Manual: FAA-H-8083-32A, Aviation Maintenance Technician Handbook Powerplant, Volume 1, Pagina: 3-17

La entrada de aire del motor de un motor de turbina está diseñada para proporcionar un flujo de aire relativamente libre de distorsiones, en la cantidad requerida, a la entrada del compresor. Muchos motores usan paletas de guía de entrada (IGV) para ayudar a enderezar el flujo de aire y dirigirlo a las primeras etapas del compresor. 

Es necesario un flujo de aire uniforme y estable para evitar que el compresor se detenga (el flujo de aire tiende a detenerse o invertir la dirección del flujo) y temperaturas internas excesivas del motor en la sección de la turbina. 

Normalmente, el conducto de entrada de aire se considera parte del fuselaje y no parte del motor. Sin embargo, el conducto es muy importante para el rendimiento general del motor y la capacidad del motor para producir una cantidad óptima de empuje.

Un motor de turbina de gas consume mucho más flujo de aire que un motor alternativo. El paso de entrada de aire es correspondientemente más grande. Además, es más crítico para determinar el rendimiento del motor y de la aeronave, especialmente a altas velocidades. Las ineficiencias del conducto de entrada dan como resultado pérdidas sucesivamente aumentadas a través de otros componentes del motor. 

La entrada varía según el tipo de motor de turbina. Los motores turbohélice y turboeje pequeños tienen un flujo de aire más bajo que los motores turbofan grandes que requieren un tipo de entrada completamente diferente. Muchos motores turbohélice, unidades de potencia auxiliar y turboeje utilizan pantallas que cubren la entrada para evitar daños por objetos extraños (FOD).

A medida que aumenta la velocidad de la aeronave, el empuje tiende a disminuir un poco; a medida que la velocidad de la aeronave alcanza un cierto punto, la recuperación de ram compensa las pérdidas causadas por los aumentos de velocidad. La entrada debe poder recuperar la mayor cantidad posible de la presión total de la corriente de aire libre. A medida que las moléculas de aire quedan atrapadas y comienzan a comprimirse en la entrada, se recupera gran parte de la pérdida de presión. 

Esta presión adicional en la entrada del motor aumenta la presión y el flujo de aire hacia el motor. Esto se conoce como "recuperación de ariete" o "recuperación de presión total". El conducto de entrada debe entregar aire uniformemente a la entrada del compresor con la menor turbulencia y variación de presión posible. El conducto de entrada del motor también debe mantener al mínimo el efecto de arrastre sobre la aeronave.

La caída de presión de aire en la entrada del motor es causada por la fricción del aire a lo largo de ambos lados del conducto y por las curvas en el sistema de conductos. El flujo suave depende de mantener la cantidad de turbulencia al mínimo a medida que el aire ingresa al conducto. 

En motores con caudales bajos, girar el flujo de aire permite que la góndola del motor sea más pequeña y tenga menos resistencia. En los motores turboventiladores, el conducto debe tener una sección suficientemente recta para garantizar un flujo de aire suave y uniforme debido a los altos flujos de aire.

La elección de la configuración de la entrada al conducto está dictada por la ubicación del motor dentro de la aeronave y la velocidad aerodinámica, la altitud y la actitud a la que está diseñada para operar la aeronave. 

Conducto de entrada dividida - Divided-Entrance Duct 

Los requisitos de los aviones militares monomotores o bimotores de alta velocidad, en los que el piloto se sienta bajo en el fuselaje y cerca del morro, dificultan el empleo del conducto de entrada única de tipo más antiguo, que no se utiliza en los aviones modernos. aeronave. 

Se ha generalizado el uso de alguna forma de conducto dividido, que toma aire de ambos lados del fuselaje. Este conducto dividido puede ser una entrada de raíz de ala o una toma a cada lado del fuselaje. Cualquier tipo de conducto presenta más problemas para el diseñador de aeronaves que un conducto de entrada única debido a la dificultad de obtener suficiente área de toma de aire sin imponer cantidades prohibitivas de resistencia. 

Internamente, el problema es el mismo que se encuentra con el conducto de una sola entrada: construir un conducto de longitud razonable con la menor cantidad de curvas posible. A menudo se utilizan palas a los lados del fuselaje. Estas tomas laterales se colocan lo más adelante posible para permitir una curvatura gradual hacia la entrada del compresor, lo que hace que las características del flujo de aire se acerquen a las de un conducto de entrada única. A veces se coloca una serie de paletas giratorias en la entrada lateral para ayudar a enderezar el flujo de aire entrante y evitar turbulencias. 

Conducto de Geometría Variable - Variable-Geometry Duct  

La función principal de un conducto de entrada es proporcionar la cantidad adecuada de aire a la entrada del motor. En una aeronave militar típica que utiliza un turborreactor o un motor turboventilador de derivación baja, los requisitos de flujo de aire máximo son tales que el número de Mach del flujo de aire directamente delante de la cara del motor es inferior a Mach 1. 

El flujo de aire a través del motor debe ser inferior a Mach 1 en todo momento. Por lo tanto, en todas las condiciones de vuelo, la velocidad del flujo de aire que ingresa al conducto de entrada de aire debe reducirse a través del conducto antes de que el flujo de aire esté listo para ingresar al compresor. Para lograr esto, los conductos de entrada están diseñados para funcionar como difusores, disminuyendo la velocidad y aumentando la presión estática del aire que pasa a través de ellos.

Al igual que con los aviones militares supersónicos, el área de un difusor disminuye progresivamente en dirección descendente. Por lo tanto, un conducto de entrada supersónico sigue esta configuración general hasta que la velocidad del aire entrante se reduce a Mach 1. La sección trasera del conducto aumenta entonces en área, ya que esta parte debe actuar como un difusor subsónico. En la práctica, los conductos de entrada para aeronaves supersónicas siguen este diseño general solo en la medida en que sea práctico, dependiendo de las características de diseño de la aeronave. 

Para aeronaves de muy alta velocidad, el área interior de configuración del conducto se cambia mediante un dispositivo mecánico a medida que aumenta o disminuye la velocidad de la aeronave. Un conducto de este tipo se conoce habitualmente como conducto de entrada de geometría variable. Los aviones militares utilizan los tres métodos descritos anteriormente para difundir el aire de entrada y reducir la velocidad del flujo de aire de entrada a velocidades de vuelo supersónicas. 

Una es variar el área, o la geometría, del conducto de entrada, ya sea mediante el uso de una restricción móvil, como una rampa o una cuña, dentro del conducto. Otro sistema es una especie de arreglo de derivación de flujo de aire variable, que extrae parte del flujo de aire de entrada del conducto delante del motor. En algunos casos se utiliza una combinación de ambos sistemas.

El tercer método es el uso de una onda de choque en la corriente de aire. Una onda de choque es una región delgada de discontinuidad en un flujo de aire o gas, durante la cual la velocidad, la presión, la densidad y la temperatura del aire o gas experimentan un cambio repentino. Las ondas de choque más fuertes producen cambios más grandes en las propiedades del aire o del gas. 

Una onda de choque se establece deliberadamente en el flujo supersónico del aire que ingresa al conducto, por medio de alguna restricción o pequeña obstrucción que sobresale automáticamente en el conducto a números de Mach de vuelo altos. La onda de choque da como resultado la difusión del flujo de aire, que, a su vez, disminuye la velocidad del flujo de aire. 

En al menos una instalación de aeronave, tanto el método de choque como el método de geometría variable para provocar la difusión se usan en combinación. El mismo dispositivo que cambia el área del conducto también establece una onda de choque que reduce aún más la velocidad del aire que ingresa dentro del conducto. La cantidad de cambio en el área del conducto y la magnitud del impacto varían automáticamente con la velocidad aerodinámica de la aeronave.

Pantallas de entrada del compresor - Compressor Inlet Screens 

Para evitar que el motor ingiera fácilmente cualquier elemento que se pueda aspirar en la entrada, a veces se coloca una pantalla de entrada del compresor a lo largo de la entrada de aire del motor en algún lugar a lo largo del conducto de entrada. Los motores que incorporan pantallas de entrada, como los turbohélices y las APU, no son tan vulnerables a FOD. 

Las ventajas y desventajas de una pantalla varían. Si el motor se somete fácilmente a daños internos, como sería el caso de un motor que tiene un compresor axial equipado con álabes de compresor de aluminio, una pantalla de entrada es casi una necesidad. Sin embargo, las pantallas se suman considerablemente a la pérdida de presión del conducto de entrada y son muy susceptibles a la formación de hielo. La falla debido a la fatiga también es un problema. Una pantalla defectuosa a veces puede causar más daño que ninguna pantalla. 

En ciertas ocasiones, las pantallas de entrada se hacen retráctiles y se pueden retirar de la corriente de aire después del despegue o siempre que prevalezcan condiciones de formación de hielo. Tales pantallas están sujetas a fallas mecánicas y agregan peso y volumen a la instalación. En motores turboventiladores grandes que tienen álabes de compresor (ventilador) de acero o titanio, que no se dañan fácilmente, las desventajas de las pantallas de compresor superan las ventajas, por lo que generalmente no se utilizan.

Entradas de compresor Bellmouth - Bellmouth Compressor Inlets 

Una entrada de boca acampanada generalmente se instala en un motor que se somete a prueba en una celda de prueba. Generalmente está equipado con sondas que, con el uso de instrumentos, pueden medir la temperatura y la presión de entrada (total y estática). Durante la prueba, es importante que se permita que el aire estático exterior fluya hacia el motor con la menor resistencia posible. La campana está unida a la parte móvil del banco de pruebas y se mueve con el motor. 

El soporte de empuje se compone de dos componentes, uno inmóvil y otro móvil. Esto es para que el componente móvil pueda empujar contra una celda de carga y medir el empuje durante la prueba del motor. La boca acampanada está diseñada con el único objetivo de obtener una eficiencia aerodinámica muy alta. Esencialmente, la entrada es un embudo en forma de campana con hombros cuidadosamente redondeados que prácticamente no ofrecen resistencia al aire. 

La pérdida de conducto es tan leve que se considera cero. El motor puede, por lo tanto, funcionar sin las complicaciones resultantes de las pérdidas comunes a un conducto de entrada de aeronave instalado. Los datos de rendimiento del motor, como el empuje nominal y el consumo de combustible específico del empuje, se obtienen al usar una entrada de boca acampanada. Por lo general, las entradas están equipadas con pantalla protectora. 

En este caso, se debe tener en cuenta la eficiencia perdida al pasar el aire por la pantalla cuando se necesitan datos muy precisos del motor. tales como el empuje nominal y el consumo de combustible específico del empuje, se obtienen al usar una entrada de boca acampanada. Por lo general, las entradas están equipadas con pantalla protectora. 

En este caso, se debe tener en cuenta la eficiencia perdida al pasar el aire por la pantalla cuando se necesitan datos muy precisos del motor. tales como el empuje nominal y el consumo de combustible específico del empuje, se obtienen al usar una entrada de boca acampanada. Por lo general, las entradas están equipadas con pantalla protectora. En este caso, se debe tener en cuenta la eficiencia perdida al pasar el aire por la pantalla cuando se necesitan datos muy precisos del motor.

Entradas de compresor turbohélice y turboeje - Turboprop and Turboshaft Compressor Inlets  

La entrada de aire en un turbohélice es un problema mayor que en otros motores de turbina de gas porque el eje de transmisión de la hélice, el cubo y el rotor deben considerarse además de otros factores de diseño de entrada. La disposición con conductos generalmente se considera el mejor diseño de entrada del motor turbohélice en lo que respecta al flujo de aire y las características aerodinámicas. 

La entrada de muchos tipos de turbopropulsores se antihielo mediante el uso de elementos eléctricos en la abertura del labio de la entrada. Los conductos de cualquier parte del motor o de la góndola dirigen el flujo de aire a la entrada del motor. Las puertas deflectoras a veces se usan para desviar el hielo o la suciedad lejos de la entrada. 

Luego, el aire pasa a través de una pantalla y al motor en algunos modelos. Un rotor cónico, que no permite que se acumule hielo en la superficie, a veces se usa con motores turbohélice y turbofan.

Secciones de entrada del motor Turbofan - Turbofan Engine Inlet Sections  

Los motores turboventiladores de derivación alta generalmente se construyen con el ventilador en el extremo delantero del compresor. En la figura se muestra una sección típica de admisión de un turboventilador. A veces, la cubierta de entrada está atornillada a la parte delantera del motor y proporciona la ruta de flujo de aire hacia el motor. 

En los motores de compresor doble (carrete doble), el ventilador es parte integral del compresor de baja presión y giro relativamente lento, lo que permite que las aspas del ventilador giren a una velocidad máxima baja para obtener la mejor eficiencia del ventilador. 

El ventilador permite el uso de un conducto de entrada de aire convencional, lo que resulta en una baja pérdida en el conducto de entrada. El ventilador reduce el daño del motor por material extraño ingerido porque gran parte del material que puede ser ingerido es lanzado radialmente hacia afuera y pasa a través de la descarga del ventilador en lugar del núcleo del motor. 

El aire de purga tibio se extrae del motor y se hace circular en el interior del labio de entrada para evitar la formación de hielo. El cubo del ventilador o el rotor se calientan con aire caliente o son cónicos, como se mencionó anteriormente. Dentro de la entrada junto a las puntas de las aspas del ventilador hay una tira de fricción abrasible que permite que las aspas del ventilador rocen durante períodos breves debido a los cambios en la ruta de vuelo. Además, dentro de la entrada hay materiales insonorizantes para reducir el ruido generado por el ventilador.

El ventilador de los motores de derivación alta consta de una etapa de paletas giratorias y paletas estacionarias que pueden variar en diámetro desde menos de 84 pulgadas hasta más de 112 pulgadas. Las aspas del ventilador son de titanio hueco o de materiales compuestos. 

El aire acelerado por la parte exterior de las aspas del ventilador forma una corriente de aire secundaria, que se conduce por la borda sin pasar por el motor principal. Este aire secundario (flujo del ventilador) produce el 80 por ciento del empuje en los motores de derivación alta. El aire que pasa por la parte interior de las aspas del ventilador se convierte en la corriente de aire principal (flujo central) a través del motor mismo.

El aire del escape del ventilador, que se canaliza por la borda, puede descargarse de dos maneras:  1. Al aire exterior a través de conductos cortos (boquillas de escape dobles) directamente detrás del ventilador. 2. Ventilador con conductos, que utiliza conductos cerrados hasta la parte trasera del motor, donde se expulsa al aire exterior a través de una boquilla de escape mixta. 

Este tipo de motor se denomina ventilador con conductos y el flujo de aire del núcleo y el flujo de aire del ventilador se mezclan en una boquilla de escape común.