El documento describe diferentes tipos de motores aeronáuticos, incluyendo turbojet, turbofan, turbopropulsor, ramjet y scramjet. El número de Mach define la velocidad relativa de un objeto en comparación con la velocidad del sonido. Los motores generan empuje mediante la aceleración de gases de escape. Los turbojets son usados a velocidades supersónicas, mientras que los turbofans son más eficientes para vuelos comerciales subsónicos. Los turbopropulsores convierten la energía de la turbina en energía de la hélice.

1. MOTORES AERONÁUTICOS

2. NÚMERO MACH
𝑀 =
𝑢
𝑎(&)
𝑎 = 𝛾𝑅𝑇
• El número Mach (o simplemente mach), es una medida de velocidad relativa que se
define como el cociente entre la velocidad de un objeto y la velocidad del sonido en el
medio en que se mueve dicho objeto.
Donde: Subsónico:
M<1
Transónico:
M=1
Supersónico:
M>1
Hipersónico:
M>5

3. EMPUJE
• El empuje es una fuerza mecánica
que hace posible que la aeronave
se mueva a través del aire.
• El empuje es generado por la
reacción de acelerar la masa de
algún fluido (aire).
• Para acelerar un fluido o gas, se
necesita energía la cual es
proporcionada en forma de calor
por la combustión de algún
combustible.

4. EMPUJE
𝑃-, 𝑢/,𝑚
̇ - 𝑃/ 𝑃2 𝑃- 𝑢2
𝐴/ 𝐴2 𝑚
̇ 4 + 𝑚
̇ -
J= (𝑃-−𝑃/)
𝐴/ + 𝑚
̇ -𝑢/ + (𝑃2−𝑃-)
𝐴2 + (𝑚
̇ 4+𝑚
̇ -)𝑢2
𝑚
̇ 2 = 𝑚
̇ 4 +𝑚
̇ - = 𝜌2𝐴2𝑢2
𝑓 =
𝑚
̇ 4
𝑚
̇ -
J =
𝑚
̇ - 1 + 𝑓 𝑢2 − 𝑢 + ∆𝑃𝐴2
Empuje:
Entonces:
Si:
Forma
general
del
Empuje
de
los
motores
jet

5. PARTES DE UN MOTOR

6. TIPOS DE MOTOR
Fuente: Mechanics and Thermodynamics of Propulsion (Hill & Peterson)

7. Fuente: Mechanics and Thermodynamics of Propulsion (Hill & Peterson)
TIPOS DE MOTOR

8. TURBOJET
• Rango de operación:
• Velocidad: Mach 1.5 ~ Mach 2.5,
• Altura: 15-­‐20 mil metros
• Puede contener un post combustor
después de la turbina (after burner)
para incrementar el empuje. Este
agrega un ciclo adicional. Esto es
usado principalmente con propósitos
militares.
• Valores altos de TSFC, aún más si se
hace uso del ”post combustor"
• Existen limitaciones con los
componentes y las altas
temperaturas

9. TURBOJET
Los motores Turbojet consisten de una turbina de gas con una boquilla de impulso. El
motor tiene una toma de aire, un compresor, una cámara de combustión, una turbina
(que gira el compresor). El aire comprimido por el compresor es mezclado con el
combustible y combustionado. Luego estos se expanden a través de la turbina. Después
de la turbina, los gases pasan por la boquilla en donde los gases son acelerados a altas
velocidades para generar impulso.

10. TURBOJET
𝑊
<=> = 𝐶@𝑇A
1
𝜂<
𝑃C
𝑃A
DEF
D
− 1
𝑊GHIJ = 𝐶@𝑇K𝜂G 1 −
𝑃L
𝑃K
DEF
D
𝑃L = 𝑃K 1 −
1
𝜂G
1 −
𝑇L
𝑇K
D
DEF
𝑢M
A
= 2𝜂O
𝛾
𝛾 − 1
𝑅𝑇P 1 −
𝑃-
𝑃P
DEF
D

11. • Para incrementar el empuje (hasta
60% más) durante el despegue o en
situaciones de combate, los gases
después de la turbina son
nuevamente combustionados con
más combustible. Debido a que la
temperatura de los gases finales son
mas altos, se obtienen mayores
velocidades a través de la boquilla.
• Este proceso adicional es usado
principalmente con propósitos
militares.
TURBOJET
Post
combustor

12. TURBOJET

13. TURBOFAN
• Rango
de
operación:
• Velocidad:
~
Mach
0.7
• Altura:
5-­‐15
mil
metros
• Uso
principalmente
en
aviones
comerciales
• Valores
bajos
de
TSFC
(eficiente)
• Mayor
eficiencia
cuando
existe
un
mayor
coeficiente
entre
la
cantidad
de
aire
que
fluye
a
través
del
ventilador
y
la
cantidad
que
fluye
a
través
del
motor
(BYPASS)

14. TURBOFAN
1. EL TURBOFAN DE BYPASS ALTO (DERIVACIÓN ALTA) generalmente
se encuentran en los aviones comerciales. Tiene un ventilador
grande en la parte delantera de la etapa del compresor alojado en
una góndola. La ventaja del motor de derivación alta es que en
lugar de generar todo su empuje acelerando una pequeña
cantidad de aire a una gran velocidad, obtiene el mismo cambio
de impulso acelerando una gran cantidad de aire y solo una
pequeña cantidad (alrededor del 10%) del flujo de admisión pasa
por el núcleo del motor. Estos son más silenciosos y eficientes, y
son ideales para aviones subsónicos.
2. EL TURBOFAN DE BYPASS BAJO (DERIVACIÓN BAJA), donde una
parte importante del aire de admisión pasa por el núcleo del
motor (alrededor de la mitad). Este tipo de motor puede
funcionar en un rango mucho mayor de números de Mach y
altitudes, y normalmente se encuentra en aviones de combate. El
aire de derivación se usa para disipar las altas temperaturas del
escape, lo que reduce el ruido, pero también proporciona una
mezcla rica en oxígeno a la que se puede agregar combustible
adicional para proporcionar un empuje adicional con combustión
adicional.

15. TURBOFAN
TURBOFAN
DE
BYPASS
ALTO
𝐽 = 𝑚
̇ -> 𝑢M + 𝐵𝑃𝑅𝑢FM
𝑢FM
A
= 2𝜂SO
𝛾
𝛾 − 1
𝑅𝑇FM 1 −
𝑃-
𝑃FM
DEF
D
𝐵𝑃𝑅 =
𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜
𝑑𝑒
𝑚𝑎𝑠𝑎
𝑝𝑜𝑟
𝐵𝑦𝑝𝑎𝑠𝑠
𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜
𝑑𝑒
𝑚𝑎𝑠𝑎
𝑝𝑜𝑟
𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟
=
𝑚
̇ -J
𝑚
̇ ->

16. • Usado
en
el
Boeing
777
Turbina
de
gas
de
tres
ejes:
•
Eje
de
baja
presión
con
ventilador
de
2,9
m
y
5
etapas
de
turbina.
•
Eje
de
media
presión,
con
8
etapas
de
compresión
y
una
turbina.
•
Eje
de
alta
presión,
con
compresor
de
6
etapas
y
turbina
de
una
etapa.
TURBOFAN
TURBOFAN
DE
BYPASS
ALTO

17. TURBOFAN
TURBOFAN
DE
BYPASS
BAJO

18. TURBOJET VS TURBOFAN
Fuente: Mechanics and Thermodynamics of Propulsion (Hill & Peterson)

19. TURBOPROPELLER
• Un motor Turbopropeller (turbohélice) es un motor de turbina que impulsa una hélice de
avión. Los gases de escape del motor no contienen suficiente energía para crear un empuje
significativo, pero casi toda la potencia del motor se utiliza para impulsar la hélice.
• Rango de operación:
• Velocidad: <Mach0.5
• Altura: 3-­‐7 mil metros
• Usado en algunas aeronaves incluido
los helicópteros.
• Mas eficiente en el despegue y en el
aterrizaje
• Contiene una caja de cambios.
• Conversión de velocidad del eje de la
turbina al eje de la hélice de ~15:1
• Limitaciones de esfuerzos en los
materiales.

20. EFICIENCIAS
Fuente: Mechanics and Thermodynamics of Propulsion (Hill & Peterson)

21. RAMJET / SCRAMJET
• Rango de operación:
• Velocidad: Mach 2~Mach 7
• Altura: 20 mil metros a más
• Por ahora, solo de uso militar
• La principal ventaja es la simplicidad del motor ya
que no requiere de partes movibles.
• El aire que ingresa al motor se comprime gracias a
los shocks aerodinámicos generados a velocidades
supersónicas.
• Cámara de combustión Subsónica
• Cierta pérdida de eficiencia en el ingreso (inlet) y
dificultades con las altas temperaturas.
• Empuje estático es cero
RAMJET
SCRAMJET
A diferencia del ramjet, la combustión se realiza a velocidades supersónicas por lo que evita la pérdida de energía
correspondiente al ingreso del aire.
Su eficiencia a velocidades altas aun tiene que ser probada, tomando en cuenta los efectos aerodinámicos sobre la
aeronave (comparación entre el empuje y la resistencia generados).