Por que as turbinas são mais eficazes do que as hélices dos aviões? [fechadas]
Eu li esta pergunta:
Por que funcionam os motores de turbina?
O compressor gera um determinado volume de ar em alta pressão. Na câmara de combustão, esse ar é aquecido - isso leva a um volume muito maior de ar. Olhando para uma seção da turbina (diminuindo para uma seção menor conforme o estágio do compressor se aproxima do estágio de combustão), vemos que isso incentiva ainda mais o fluxo de massa de alta densidade para o estágio de combustão. No estágio de exaustão, o passo das pás do ventilador é tal que o trabalho é feito pelo ar em movimento rápido sem causar uma grande queda de pressão. Em outras palavras - é "mais fácil" para o ar sair por trás. Mas, uma vez que há muito mais ar saindo pela parte de trás (mais volume adicionado ao queimar combustível), o rápido funcionamento "menos pesado" na saída não impede o motor de produzir potência / empuxo.
Esta é uma explicação muito boa de porque as turbinas funcionam.
Porém, não encontrei nenhuma descrição neste site de por que as turbinas são mais eficazes do que as hélices de aviões. Pelo que entendi, a maioria dos aviões modernos (que voam em altas velocidades) tem turbinas em vez de hélices, e eu nem descobri até que ponto as turbinas são melhores do que as hélices. Pelo que entendi, as turbinas dão mais aceleração do que as hélices, mas não encontrei nenhuma explicação do porquê. Ou o acelerador fornecido por combustível usado é mais eficiente.
Eu encontrei isto:
https://en.wikipedia.org/wiki/Turboprop
Isso combina uma hélice com uma turbina. Mas ainda não dá nenhuma explicação de por que as turbinas seriam mais eficazes do que as hélices (se é que são).
Questão:
- Por que as turbinas são mais eficazes do que as hélices dos aviões?
Respostas
Os motores de turbina não são necessariamente mais eficientes ou úteis do que as hélices. O assunto é complicado; Vou esboçar brevemente as grandes questões aqui.
Se você quiser ser trans ou supersônico, não pode usar hélices porque as pontas da hélice tornam-se transsônicas antes do resto do avião e, quando o fazem, sua eficiência propulsiva cai drasticamente. Os motores a jato são a única saída neste regime operacional.
Se você quiser ir devagar em um avião pequeno, as hélices (movidas por motores a pistão!) São muito mais eficientes do que os jatos, porque quando você reduz o tamanho e empuxo de um motor a jato, sua eficiência propulsiva cai rapidamente e sua operação é tão antieconômica quanto ser não competitivo em comparação com hélices movidas a pistão.
Se você deseja voar alto e rápido em um avião muito grande, a propulsão da hélice movida a pistão é impraticável porque quando você aumenta a escala de um motor de pistão, você escala todos os problemas fundamentais dos motores de combustão interna e eles se tornam não competitivos em comparação com os motores a jato.
Você pode conciliar as vantagens de hélices e turbinas descartando o motor de pistão e usando o motor de turbina para acionar uma hélice; este é um meio de propulsão muito eficiente, contanto que você não precise exceder cerca de 450 MPH.
Finalmente, observe que você pode obter ainda mais eficiência e desempenho de uma turbina movida a hélice dobrando a hélice em uma cobertura anular bem ajustada bem na frente do motor da turbina. Para compensar o menor diâmetro de hélice que isso requer, você adiciona mais pás ao "ventilador" e agora tem o turbofan de desvio alto que atualmente domina o negócio de transporte a jato.
PARA RESUMIR: vôo transsônico e supersônico = sem hélices, apenas turbinas a jato
vôo subsônico rápido, avião grande = turbofan de desvio alto
aviões lentos e pequenos = sem turbinas, pistões e props apenas
aviões de tamanho médio, velocidades subsônicas = turboélices
Há exceções para aviões para fins especiais (como para os militares) onde as compensações entre desempenho, custo de compra e custo de operação são diferentes.