¿Cuál es el límite teórico de eficiencia para un avión de pasajeros impulsado por combustible para aviones? ¿Y qué tan lejos estamos actualmente?

Answer 1

Las turbinas de gas independientes actuales que se utilizan para generar electricidad tienen una eficiencia térmica de alrededor del 41%. Dado que los motores de los aviones tienen que ser más flexibles en la operación, supongo que su eficiencia es ligeramente menor.

Para aumentar ese número, se pueden hacer un par de medidas:

• Incremento de la temperatura de combustión.
  Límite teórico: ninguno.
  Restricciones: límite de temperatura de los materiales del álabe de la turbina, y a temperaturas más altas aumentará la producción de NOx.
• Aumento de la eficiencia aerodinámica del compresor y la turbina. Límite teórico: 100%. Actualmente estamos en alrededor del 90 +% (compresor) y 80–85% (turbina).
  Restricciones: ondas de choque y pérdidas aerodinámicas en el compresor, pérdidas aerodinámicas y enfriamiento necesario en la turbina.
  Se han desarrollado nuevos materiales (CFRP, cerámica, etc.) y construcción (blisk), sin embargo, aún son caros y tienen sus propios inconvenientes.

Y luego está la eficiencia propulsora: para el mismo empuje, necesitamos menos energía cuando soplamos mucho aire lentamente, en comparación con si soplamos poco aire muy rápido. Para maximizar este tipo de eficiencia, se han desarrollado motores con relaciones de bypass cada vez más altas (p. Ej., Turboventilador con engranaje). Con él, el motor puede soplar más aire frío en el flujo de derivación y menos flujo de aire caliente y rápido del motor central para el mismo empuje. Menos aire caliente en el escape también significa menos consumo de combustible.

Answer 2

No soy ingeniero No sé hasta dónde llegarán los ingenieros al límite.

En mi opinión, las boquillas de combustible de próxima generación y la tecnología de compresores de cámara continuarán siendo áreas importantes de investigación.

Las boquillas de combustible impresas en 3D de GE son impresionantes y quizás son el comienzo de futuras posibilidades.

El ensamblaje de la sección Hot es una obra de arte en sí mismo. Las aleaciones complejas utilizadas son realmente de alto secreto. ¿Pueden soportar más calor? Tal vez.

Siguiente avance; Presión ultra alta: combustión de combustión pobre que consume menos combustible.

Pero no estoy seguro de si alguna de estas ideas es realmente posible. La atomización de combustible solo puede suceder tan rápido. Las leyes de la física no pueden pasarse por alto y los ingenieros ya pueden haber logrado lo que es realmente posible.

Answer 3

Probablemente estamos bastante cerca de los límites teóricos en aerodinámica, pero todavía hay ganancias incrementales que se pueden lograr en la eficiencia del motor y a través de la reducción de peso.

Cada pequeño avance contribuirá a aumentar la eficiencia, por lo tanto, mientras los avances de las ciencias de materiales resulten en una mayor utilización de materiales livianos y la eficiencia del motor continúe mejorando, creo que pasará un tiempo antes de alcanzar rendimientos decrecientes.