O que é pós-combustão e por quanto tempo um jato pode voar na pós-combustão?

Um pós-combustor é um sistema de combustão secundária que queima combustível adicional a jusante da câmara de combustão, para aumentar ainda mais o empuxo às custas de um consumo de combustível muito maior.

Este é o Pratt & Turbofan de pós-combustão Whitney F100, cujas variantes impulsionam a frota de 4ª geração da USAF de F-15s e F-16s:

A última coisa que parece um raio logo além das aletas da turbina, mais toda a aposta no espaço entre o núcleo da turbina e o bocal de exaustão, é o pós-combustor. Nessa área, o combustível é borrifado diretamente na corrente de exaustão do núcleo da turbina, onde o calor do ar que sai do núcleo é suficiente para acendê-lo. Essa pressão adicional aumenta o empuxo produzido pela turbina.

Como eu disse, porém, a compensação é o aumento do consumo de combustível, às vezes geralmente dramaticamente. O F-16 em plena potência militar e baixas altitudes queima cerca de 8.000 libras de combustível por hora, o que com uma configuração de tanque de descarga completa dá a ele cerca de 2 horas “de tempo de vôo. Cruzando em altitudes mais altas, esse tempo de vôo pode ser estendido ainda mais, já que ambos altitude mais alta e a configuração do acelerador mais baixo (cerca de 80%) reduzem a taxa de fluxo de combustível em até 40% em comparação com voos de baixa altitude.

Em pós-combustão total em baixas altitudes, o F-16 pode queimar mais de 64.000 libras por hora. Em aceleração total, um F-16 variante dos EUA com armazenamento externo máximo de combustível tem cerca de 20 minutos até que esteja nas reservas de emergência (o que duraria apenas um minuto extra ou mais em pós-combustão total). O ganho de velocidade é mínimo; o F-16 navega entre 450-550 nós, enquanto a pós-combustão total apenas aumenta isso para cerca de 700-800 nós com um típico carregamento sob as asas. Assim, queimando 8 vezes mais combustível, você obtém cerca de 50% de aumento de velocidade.

Comentários

• O F-22 pode supercrutar devido a um número de fatores de design. Os dois maiores são os compartimentos internos de armas da ‘ s da fuselagem, que permitem que a aeronave esteja pronta para a missão, sem pontos de resistência de munições externas que produzem arrasto, e aumenta o envelope de desempenho do motor através do uso de desvio variável (o motor pode mudar de um turbofan de desvio baixo para um turbojato puro em altitudes e velocidades no ar mais altas, onde o jato puro é mais eficiente). O F-15 e o F-16 podem supercruzar – mal – em uma configuração limpa, mas isso seria de pouca utilidade em combate, já que a única arma interna é o Vulcan 20mm.
• Também usar o pós-combustor frequentemente resulta no motor precisando de viagens e reconstrução! Ainda melhor do que ser abatido!
• @Mark – Bem. tentar fugir de um deles é uma missão tola ‘; o AMRAAM voa a Mach 4.5 e até mísseis infravermelhos de curto alcance facilmente excedem Mach 3. Onde os pós-combustores ajudam a dar ao piloto energia suficiente para uma curva G máx no momento crítico para ” vire ” o míssil. Mesmo assim, você ‘ não quer a velocidade em si (a melhor taxa de curva do F-16 ‘ é em torno de 320 nós e seu mínimo o raio de giro está em velocidade ainda mais baixa), mas o empuxo para manter sua energia durante uma curva de velocidade no ar de canto.
• @IanRingrose – Tem certeza? Os F-15Es e F-16s com cargas de ataque ao solo precisam usar pós-combustão total para entrar no ar. Se o motor tivesse que ser retirado após cada surtida em que uma decolagem máxima do pós-combustor foi usada, os números de prontidão de combate estariam no banheiro.Eu poderia entender o motor precisando de uma revisão após o uso prolongado da pós-combustão, como em um duelo, mas se a estrutura ‘ foi submetida a max-G transforma em uma bola de pêlo, há muito mais no avião que precisa ser desmontado.
• Espere, o quê? 50% é um pequeno aumento? É porque eu ‘ sou um físico, não um piloto, que acho isso realmente grande? (Claro, para um piloto há uma não linearidade significativa de utilidade na faixa próxima à velocidade máxima de SAM e mísseis ar-ar, para dizer em termos de física) Dito isso, se o aumento for aproximadamente para a potência de 5, é bastante.

Usando o pós-combustor, o combustível é injetado no a jusante da turbina. A velocidade de saída aumenta -> Mais empuxo.

Comparação do empuxo gerado em um Hornet F / A-18C:

• Empuxo máximo sem pós-combustão 10.440 daN (cada 5 “220 daN )
• Impulso máximo com pós-combustão 15.660 daN (cada 7 “830 daN)

(O Hornet F / A-18C usa 2 turbofans General Electric F404-GE-402)

Alguns aviões precisam do pós-combustor para atingir a velocidade supersônica porque o uso “normal” da turbina a jato não gera empuxo suficiente. O uso da turbina no modo “normal” (sem pós-combustor) também é chamado de “poder militar “ou” seco “. O uso da turbina com pós-combustão também é chamado de” potência total “ou” úmido “.

De deste artigo da wikipedia :

Devido ao seu alto consumo de combustível n, os pós-combustores geralmente são usados o menos possível; uma exceção notável é o mecanismo Pratt & Whitney J58 usado no SR-71 Blackbird. Os pós-combustores são geralmente usados apenas quando é importante ter o máximo de impulso possível. Isso inclui durante decolagens de pistas curtas, auxiliando o lançamento de catapultas de porta-aviões e durante situações de combate aéreo.

É verdade que um caça a jato raramente enfrenta o pós-combustão porque usa quantidades extremas de combustível. Às vezes, até o fator de 10 para o consumo normal de combustível. É também por isso que eles não o usam o tempo todo: O alcance operacional do caça-jato é drasticamente reduzido usando o pós-combustor .

O piloto pode usar o pós-combustor em diferentes estágios para encontrar a proporção perfeita de uso de combustível / velocidade / alcance.

Fonte (em inglês): http://www.lw.admin.ch/internet/luftwaffe/en/home/dokumentation/assets/aircraft/fa18.html

Comentários

• Tive que procurar o que é daN. Para qualquer outra pessoa que esteja confusa, ” da ” é a abreviatura do prefixo métrico ” deca ” (também ” deka “), o que significa um fator de 10. (Obrigado Wikipedia !) Então, 1 daN é 10 N. 1 N (N é a abreviatura de Newton) é a unidade métrica de força que irá acelerar 1 kg massa a 1 m / s ^ 2, é claro.

É possível projetar uma aeronave que pode navegar em velocidades supersônicas sem usar pós-combustores (por exemplo, Concorde, a aeronave britânica de reconhecimento / ataque TSR-2 e o Tu-144). A força de arrasto aerodinâmica é maior em velocidades transônicas do que quando supersônicas, e usar pós-combustores para acelerar através da faixa de velocidade transônica pode realmente reduzir a queima total de combustível. Esse foi definitivamente o caso do Concorde. Os pós-combustores também foram usados para encurtar a velocidade de decolagem do Concorde.

A maioria dos caças a jato não é projetada para “cruzeiro supersônico eficiente em linha reta em velocidade constante”, portanto o vôo supersônico sem pós-combustores não é o projeto principal consideração.

Comentários

• Há também o famoso SR-71 Blackbird que navega em Mach 3 e mais rápido … O pós-combustor do 2 Pratt & As turbinas Whitney J58 são usadas com muita frequência e por muito tempo. Mas esta aeronave foi projetada para operar em grandes altitudes e em altas velocidades (até Mach 3,36)
• ” A maioria dos caças não são projetados para serem eficientes cruzeiro supersônico em linha reta em velocidade constante, de modo que o vôo supersônico sem pós-combustores não é a consideração principal do projeto. ” Isso era verdade até algo entre a geração 4.5 e 5 do caça Projeto. Supercruise é um requisito de design da maioria dos caças de ponta dos últimos dez anos ou mais, incluindo o Raptor, Eurofighter, Rafale, PAK FA e Chengdu J-20, mesmo quando o radar stealth não é um requisito primário.

Eu voei B-1B “s por 7 anos. Também tive voos em F -15s e F-16s. O B-1 tem 4 pós-combustores, mas muito mais gás do que os caças, então raramente tive que ficar fora do queimador por causa do combustível. Existem muitas razões para minimizar o uso do queimador, no entanto:

1. Operacionalmente, AB torna você altamente visível para todos. À noite, você coloca os holofotes em si mesmo. Durante o dia, todos no local podem ouvir você. Os sensores infravermelhos encontrarão você de forma rápida e fácil, e mesmo os mísseis com tecnologia IR mais baixa preferirão seu queimador a foguetes.

2. Esse extra 50% além da potência mil é realmente uma quantidade terrível. Quando você usa o gravador, não precisa dele por muito tempo. O B-1 poderia acelerar totalmente AB de 0,8 a 0,95 mach em apenas alguns segundos. Operacionalmente, você simplesmente não precisa de AB muito ou frequentemente. Se você está tentando derrotar um míssil, você vai usar o excesso de velocidade no ar primeiro para diminuir a velocidade de curva. O B-1 pode manter a velocidade de curva sem queimador desde é relativamente baixo g. Um lutador com 7 + g precisará de um pouco de queimador para manter a energia, especialmente na velocidade de curva, mas como ele pode virar mais de 90 graus em apenas alguns segundos, não precisa de muito ou nenhum queimador. Independentemente, em uma curva para derrotar um míssil radar, uma vez que os mísseis IR detectam “passivamente”, o que significa que há pouco ou nenhum aviso, um piloto frequentemente presumirá que há “um buscador de calor no ar ao virar para derrotar um míssil radar e evitará o queimador de qualquer maneira. li>

3. A luta aérea corpo-a-corpo é uma das poucas vezes que uma aeronave de combate precisa de fogo prolongado. No combate de caça, o gerenciamento de energia é muito importante. Ninguém quer perder. Baixe a velocidade no ar e seu jato ficará muito lento e você perderá, então os pilotos de caça usarão qualquer queimador de que precisam para manter a ameaça longe e vencer a luta. No B-1 também, nos exercícios de interceptação de caça, foi quando tendemos a usar mais queimador. Nós tendíamos a usá-lo para acelerar rapidamente para complicar a interceptação do lutador e, em alguns casos, para sair com um lutador atrás de nós.

4. O outro regime onde o queimador usa é frequente é a decolagem. Esta é estatisticamente uma das fases mais perigosas do voo, e atingir a velocidade no ar rapidamente minimiza o perigo. Quando eu estava voando, o B-1 sempre decolou no queimador – não tenho certeza agora. Os caças podem, sob certas condições decolagem com potência militar, mas raramente a vi.

5. O uso do queimador em jatos americanos ABSOLUTAMENTE NÃO ADICIONA SIGNIFICATIVAMENTE À MANUTENÇÃO NECESSÁRIA E NÃO PREJUDICA OS MOTORES. O cartaz que mencionou que pode ter visto algo no MIG-25, que irá destruir seus motores em vôo de alta velocidade. Presumivelmente, outros caças soviéticos têm alguns problemas de manutenção com o uso do queimador, mas as aeronaves de combate americanas são construídas para empregar queimador sempre que necessário, sem danificar os motores.

6. A altitude é um ponto muito importante, pois o fluxo de combustível do queimador diminuirá com a altitude. No ar, há menos oxigênio disponível para a combustão, então os controles de combustível precisam se ajustar de acordo. Como escreveu o pôster anterior, o ar mais rarefeito cria menos resistência, tornando mais fácil ir mais rápido. Mas … como piloto comercial hoje, voei com muitos ex-pilotos de caça e sempre que começamos a falar sobre isso, poucos de nós gastamos tempo acima de 40.000 pés. O teto de serviço mais alto é uma boa estatística para o empreiteiro equipes de vendas, mas raramente há uma razão operacional, e muitas coisas ruins podem acontecer (como paralisação do motor e emergências fisiológicas) na casa dos 40 “.

https://www.nasa.gov/centers/dryden/pdf/88117main_H-1449.pdf

Role para baixo e veja alguns gráficos úteis que podem lhe dar alguma idéia. AB aumenta a temperatura de exaustão e, portanto, permite um aumento na velocidade de exaustão. Pela teoria do disco atuador, isso significa que o empuxo em vôo em MAX será mais próximo do número estático do que em vôo em MIL para qualquer velocidade. É por isso que um F-15 a 40K pés só pode voar a M0.95 a MIL, mas pode fazer M2.5 a MAX com apenas um aumento de 63% no empuxo estático .

A resposta é que depende da sua altitude. Muito.

Por exemplo, vou tirar um F -16 já que perguntei isso a alguém que se identificou como um ex-chefe da tripulação do F-16 online: Um F-16 voando a todo o impulso militar ao nível do mar consome tanto combustível quanto a pós-combustão completa no FL400 (40000 pés). No teto de serviço do F-16 do FL500, a pós-combustão completa usará um pouco menos de combustível do que o empuxo militar ao nível do mar.

Portanto, bem no alto, a pós-combustão total pode ser usada por até 30 minutos se o a subida é feita de forma eficiente e o grande tanque central foi usado. É assim que o F-16 pode realmente atingir Mach 2. Vai demorar um pouco na pós-combustão para acelerar tanto.

Isso também significa que a pós-combustão total não produzirá tanto empuxo extra, mas como o ar é tão rarefeito, terá um efeito bastante substancial na velocidade real obtida.