Domanda:
Perché la maggior parte degli aerei militari utilizza motori diversi dagli aerei commerciali?
jwzumwalt
2017-12-17 15:19:31 UTC
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Perché la maggior parte degli aerei e degli elicotteri militari utilizza una tecnologia dei motori diversa (caccia, B52, U2, ecc.) rispetto alla maggior parte degli aerei commerciali? [Ho rimosso l'uso della terminologia assiale]

Salve, i moderni jet da combattimento utilizzano motori turbofan a basso bypass. Non usano più i turbojet. Ciò che distingue i motori di bypass basso dai motori di bypass alto dei moderni aerei di linea è che hanno un flusso di massa inferiore attraverso il condotto di bypass rispetto ai motori degli aerei commerciali. Tuttavia, questo non risponde alla tua domanda, ma spero che chiarisca.
Grazie per il commento. Tuttavia, la mia domanda è ancora perché i militari preferiscono utilizzare diverse tecnologie di motori. E i B52 usano ancora il flusso assiale.
Sembra che tu stia mescolando diversi schemi di classificazione. Il flusso assiale si riferisce a come va il flusso d'aria (è opposto al flusso radiale). Questa è una classificazione di ingegneria meccanica per turbomacchine. Turbojet e turbofan sono tipi di motori aeronautici che differiscono per la presenza o meno di un bypass per l'aria attorno al nucleo del motore. L'attuale modello B52-H sembra avere già motori turbofan. Il modello G avrebbe dovuto essere l'ultimo con motori a turbogetto.
Non capisco la premessa della tua domanda. I JT3D del B-52 sono stati utilizzati anche sugli aerei civili B707 e DC8. Gli elicotteri militari utilizzano gli stessi modelli di turboalbero delle imbarcazioni civili. Altri velivoli militari utilizzano turbofan specifici che soddisfano le specifiche per le loro missioni, proprio come fanno gli altri velivoli civili.
@JWalters Penso che gli mancasse solo una buona panoramica della tecnologia dei motori nel suo contesto storico. Il che ha reso difficile formulare una domanda abbastanza precisa. Ma dovrebbe avere il quadro generale una volta che ha letto tutti i commenti e le risposte.
Correlati: https://aviation.stackexchange.com/questions/17706/how-does-a-supersonic-jet-engine-differ-from-a-subsonic-jet-engine
Cinque risposte:
#1
+24
Peter Kämpf
2017-12-17 23:54:29 UTC
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Quando vengono confrontati aerei militari e civili di velocità simili, i loro motori differiscono principalmente per i loro nomi. È semplicemente troppo costoso sviluppare un tipo civile parallelamente a un tipo militare quando in seguito entrambi vengono utilizzati allo stesso modo. Esempi:

  • Il motore B-52 si chiama J57 ed è stato realizzato da Pratt & Whitney. La stessa azienda ha chiamato questo design JT-3C quando è stato montato sul Boeing 707 e sul DC-8. I modelli successivi utilizzavano uno sviluppo turbofan del J57, il Pratt & Whitney TF33, che era chiamato JT3D per uso civile.
  • La C-5A Galaxy ha aperto la strada ai turbofan con rapporto di bypass di grandi dimensioni con il General Electric TF39, utilizzato sui Boeing 747, DC-10 e A300B come CF6 in seguito.
  • Anche lo stesso aereo a volte userà un nome diverso praticamente per lo stesso motore, a seconda dell'uso: Il T-39 Sabreliner utilizzava il J60 mentre il Sabreliner civile chiamava lo stesso motore JT12.

Ma anche quando il regime di volo è diverso, il riutilizzo dei componenti è comune tra motori civili e militari:

  • Il nucleo del General Electric F101 (installato nel bombardiere B-1A, la prima versione supersonica del B-1) divenne il CFM-56 turboventola utilizzato sul Boeing 737 o sull'Airbus A320.

Il volo supersonico richiede un'elevata velocità dell'ugello, pertanto rapporti di bypass elevati non sono adatti. Tuttavia, le differenze tra i motori sub e supersonici scompaiono man mano che ci si avvicina al nucleo del generatore di gas. Il compressore ad alta pressione, la camera di combustione e la turbina ad alta pressione hanno lo stesso aspetto e funzionano allo stesso modo. I motori civili aggiungono un grande ventilatore davanti mentre i motori militari supersonici a volte aggiungono un postbruciatore. La differenza più grande, tuttavia, è nelle prese (grande presa di Pitot con labbra smussate per aerei subsonici rispetto a prese a picco o rampa regolabili per volo supersonico) e l'ugello (fisso per volo subsonico contro un complesso ugello convergente-divergente regolabile per il volo supersonico.

#2
+17
Koyovis
2017-12-17 16:15:39 UTC
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Due ragioni: età e velocità.

I turboventilatori ad alto bypass esistono solo dagli anni '70: il B-52 è stato uno dei primi aerei militari a reazione prodotti in serie e i turboventola erano semplicemente non in giro in quel momento. Lo stesso per l'U-2.

Molti aerei da caccia diventano supersonici e la spinta del motore a reazione T è definita come $ T = \ dot {m} \ cdot (V_e - V_0) $, con $ V_0 $ il velocità. La velocità di scarico $ V_e $ deve essere superiore alla velocità reale per generare spinta e i turbojet hanno una velocità del flusso di scarico molto più alta rispetto al flusso freddo del turbofan.

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I turboreattori puri sono rumorosi e assetati, e i caccia moderni utilizzano motori a reazione a basso bypass con flussi di scarico misti, come quello raffigurato sopra. Questa configurazione consente ancora l'uso di postbruciatori: la spinta al decollo è dove i turboventilatori ad alto bypass sono particolarmente forti.

#3
+16
Daniel K
2017-12-17 20:40:18 UTC
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Sono d'accordo con tutte le risposte pubblicate finora, in particolare per quanto riguarda la velocità supersonica. Vorrei aggiungere un'altra prospettiva: differenze nelle priorità.

I principali fattori che influenzano la progettazione del motore sono: costo, peso, efficienza del carburante e tempo di risposta (quanto tempo passa da quando il pilota muove l'acceleratore a quando hai il pieno spinta) e manutenibilità. Sia gli operatori militari che quelli commerciali si preoccupano di tutto ciò, ma differiscono su quale è più importante.

Per un operatore commerciale, l'efficienza del carburante ha la meglio su tutto il resto, senza dubbio. La bolletta del carburante per una grande compagnia aerea può ammontare a miliardi di dollari all'anno, quindi risparmiare anche lo 0,1% di efficienza del carburante vale molto per loro. Ecco perché si vedono ventilatori turbo ad alto bypass su tutti i jet commerciali. Questa configurazione è la più efficiente in termini di consumo di carburante. Il compromesso è che una volta che il pilota preme l'acceleratore, ci vogliono un paio di secondi perché l'enorme ventola si accenda. Le compagnie aeree sono disposte a conviverci in cambio di una migliore efficienza del carburante.

I militari si preoccupano dell'efficienza del carburante, ma si preoccupano anche dei tempi di risposta. Quando un pilota di caccia vuole la spinta, vuole la spinta giusta adesso e il costo è secondario. Aspettare qualche secondo affinché il motore risponda potrebbe fare la differenza tra la vita e la morte. Ecco perché vedi postbruciatori sui jet da combattimento. I postbruciatori sono ottimi per darti un'enorme quantità di spinta molto rapidamente. Ma sono enormi divoratori di gas, quindi non li metteresti mai su un jet commerciale.

"E il costo è secondario" potrebbe essere, si spera, "e il costo è la cosa più lontana dalla sua mente". * Qualcuno * potrebbe importare, ma il pilota di certo non dovrebbe essere in quella situazione.
Un altro motivo è la riduzione del rumore. Le compagnie aeree commerciali devono gestire i reclami sul rumore da parte di persone che vivono vicino agli aeroporti. I militari possono in gran parte ignorare tali reclami. Inoltre, le basi militari sono spesso in aree meno popolate, dove ci sono meno persone che possono lamentarsi.
@KRyan La mente del pilota non ha importanza qui. L'ingegnere ha selezionato i motori, e lui è quello a cui importa. (E l'efficienza del carburante è importante anche se non ti interessano i costi: più efficienza significa meno peso del carburante, quindi l'aereo è più reattivo. Inoltre, più tempo in stazione.)
@fectin L'oggetto della frase citata era "un pilota di caccia".
"così non li metteresti mai su un jet commerciale" [Mai dire mai.] (https://en.wikipedia.org/wiki/Concorde)
Ok, quindi quasi mai;)
#4
+6
J. Southworth
2017-12-17 19:13:22 UTC
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Non è universalmente vero che gli aerei militari e commerciali utilizzano motori diversi. Le versioni militare e commerciale del Boeing 707 / C135 utilizzavano motori simili così come le versioni militare e commerciale del DC10.

Gli aerei da combattimento tuttavia sono solitamente alimentati da motori turbofan a basso bypass piuttosto che dai turbofan ad alto bypass utilizzati negli aerei di linea commerciali. I motori a bypass basso sono meno efficienti in termini di consumo di carburante ma sono più compatti e hanno un rapporto spinta / peso più elevato rispetto ai motori a bypass alto, oltre a includere un postcombustore che può essere utilizzato per aumentare la spinta nei periodi critici, anche se a scapito di una maggiore consumo di carburante.

Il design del velivolo da ricognizione Lockheed SR71 "Blackbird" prevedeva motori turbo-ramjet che ad alte velocità generavano la maggior parte della loro spinta nei condotti di bypass che circondano il motore a turbogetto centrale, utilizzando il principio ramjet in in cui l'aria in entrata viene compressa dalla sola pressione del pistone senza l'uso di un compressore.

Il requisito per le velocità massime supersoniche è stato tradizionalmente un fattore importante che ha determinato la scelta dei motori per il combattimento, sebbene tali velocità abbiano in pratica è stato utilizzato abitualmente solo da aerei da ricognizione, in particolare l'SR71. La maggior parte dei caccia con equipaggio usa così tanto carburante nel postbruciatore che questa capacità è usata raramente tranne che per il decollo e durante le manovre con fattori g elevati, quando è necessaria la spinta extra per contrastare la resistenza indotta ad angoli di attacco elevati (AOA). L'F22 Raptor ha tuttavia una capacità di "supercruise" per raggiungere velocità supersoniche senza l'uso del postbruciatore.

#5
+5
Hobbes
2017-12-17 17:23:50 UTC
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Il B-52 e l'U-2 non sono i migliori esempi, entrambi sono modelli di 60 anni che utilizzano motori di 60 anni. Il primo turbofan è volato nel 1952, ma ci è voluto un po 'prima che i turbofan diventassero comuni. Nel 1961, il B-52H divenne il primo B-52 ad avere i turbofan. Negli anni '70, i turboventilatori venivano usati anche nei combattenti.

I moderni combattenti supersonici utilizzano turbofan, ad esempio l'F-22 utilizza il motore P&W F-119 che ha un rapporto di bypass di 0,25. Questo motore può guidare l'F-22 a velocità supersoniche senza utilizzare il suo postbruciatore.

Un altro motivo per cui il B52 è un cattivo esempio è che l'USAF sta riconsiderando la sostituzione degli attuali motori TF-33 su di essi con un modello di dimensioni / prestazioni simile attualmente utilizzato sui jet regionali per ottenere una riduzione del carburante del 30% circa e / o un aumento durata sortita. https://www.defensenews.com/air/2017/02/06/us-air-force-glides-toward-b-52-engine-replacement-plan/


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