Questão:
Os motores de turbina em aeronaves multimotores giram em direções opostas para compensar o torque?
cfx
2014-01-08 06:13:37 UTC
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Não sou um aviador, acho que me considero um entusiasta. Eu também sou um louco por física. Sempre me perguntei sobre isso, mas também temo que minha pergunta feita a uma tripulação de uma linha aérea comercial me leve às suítes do Homeland Security.

Em helicópteros, o torque ao longo do eixo vertical é contrabalançado por um rotor de cauda menor (ou um rotor principal duplo girando na direção oposta).

Minha pergunta é se as turbinas / ventiladores de aeronaves a jato multimotores giram na mesma direção. Ou seja, o motor de bombordo e o motor de estibordo giram uniformemente no sentido horário ou anti-horário?

Parece que se fosse esse o caso, a manutenção poderia ser mais fácil, mas criaria alguma instabilidade ao longo do eixo longitudinal da estrutura devido ao torque e braços de momento.

Acompanhamento: eu acho, então, que a aeronave com hélice de motor único utiliza predefinições de compensação para compensar o torque longitudinal gerado por sua hélice - correto?

Quatro respostas:
#1
+37
Peter Kämpf
2014-06-21 16:10:36 UTC
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O torque é menos problemático devido ao amortecimento de rotação eficaz de uma asa, mas os efeitos do giroscópio e a lavagem da hélice são importantes. Os efeitos giroscópicos se tornaram um problema com os motores rotativos na Primeira Guerra Mundial. Um motor rotativo tem seu virabrequim fixado ao avião e tanto o bloco do cilindro quanto a hélice giram. Isso proporciona melhor resfriamento em baixa velocidade e produz um efeito de volante, para que o motor funcione com mais suavidade. Mas quando você boceja, o efeito giroscópio empurra a aeronave para cima ou para baixo, então qualquer manobra precisa se torna muito difícil.

Com o aumento da potência do motor em 1916 e 1917, esse efeito se tornou tão severo que motores com engrenagens foram desenvolvidos onde os cilindros giram em uma direção e a hélice na direção oposta. Como conseqüência, a hélice tinha apenas metade da rotação no ar do que o bloco de cilindros. Isso proporcionou grande eficiência da hélice, mas também grandes diâmetros da hélice, portanto, os aviões com esses motores precisavam de um trem de pouso alto. Abaixo está uma foto de um Roland D XVI com um motor rotativo contra-rotativo Siemens & Halske III de 1918 ( fonte). Esta foi uma aeronave de caça excelente para a época, quase sem acoplamento de giroscópio.

Roland D XVI

Hoje, as aeronaves de hélice de alta potência tendem a usar motores idênticos, mas para canhotos e destros caixas de câmbio para que as hélices funcionem em ambas as direções. Isso é menos devido aos efeitos do giroscópio e principalmente para produzir características de estol benignas. O prop wash de uma hélice aumenta o ângulo de ataque local na asa de um lado e diminui no outro lado, de modo que a asa estolará primeiro no lado com maior ângulo de ataque. Se este lado estiver sempre à direita das hélices, a aeronave rolará para a direita em um estol. No período da Segunda Guerra Mundial, uma série de aeronaves multimotoras usaram motores de giro à esquerda e à direita para cancelar o efeito de lavagem da hélice.

Com jatos, as inércias giratórias são muito menores porque os diâmetros são menores. Mas há uma exceção: o motor Bristol-Siddeley Pegasus dos jatos de salto Kestrel, Harrier e AV-8B precisa ter o carretel de baixa pressão na direção oposta do carretel de alta pressão para equilibrar seu giroscópio efeitos. Se esse não fosse o caso, um movimento de guinada produziria um movimento de inclinação e vice-versa. Quando você se senta em um jato, cujo empuxo é equivalente ao seu peso, inclinar o jato para frente ou para trás apenas levemente produzirá uma mudança rápida de sua localização, portanto, qualquer manobra em pairar se tornará extremamente difícil.

USMC AV-8B Harrier in hover

USMC AV-8B Harrier em foco (imagem fonte)

Uma boa perspectiva histórica e elogios extras por discutir a arte do vtol.
#2
+31
xpda
2014-01-08 07:24:13 UTC
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Os motores dos aviões viram na mesma direção. O torque não é um problema tanto em jatos quanto em hélices.

Muitos aviões de hélice multimotores têm hélices que giram em direções opostas. Em motores de turbina, isso pode ser feito em uma caixa de engrenagens para permitir que o mesmo motor seja usado em ambos os lados.

Alguns motores de turbina, como o PT6, têm duas turbinas girando em direções opostas, mas o atrito da hélice produz torque adicional em uma direção.

Aviões com um motor às vezes têm o motor montado em um pequeno ângulo para reduzir o efeito do propwash (e talvez o torque?). O propwash causa desequilíbrio em baixa velocidade e alta potência quando a lâmina descendente tende a empurrar o ar para baixo sobre a asa daquele lado, e vice-versa para a lâmina ascendente.

Imediatamente após a decolagem, o leme de um o avião monomotor é normalmente deprimido, até certo ponto, para compensar o torque desigual e o propwash. Isso pode ser feito manualmente, com ajustes de compensação ou ambos.

Em velocidades mais altas, o efeito do torque da hélice não é tão perceptível porque as asas são mantidas "mais firmemente" pelo fluxo de ar.

Saúde, obrigado pela explicação extensa. "O torque não é tanto um problema nos jatos quanto nos propulsores" ... isso se deve à maior massa (no caso de um avião) ser influenciada pelo torque?
Boa resposta! Eu gosto, nem mesmo para corrigi-lo, mas talvez para torná-lo mais simples em um ponto. No final, você escreveu que o efeito não é perceptível, ou menos perceptível em velocidades mais altas. Isso ocorre simplesmente porque a aeronave está na faixa de velocidade ideal projetada, onde foi construída e adaptada. Veja, por exemplo, compensadores fixos anexados adicionalmente no leme - essas alterações são normalmente feitas durante o teste de vôo quando eles percebem que seu projeto não está tão bem quanto eles esperavam;)
Acho que é mais uma questão de fricção de ar rotacional do que de massa. A massa só importaria durante a aceleração. As lâminas da hélice têm um raio maior (por tamanho de avião), portanto, mais torque do ar para uma determinada potência. Além disso, atrás dos ventiladores do compressor de um jato, existem palhetas para endireitar o fluxo de ar longitudinalmente, fazendo com que o ar saia do jato com menos rotação. Isso reduziria o torque do ar.
Bom ponto, @falk.
Falk, há outro fator em ação aqui. Quando as velocidades são baixas, o avião a hélice tem um ângulo de convés alto (ângulo entre a direção do voo e o piso do avião. Em outras palavras, ele está voando alto. Quando isso é verdade, a lâmina descendente tem um ângulo significativamente maior de ataque do que a lâmina ascendente. Portanto, a lâmina descendente produz mais impulso. Isso tende a virar o nariz do avião para a esquerda (na maioria dos aviões), exigindo leme direito para manter o vôo reto. À medida que a velocidade aumenta e o ângulo do convés diminui, ambos os lados do prop pull continuaram uniformemente
para que a pressão no pedal do leme seja relaxada.
#3
+11
Falk
2014-01-08 10:42:52 UTC
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Vamos dar uma resposta curta e rápida em relação aos jatos: é tudo uma questão de eficiência.

Se uma parte de um motor for danificada, o motor provavelmente será substituído e reparado enquanto a aeronave estiver voando com outra motor. Um motor girando no sentido horário e um motor girando no sentido anti-horário são dois motores diferentes. Vamos fazer algumas considerações econômicas agora: é mais eficiente ter apenas um motor extra para usar independentemente de qual motor falhou ou se você precisar de um motor extra para cada lado? Claramente, a solução de manutenção mais econômica é garantir que ambos os jatos, independentemente do lado da fuselagem a que se fixam, sejam idênticos e, portanto, intercambiáveis.

Falando como alguém que não é um cientista, o efeito do torque nos motores a jato na verdade, é insignificante.

Que tal adereços? O maior fator que afeta os suportes é que uma lâmina ascendente oferece menos sustentação (na direção para frente) do que a lâmina descendente. Se você agora escolher dois motores girando na mesma direção e conectá-los às asas de uma aeronave, um lado terá a lâmina descendente externa e, do outro lado, ela ficará interna - agora você tem um motor crítico. Se o motor onde a lâmina descendente está interna (motor crítico) falhar, ele criará uma guinada maior do que se o outro motor falhar. Agora você precisa avaliar se a segurança e o projeto estrutural permitem que você tenha dois motores girando na mesma direção.

Ugh. Você pode revisitar seu segundo parágrafo? Você realmente quer dizer que um jato será substituído "durante o vôo?"
Bem, isso seria um trabalho de manutenção incrivelmente bom, mas provavelmente não administrável. Acho que todos podem entender o que eu queria dizer, mas se você tiver palavras melhores para descrever, fique à vontade para editar minha resposta.
#4
+1
Jeff Fichten
2016-01-07 02:46:09 UTC
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Motores de turbina da mesma família, todos giram na mesma direção. Imagine ter que construir um motor de turbina com rotação oposta. O custo seria exagerado. As companhias aéreas estariam fazendo um inventário de peças sobressalentes para os motores.



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