PROPULSÃO I Turbojato Análise de Ciclo
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- Thomas Lima
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1 PROPULSÃO I Análise de Ciclo Prof. José Eduardo Mautone Barros mautone@demec.ufmg.br JEMB Prancha 1
2 Definições e Nomenclatura ARP 755A SAE Gas Turbine Engine Notation 2013 JEMB Prancha 2
3 Análise de Ciclo Ideal Entrada de ar Compressor Queimador Turbina Tubeira 2013 JEMB Prancha 3
4 Ideal Análise de Ciclo Ideal Empuxo (F) Consumo (S) Vazão (m 0 ) Cada variação de parâmetro representa um motor diferente 2013 JEMB Prancha 4
5 Ideal Análise de Ciclo Ideal Empuxo (F) 2013 JEMB Prancha 5
6 Ideal Análise de Ciclo Ideal Empuxo (F) Escoamento no queimador 2013 JEMB Prancha 6
7 Ideal Análise de Ciclo Ideal Empuxo (F) Escoamento no queimador 2013 JEMB Prancha 7
8 Ideal Análise de Ciclo Ideal Empuxo (F) O trabalho na turbina e compressor são iguais 2013 JEMB Prancha 8
9 Ideal Análise de Ciclo Ideal Empuxo (F) 2013 JEMB Prancha 9
10 Ideal Análise de Ciclo Ideal Consumo (S) Eficiência térmica (η T ) Eficiência propulsiva (η P ) Eficiência global (η O ) 2013 JEMB Prancha 10
11 Ideal Ideal Sumário de equações Entradas Saídas 2013 JEMB Prancha 11
12 Ideal Ideal Sumário de equações 2013 JEMB Prancha 12
13 Ideal Ideal Exemplo T0 = 216 K γ = 1,4 c p = 1005 J/(kg.K) h pr = 42x10 6 J/kg T t4 = 1500 K Gráficos F x M 0 x π c 2013 JEMB Prancha 13
14 Ideal Ideal Exemplo T0 = 216 K γ = 1,4 c p = 1005 J/(kg.K) h pr = 42x10 6 J/kg T t4 = 1500 K Gráficos S x M 0 x π c 2013 JEMB Prancha 14
15 Ideal Ideal Exemplo T0 = 216 K γ = 1,4 c p = 1005 J/(kg.K) h pr = 42x10 6 J/kg T t4 = 1500 K Gráficos f x M 0 x π c 2013 JEMB Prancha 15
16 Ideal Ideal Exemplo T0 = 216 K γ = 1,4 c p = 1005 J/(kg.K) h pr = 42x10 6 J/kg T t4 = 1500 K Gráficos h x M 0 x π c 2013 JEMB Prancha 16
17 Ideal Ideal Escoamento isentrópico Vazão (m 0 ) Mass Flow Parameter (MPF) 2013 JEMB Prancha 17
18 Ideal Ideal Mass Flow Parameter (MPF) 2013 JEMB Prancha 18
19 no ponto de projeto (on-design) Ciclo 2013 JEMB Prancha 19
20 Desempenho de componentes 2013 JEMB Prancha 20
21 Desempenho de componentes 2013 JEMB Prancha 21
22 Desempenho de componentes 2013 JEMB Prancha 22
23 no ponto de projeto (on-design) Empuxo (F) 2013 JEMB Prancha 23
24 no ponto de projeto (on-design) Empuxo (F) 2013 JEMB Prancha 24
25 no ponto de projeto (on-design) Empuxo (F) Queimador (b) 2013 JEMB Prancha 25
26 no ponto de projeto (on-design) Empuxo (F) Turbina (t) 2013 JEMB Prancha 26
27 no ponto de projeto (on-design) Empuxo (F) Compressor (c) Consumo específico (S) e eficiências 2013 JEMB Prancha 27
28 no ponto de projeto (on-design) Sumário de equações Entradas Saídas 2013 JEMB Prancha 28
29 no ponto de projeto (on-design) Sumário de equações 2013 JEMB Prancha 29
30 no ponto de projeto (on-design) Sumário de equações 2013 JEMB Prancha 30
31 no ponto de projeto (on-design) Sumário de equações 2013 JEMB Prancha 31
32 no ponto de projeto (on-design) Exemplo 2013 JEMB Prancha 32
33 no ponto de projeto (on-design) Exemplo 2013 JEMB Prancha 33
34 no ponto de projeto (on-design) Exemplo 2013 JEMB Prancha 34
35 no ponto de projeto (on-design) Exemplo 2013 JEMB Prancha 35
36 no ponto de projeto (on-design) Exemplo 2013 JEMB Prancha 36
37 fora do ponto de projeto (off-design) Ciclo 2013 JEMB Prancha 37
38 fora do ponto de projeto (off-design) Variáveis independentes e dependentes 2013 JEMB Prancha 38
39 fora do ponto de projeto (off-design) A entrada da turbina e a garganta da tubeira são considerados com escoamento sônico em todas as condições de voo 2013 JEMB Prancha 39
40 fora do ponto de projeto (off-design) Definição de condições corrigidas (independentes das condições de pressão e temperatura ambientes) Referência Pa e 288,15 K 2013 JEMB Prancha 40
41 Referência Pa e 288,15 K 2013 JEMB Prancha 41
42 fora do ponto de projeto (off-design) Empuxo (F) partindo do modelo no ponto de projeto 2013 JEMB Prancha 42
43 fora do ponto de projeto (off-design) Empuxo (F) Consumo específico (S) 2013 JEMB Prancha 43
44 fora do ponto de projeto (off-design) Valores de referência no ponto de projeto (R) 2013 JEMB Prancha 44
45 fora do ponto de projeto (off-design) Escoamento sônico na seção JEMB Prancha 45
46 fora do ponto de projeto (off-design) Sumário de equações Entradas 2013 JEMB Prancha 46
47 fora do ponto de projeto (off-design) Sumário de equações Saídas 2013 JEMB Prancha 47
48 fora do ponto de projeto (off-design) Sumário de equações 2013 JEMB Prancha 48
49 fora do ponto de projeto (off-design) Sumário de equações 2013 JEMB Prancha 49
50 fora do ponto de projeto (off-design) Sumário de equações 2013 JEMB Prancha 50
51 Análise de Ciclo fora do ponto de projeto (offdesign) Sumário de equações 2013 JEMB Prancha 51
52 Análise de Ciclo fora do ponto de projeto (offdesign) Sumário de equações Variação na rotação Variação na área de saída 2013 JEMB Prancha 52
53 fora do ponto de projeto (off-design) Exemplo 2013 JEMB Prancha 53
54 fora do ponto de projeto (offdesign) Exemplo 2013 JEMB Prancha 54
55 fora do ponto de projeto (offdesign) Exemplo 2013 JEMB Prancha 55
56 fora do ponto de projeto (offdesign) Exemplo 2013 JEMB Prancha 56
57 fora do ponto de projeto (offdesign) Exemplo 2013 JEMB Prancha 57
58 fora do ponto de projeto (offdesign) Exemplo 2013 JEMB Prancha 58
59 fora do ponto de projeto (offdesign) Exemplo 2013 JEMB Prancha 59
60 fora do ponto de projeto (offdesign) Exemplo para diferentes níveis de potência (throttle) 2013 JEMB Prancha 60
61 (on-design e offdesign) - Exercício Rolls-Royce Nene (sala) e JetMunt VT-80 (exercício) Calcular para as turbinas nas pranchas seguintes, o empuxo, razão combustível/ar, consumo específico, eficiência térmica e eficiência propulsiva em função da velocidade da aeronave (ciclo ideal e não-ideal) Calcular a vazão mássica nominal do motor Calcular o empuxo, razão combustível/ar, consumo específico, eficiência térmica, eficiência propulsiva, razão de compressão e rotação relativa em função da altitude de voo de 0, 10 e 20 km (ciclo não-ideal fora do ponto de projeto) 2013 JEMB Prancha 61
62 (on-design e off-design) Rolls- Royce Nene 1944 Frank Whittle design 2013 JEMB Prancha 62
63 (on-design e off-design) Rolls-Royce Nene - General characteristics Type: Centrifugal compressor turbojet Length 2458,7 mm, Diameter: 1257,3 mm, Dry weight: 725,7 kg Compressor: 1-stage double-sided centrifugal compressor Combustors: 9 x can combustion chambers Turbine: Single-stage axial Fuel type: Kerosene (R.D.E.F./F/KER) Oil system: pressure feed, dry sump with scavenge, cooling and filtration Maximum thrust: 22,24 kn at rpm at sea level for take=off Specific fuel consumption: 108,04 kg/kn/hr Thrust-to-weight ratio: 0,0315 kn/kg Military, static: 22,24 kn at rpm at sea level Max. cruising, static: 19,39 kn at rpm at sea level Cruising, static: 16,10 kn at rpm at sea level Idling, static: 0,53 kn at 2500 rpm at sea level 2013 JEMB Prancha 63
64 (on-design e off-design) Miniturbina VT JEMB Prancha 64
65 (on-design e off-design) Miniturbina VT JEMB Prancha 65
66 Bibliografia MATTINGLY, J. D. Elements of Gas Turbine Propulsion. New York: MCGraw-Hill, p. OATES, G. C. Aerothermodynamics of Gas Turbine and Rocket Propulsion, AIAA Education Series, AIAA, Washington, DC, p. ROLLS-ROYCE. The Jet Engine. Derby: The Technical Publications Department, Rolls-Royce plc, p JEMB Prancha 66
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