PROPULSÃO I Análise de Ciclo Prof. José Eduardo Mautone Barros mautone@demec.ufmg.br www.mautone.eng.br 2013 JEMB Prancha 1
Definições e Nomenclatura ARP 755A SAE Gas Turbine Engine Notation 2013 JEMB Prancha 2
Análise de Ciclo Ideal Entrada de ar Compressor Queimador Turbina Tubeira 2013 JEMB Prancha 3
Ideal Análise de Ciclo Ideal Empuxo (F) Consumo (S) Vazão (m 0 ) Cada variação de parâmetro representa um motor diferente 2013 JEMB Prancha 4
Ideal Análise de Ciclo Ideal Empuxo (F) 2013 JEMB Prancha 5
Ideal Análise de Ciclo Ideal Empuxo (F) Escoamento no queimador 2013 JEMB Prancha 6
Ideal Análise de Ciclo Ideal Empuxo (F) Escoamento no queimador 2013 JEMB Prancha 7
Ideal Análise de Ciclo Ideal Empuxo (F) O trabalho na turbina e compressor são iguais 2013 JEMB Prancha 8
Ideal Análise de Ciclo Ideal Empuxo (F) 2013 JEMB Prancha 9
Ideal Análise de Ciclo Ideal Consumo (S) Eficiência térmica (η T ) Eficiência propulsiva (η P ) Eficiência global (η O ) 2013 JEMB Prancha 10
Ideal Ideal Sumário de equações Entradas Saídas 2013 JEMB Prancha 11
Ideal Ideal Sumário de equações 2013 JEMB Prancha 12
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
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
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
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
Ideal Ideal Escoamento isentrópico Vazão (m 0 ) Mass Flow Parameter (MPF) 2013 JEMB Prancha 17
Ideal Ideal Mass Flow Parameter (MPF) 2013 JEMB Prancha 18
no ponto de projeto (on-design) Ciclo 2013 JEMB Prancha 19
Desempenho de componentes 2013 JEMB Prancha 20
Desempenho de componentes 2013 JEMB Prancha 21
Desempenho de componentes 2013 JEMB Prancha 22
no ponto de projeto (on-design) Empuxo (F) 2013 JEMB Prancha 23
no ponto de projeto (on-design) Empuxo (F) 2013 JEMB Prancha 24
no ponto de projeto (on-design) Empuxo (F) Queimador (b) 2013 JEMB Prancha 25
no ponto de projeto (on-design) Empuxo (F) Turbina (t) 2013 JEMB Prancha 26
no ponto de projeto (on-design) Empuxo (F) Compressor (c) Consumo específico (S) e eficiências 2013 JEMB Prancha 27
no ponto de projeto (on-design) Sumário de equações Entradas Saídas 2013 JEMB Prancha 28
no ponto de projeto (on-design) Sumário de equações 2013 JEMB Prancha 29
no ponto de projeto (on-design) Sumário de equações 2013 JEMB Prancha 30
no ponto de projeto (on-design) Sumário de equações 2013 JEMB Prancha 31
no ponto de projeto (on-design) Exemplo 2013 JEMB Prancha 32
no ponto de projeto (on-design) Exemplo 2013 JEMB Prancha 33
no ponto de projeto (on-design) Exemplo 2013 JEMB Prancha 34
no ponto de projeto (on-design) Exemplo 2013 JEMB Prancha 35
no ponto de projeto (on-design) Exemplo 2013 JEMB Prancha 36
fora do ponto de projeto (off-design) Ciclo 2013 JEMB Prancha 37
fora do ponto de projeto (off-design) Variáveis independentes e dependentes 2013 JEMB Prancha 38
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
fora do ponto de projeto (off-design) Definição de condições corrigidas (independentes das condições de pressão e temperatura ambientes) Referência 101325 Pa e 288,15 K 2013 JEMB Prancha 40
Referência 101325 Pa e 288,15 K 2013 JEMB Prancha 41
fora do ponto de projeto (off-design) Empuxo (F) partindo do modelo no ponto de projeto 2013 JEMB Prancha 42
fora do ponto de projeto (off-design) Empuxo (F) Consumo específico (S) 2013 JEMB Prancha 43
fora do ponto de projeto (off-design) Valores de referência no ponto de projeto (R) 2013 JEMB Prancha 44
fora do ponto de projeto (off-design) Escoamento sônico na seção 8 2013 JEMB Prancha 45
fora do ponto de projeto (off-design) Sumário de equações Entradas 2013 JEMB Prancha 46
fora do ponto de projeto (off-design) Sumário de equações Saídas 2013 JEMB Prancha 47
fora do ponto de projeto (off-design) Sumário de equações 2013 JEMB Prancha 48
fora do ponto de projeto (off-design) Sumário de equações 2013 JEMB Prancha 49
fora do ponto de projeto (off-design) Sumário de equações 2013 JEMB Prancha 50
Análise de Ciclo fora do ponto de projeto (offdesign) Sumário de equações 2013 JEMB Prancha 51
Análise de Ciclo fora do ponto de projeto (offdesign) Sumário de equações Variação na rotação Variação na área de saída 2013 JEMB Prancha 52
fora do ponto de projeto (off-design) Exemplo 2013 JEMB Prancha 53
fora do ponto de projeto (offdesign) Exemplo 2013 JEMB Prancha 54
fora do ponto de projeto (offdesign) Exemplo 2013 JEMB Prancha 55
fora do ponto de projeto (offdesign) Exemplo 2013 JEMB Prancha 56
fora do ponto de projeto (offdesign) Exemplo 2013 JEMB Prancha 57
fora do ponto de projeto (offdesign) Exemplo 2013 JEMB Prancha 58
fora do ponto de projeto (offdesign) Exemplo 2013 JEMB Prancha 59
fora do ponto de projeto (offdesign) Exemplo para diferentes níveis de potência (throttle) 2013 JEMB Prancha 60
(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
(on-design e off-design) Rolls- Royce Nene 1944 Frank Whittle design 2013 JEMB Prancha 62
(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 12300 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 12300 rpm at sea level Max. cruising, static: 19,39 kn at 12000 rpm at sea level Cruising, static: 16,10 kn at 11500 rpm at sea level Idling, static: 0,53 kn at 2500 rpm at sea level 2013 JEMB Prancha 63
(on-design e off-design) Miniturbina VT80 2013 JEMB Prancha 64
(on-design e off-design) Miniturbina VT80 2013 JEMB Prancha 65
Bibliografia MATTINGLY, J. D. Elements of Gas Turbine Propulsion. New York: MCGraw-Hill, 1996. 960p. OATES, G. C. Aerothermodynamics of Gas Turbine and Rocket Propulsion, AIAA Education Series, AIAA, Washington, DC, 1988. 456p. ROLLS-ROYCE. The Jet Engine. Derby: The Technical Publications Department, Rolls-Royce plc, 1986. 278p. 2013 JEMB Prancha 66