No engranajes, sino otras formas de ampliar el funcionamiento del motor.
En un automóvil tiene velocidades porque desea viajar a un rango relativamente amplio de velocidades, con un motor que solo funciona realmente bien en una banda de rpm relativamente estrecha. Para mantener el motor girando a una velocidad optimizada para su potencia y eficiencia, necesitamos colocar una caja de cambios entre el motor y las ruedas.
Con un motor a reacción, más formalmente una turbina de gas, el problema no es exactamente el mismo. Las partes giratorias todavía tienen velocidades establecidas a las que les gusta correr, lo que siempre es una limitación. Sin embargo, el uso de engranajes en una turbina de gas generalmente no es la mejor manera de mejorar el rendimiento en una banda ancha. Las partes giratorias del motor no están acopladas a nada como un juego de ruedas: el empuje se genera al mover más aire hacia atrás. Hay muchas soluciones de ingeniería para permitir que un motor funcione en una banda más amplia de velocidades y presiones, pero el piloto generalmente no las controla, solo necesita preocuparse sobre dónde está su acelerador.
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Arriba hay un corte de un turborreactor simple y viejo. El aire frío es aspirado en la parte delantera a través del compresor, se calienta en las cámaras de combustión, lo que agrega energía y hace que quiera expandirse. La turbina en la parte posterior extrae energía del gas caliente y alimenta el compresor a medida que se montan en un eje. El compresor y la turbina rotan a la misma velocidad. Ponga más combustible, y va más rápido, por lo tanto, cambia más aire y, por lo tanto, produce más empuje.
A continuación se muestra un corte de un EJ200. Mire cuidadosamente y puede ver que hay dos compresores diferentes y dos turbinas: al tener dos conjuntos de pares de turbina y compresor, que juntos se conocen como carrete, pueden rotar a diferentes velocidades, manteniéndose en su óptimo distancia.
Esto no es como usar engranajes, ya que es permanente: aún varía la cantidad de combustible en la que se pega, y el empuje varía, se apaga cambiando cualquier cosa, pero al igual que una caja de cambios, hace que el motor sea más eficiente al permitir que las partes móviles giren en forma optimizada velocidades.
Más allá de agregar carretes, el ángulo de las cuchillas en el interior se puede cambiar. Entre cada juego rotativo de cuchillas en el motor hay uno que se queda quieto; de lo contrario, se necesitan estos, de lo contrario la ventilación del motor simplemente giraría, sin pasar a través de las cuchillas correctamente. Variar su ángulo es como variar el ángulo de ataque en un ala, y hacer esto permite que el motor funcione de manera eficiente en un rango más amplio de velocidades. Las cuchillas fijas se llaman estatores, o paletas de guía de entrada: el sistema se llama paletas de guía de entrada variable.
Los aviones militares diseñados para volverse supersónicos tendrán una boquilla variable en la parte posterior, lo que permite que la boquilla sea convergente o divergente, asegurando una aceleración y expansión adecuadas del flujo de gas. Este es otro dispositivo variable, que permite la operación desde bajas velocidades subsónicas a supersónicas, es decir, el mismo propósito aproximado que una caja de cambios de automóvil, pero un sistema muy diferente para trabajar con un motor de turbina de gas.
El problema con agregar algo pesado y complicado a un motor aerodinámico es que agrega peso y un modo de falla potencial. Hacer una caja de cambios capaz de trabajar a las velocidades, temperaturas y requisitos de empuje generalmente no es una opción viable. Debido a que no está acoplado a lo que te mueve, por ejemplo, las ruedas, los engranajes probablemente solo podrían usarse para hacer que las diferentes partes del motor giren a diferentes velocidades entre sí. Esta idea se está tomando más en serio ahora para los motores de aviones grandes, donde significa que puede obtener una relación de derivación más grande al tener un ventilador masivo en la parte delantera que gira lentamente, impulsada por las partes rotatorias mucho, mucho más pequeñas y más rápidas del motor detrás .
La imagen a continuación está tomada directamente de la página Wiki. Creo que deja muy clara la idea del turboventilador con engranaje. 1 es el ventilador muy grande, impulsado por la turbina mucho más pequeña detrás. Para hacer algo tan grande, gire junto con algo mucho más pequeño, y mantener ambos optimizados no sería posible sin la caja de cambios – 2. Tenga en cuenta que esto hace lo mismo que agregar un carrete, pero a mayor escala, y donde solo hay un componente moviéndose a una velocidad diferente: el ventilador.