard per i motori alternativi per aviazione erano di circa 1 kg / HP per rapporto peso / potenza e 250 gr / HP / ora SFC.

Nessuna combustione rotativa Wankel Il motore sembra aver ottenuto ancora una certificazione FAA per un uso regolare dell'aviazione generale, anche quando è considerato più sicuro dei motori alternativi, i guasti Wankel RCE tendono a non essere totali e istantanei come nei motori alternativi, un funzionamento residuo temporaneo di potenza inferiore consentirebbe un atterraggio più sicuro opportunità, questo problema di sicurezza è stato affrontato da qualcosa di vicino ai concetti di base di un'auto ibrida da Axteraerospace.com

Questo è un esempio di Turbine for General Aviation costruito in Argentina, la disposizione di base ricorda la prima Turbine by Hans Joachim Pabst von Ohain

#6
+5
user2284452
2014-11-21 21:33:37 UTC
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Fortunatamente questo stereotipo sta cambiando, anche se lentamente. Lo sviluppo di piccoli motori GA è stato bloccato per generazioni ed è bello vedere un numero di nuove start-up che danno la spinta al cambiamento. Il TP100 Turboprop di PBS è una volta tale prodotto. Spero davvero che raggiungano il loro potenziale e portino il prodotto sul mercato, anche se solo a feste sperimentali. Continental sta sviluppando in modo aggressivo i suoi nuovi motori diesel e lancerà una nuova unità da 230 CV nel prossimo anno. È già in fase di test in Cina. Se hanno ragione, sarà un assassino Lycoming. Hanno già iniziato le conversioni con la versione da 155 hp in Cessnas.

Uno dei motivi per cui le turbine di potenza inferiore (150-250 hp) non sono state sviluppate più rapidamente è che i piloti GA non hanno spinto per loro. Sanno che consumano più carburante, anche se il rapporto peso / potenza è di gran lunga superiore. I costi di esercizio li fanno nascondere in un angolo.

RR / Allison ha fatto uno sforzo per rinfrescare la vecchia 250 con una moderna turbina che avrebbe fatto appello alla folla di Cirrus ma si è ritirata quando la crisi finanziaria del 2008 ha colpito. Il problema con aziende come Allison è che i loro costi di sviluppo sono alle stelle.

Il cambiamento in questo spazio richiederà il coraggio delle piccole anatre del mondo. Molti dei quali stanno ora iniziando ad apparire sulla scena. C'è una ben nota carenza di 100LL in tutto il mondo e presto anche qui negli Stati Uniti. Questo e il prezzo elevato di trasportare questa boutique (non spedita in oleodotti) alimenteranno il mercato di questi nuovi prodotti.

Non c'è scienza missilistica al lavoro qui. È una vecchia tecnologia (anche se con un po 'di intervento elettronico) che ha solo bisogno di un mercato in cui crescere. Oggi ci stiamo muovendo verso quel mercato. Abituati e valuta la possibilità di lanciare quel vecchio Lyc.

Quando Ford e GM hanno sperimentato le turbine delle automobili, il risparmio di carburante era estremamente basso e gli utensili costavano lo stesso, senza commentare le emissioni di scarico
Non sono solo il risparmio di carburante e le emissioni a indurre le case automobilistiche a evitare le turbine. La richiesta di potenza in rapida fluttuazione nei veicoli stradali sembra essere stata una ragione ancora più forte per attenersi a motori a inerzia inferiore. Quando il semaforo diventa verde, non vuoi aspettare che la tua Ford si sia riavviata!
#7
+4
barit1
2014-12-12 20:07:02 UTC
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L'impatto sui costi di un turboelica è stato sottovalutato in molte delle risposte precedenti.

I rotori delle turbine sono soggetti a temperature molto elevate mentre girano a regimi molto elevati; la forza G su una pala di turbina è sufficiente per far lacrimare gli occhi. A causa di un minuto difetto di fabbricazione, errore operativo o affaticamento del metallo, una lama lascia andare; poi lacererà il carter del motore in acciaio, qualsiasi sfortunato impianto idraulico di olio o carburante, quindi attraverso il cappuccio di alluminio. Il produttore spenderà centinaia di migliaia di dollari per evitare che ciò accada e dovrà recuperare quel costo dalle vendite del motore.

E questo è solo per una lama rotta, del peso forse di poche once.

Se un disco del rotore molto più pesante si rompe per la fatica, potrebbe vedere l'aereo in due.

Quindi sì, una turbina brucia meno carburante, ma più galloni di un recipiente. Puoi vedere che ci sono pro e contro!

Il carburante più economico può essere utilizzato anche in un diesel e in modo più efficiente.
#8
+4
Matt
2016-01-05 15:06:38 UTC
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Un'altra cosa da ricordare sul consumo di carburante specifico di un motore a turbina è che dipende MOLTO dalle dimensioni del motore. Le piccole turbine a gas (del tipo che può essere utilizzato in piccoli aerei privati) sono intrinsecamente inefficienti perché non possono eseguire i tipi di rapporti di pressione richiesti per un'efficienza elevata. Ad esempio, un PW119B da 2180 HP ha un rapporto di pressione di 13,2: 1 e un SFC di .49. Aumenta fino a un Europrop TP400-D6 da 11000 HP e il rapporto di pressione sale a 25: 1. SFC scende a .39. E il GE LM6000 da 56300 CV (un turboshaft marino e di generazione di energia basato sul turbofan CF6) ha un rapporto di pressione di circa 32: 1 e un SFC di .32. Per questo motivo, i motori a pistoni hanno un vantaggio di efficienza del carburante a basse potenze, ma uno svantaggio di efficienza del carburante a potenze elevate. I motori a pistoni sono quindi preferiti nei piccoli aerei per questo motivo e per il costo iniziale. Ma le turbine hanno MOLTO più senso negli aerei più grandi sia per la loro maggiore efficienza rispetto ai grandi motori a pistoni che per i ridotti costi di manutenzione.

Qualcuno ha menzionato gli elicotteri qui. E gli elicotteri sono un animale completamente diverso. Una caratteristica fondamentale degli elicotteri è il fatto che richiedono MOLTA potenza su base continuativa. Ciò richiederebbe un enorme pedaggio sui motori a pistoni in termini di affidabilità (pensa a quanto tempo durerebbe un motore di un'auto se lo guidassi costantemente a tutto gas), ma non è un problema per una turbina. Le turbine sono anche più piccole e più leggere (mai visto un Sikorsky Mojave con i suoi motori a pistoni ridicolmente enormi)? Tutti questi fattori rendono le turbine MOLTO più pratiche dei motori a pistoni degli elicotteri.

#9
+3
swampyankee
2016-05-17 00:56:22 UTC
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Matt ha capito molto bene.

I compressori dinamici e le turbine tendono a diventare meno efficienti al diminuire delle loro dimensioni, a causa degli effetti numerici di Reynolds e dei limiti sui materiali e sulla produzione. Per ottenere un buon rapporto di pressione di stadio in un compressore, è necessaria una velocità di punta di almeno 300 m / s; superiore a 500 m / s non è inaudito. Poiché l'accelerazione centripeta è inversamente proporzionale al raggio a velocità di punta costante, i carichi centripeti possono essere troppo elevati per la maggior parte dei materiali. I giochi delle punte devono essere piccoli - circa l'1% della corda della punta - per la migliore efficienza, le alte temperature richiedono lame e alette raffreddate nella parte calda, e questo significa che le lame e le alette devono avere passaggi di raffreddamento all'interno della lama. Questo è più facile in un PW4084 che in un Allison 250, poiché le lame del PW sono molto più grandi.

#10
+3
Carlo Felicione
2016-07-21 10:50:33 UTC
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In realtà oggigiorno hanno un certo numero di aeromobili a turbina più piccoli. E i kit di conversione STC a turbina per gli aerei GA esistenti sono popolari: il P210 Riley Rocket viene subito in mente così come il PA-46 JetProp più velivoli sperimentali di fascia alta come Lancair Evolution e IV-P Turbine. Queste conversioni di turbine offrono tutti i vantaggi sopra elencati, ma con un consumo di carburante maggiore.

La deterrenza primaria contro un intero mercato di turbina GA sono i costi operativi più elevati e le prestazioni eccessive per un neofita o un volantino occasionale.

#11
+2
George Heddy
2015-11-08 06:56:31 UTC
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È molto più costoso costruire un motore a turbina che un motore a pistoni. È possibile costruire motori a turbina con un TBO più lungo di un motore a pistoni, compensando parzialmente tale costo, ma questo è più importante per gli utenti che hanno un elevato utilizzo di aeromobili all'anno. Si tende a vedere motori a turbina utilizzati in operazioni commerciali, migliaia di ore all'anno e pistoni in operazioni private centinaia di ore all'anno. Man mano che i motori diventano più grandi e più potenti, i motori a pistoni diventano più costosi e complessi perché sono limitati dai colpi del motore. Quindi le turbine dominano a dimensioni maggiori per tutti gli utenti. È tutto guidato dai dollari. Niente dollari, niente Buck Rodgers.

Vuoi condividere alcune specifiche (inclusi i riferimenti) su come la detonazione del motore limita le dimensioni del motore a pistoni? Dopotutto, [questi ragazzi] (https://en.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rtsil%C3%A4-Sulzer_RTA96-C) sono riusciti a gestire oltre 107.000 HP con un motore a pistoni ...
#12
+1
alex
2014-12-27 23:49:53 UTC
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I piccoli aeromobili non hanno bisogno dell'unico vantaggio offerto dal turboelica: più rapporto potenza / peso Un turboelica è più combinabile di un motore a pistoni per rapporti potenza / peso inferiori Non risparmierà così tanto peso rispetto a un motore a pistoni di piccola cilindrata da molto del peso comprende altre parti del sistema di propulsione oltre al motore (ingranaggi, sistemi di alimentazione, raffreddamento, sistema di carica, elica, ecc.) e una turbina consuma sempre più carburante.

#13
+1
Matt
2016-01-06 15:34:55 UTC
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Riguardo alle questioni relative ai colpi che limitano le dimensioni dei motori a pistoni e dei motori diesel marini da 107000 HP, i colpi non sono un problema. Piuttosto, la limitazione sulle dimensioni dei motori a pistoni è DIMENSIONE FISICA. Anche l'affidabilità è un problema poiché il numero di parti in movimento alternativo sale alle stelle. Ma le dimensioni sono ciò che uccide VERAMENTE l'affare quando si tratta di motori a pistoni. Nell'altro mio post ho menzionato il Sikorsky Mojave. Quell'elicottero sembra decisamente bizzarro a causa dei grandi baccelli che sporgono da ogni lato della fusoliera. Questi pod contengono ciascuno un Pratt da 2100 HP e un Whitney R-2800. In confronto, i 5000 HP Honeywell T-55 su un Chinook sembrano quasi dei giocattoli. Se si volesse alimentare un Boeing 747 con motori a pistoni, ogni motore dovrebbe probabilmente avere le dimensioni di un aereo di dimensioni decenti per produrre i ~ 55000-60000 HP che ogni CF-6 produce (si consideri quanto è grande l'R-4360, il più grande motore a pistoni per aeromobili di produzione era, e raggiunse circa 4000 HP). Il motore marino 107000HP ne è un esempio estremo. Questi motori sono letteralmente chiamati "motori cattedrale" e sono all'altezza di quel nome con fori da 38 pollici. Sì, può produrre circa la stessa potenza di due CF-6. Ma questi motori sono grandi quanto suonano e non sono esattamente materiali per aerei. D'altra parte, le dimensioni non sono tanto un problema in una nave oceanica. E l'affidabilità non è male per questi motori poiché le grandi dimensioni significano che è possibile utilizzare un numero inferiore di componenti super grandi.

#14
+1
Pugz
2016-05-17 10:43:27 UTC
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Per me, la risposta sono i soldi. Un motore a turbina P&W PT-6 ti costerà tra \ $ 500.000 USD e \ $ 750.000 USD per essere revisionato. Un motore a pistoni turbocompresso, anche molto costoso, non costerà più di circa $ 50.000 USD per la revisione. Oltre a questo, per alcune missioni come le operazioni sull'acqua / montagna, prenderei il consumo di carburante per l'affidabilità e il risparmio di peso in un piccolo aereo, anche se puoi aspettarti di bruciare da 2 a 3 volte più carburante in un piccolo turbina contro un grande pistone. Si noti che ci sono molti tipi di pistoni che hanno STC disponibili per sostituire il motore a pistoni standard con un pistone aftermarket, ma come ho detto i costi sono relativamente astronomici per farlo. Ad esempio, il Silver Eagle Cessna 210. http://www.onaircraft.com/the-planes/the-silver-eagle-ii/

Giusto per essere chiari. Sebbene sia vero che le piccole turbine sono molto meno efficienti dei piccoli motori a pistoni degli aerei, la differenza non è 2-3 volte. Potrebbe anche essere vero che un Pilatus PC-12 brucia 2-3 volte più carburante di un Cessna 210 o Piper Malibu, che Pilatus è un aereo molto più grande, più veloce, che trasporta molto più carico. Un Cessna 210 con un motore a turbina al posto del motore a pistoni, brucia più carburante alla stessa velocità, ma solo circa il 30% in più, ad esempio.


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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