Usando a fórmula abaixo, calcule a força necessária para acelerar uma massa de 50 libras em 100 pés/s².
F = MA / G, F = 50 lb × 100 pés/seg² / 32,2 pés/seg², F = 5.000 lb-pés/seg² / 32,2 pés/seg², F = 155 lb
Isso ilustra que, se a massa da velocidade por segundo for aumentada em 100, o empuxo resultante será de 155 libras.
Como o motor turbojato acelera o ar, a seguinte fórmula pode ser usada para determinar o empuxo do jato:
F = Ms (V2 – V1 ) / G , onde: F = força em libras, Ms = fluxo de massa em lb/s, V1 = velocidade de entrada, V2 = velocidade do jato (exaustão), V2 – V1 = mudança na velocidade; diferença entre a velocidade de entrada e a velocidade do jato, G = Aceleração da gravidade ou 32,2 pés/s².
Como exemplo, para usar a fórmula para alterar a velocidade de 100 libras de fluxo de massa de ar por segundo de 600 pés/s para 800 pés/seg, a fórmula pode ser aplicada da seguinte forma: F = 100 lb/seg (800 pés/seg – 600 pés/seg) / 32,2 pés/seg², F = 20.000 lb/seg / 32,2 pés/seg², F = 621 lb.
Como mostrado pela fórmula, se o fluxo de massa de ar por segundo e a diferença na velocidade do ar da admissão para a exaustão são conhecidos, é fácil calcular a força necessária para produzir a mudança na velocidade. Portanto, o empuxo do motor deve ser igual à força necessária para acelerar a massa de ar através do motor. Então, usando o símbolo “Fn” para libras de empuxo, a fórmula se torna: Fn = Ms (V2 – V1) / G
O empuxo de um motor de turbina a gás pode ser aumentado por dois métodos: aumentando o fluxo de massa de ar através do motor ou aumentando a velocidade do gás. Se a velocidade do motor turbojato permanecer constante em relação à aeronave, o empuxo diminui se a velocidade da aeronave for aumentada. Isso ocorre porque V1 aumenta de valor. No entanto, isso não apresenta um problema sério, porque à medida que a velocidade da aeronave aumenta, mais ar entra no motor e a velocidade do jato aumenta. O empuxo líquido resultante é quase constante com o aumento da velocidade do ar.
O ciclo Brayton é o nome dado ao ciclo termodinâmico de um motor de turbina a gás para produzir empuxo. Este é um ciclo de eventos de pressão constante de volume variável e é comumente chamado de ciclo de pressão constante. Um termo mais recente é “ciclo de combustão contínua”. Os quatro eventos contínuos e constantes são admissão, compressão, expansão (inclui potência) e exaustão. Esses ciclos são discutidos conforme se aplicam a um motor de turbina a gás. No ciclo de admissão, o ar entra à pressão ambiente e a um volume constante. Deixa a entrada com uma pressão aumentada e uma diminuição de volume. Na seção do compressor, o ar é recebido da admissão a uma pressão aumentada, ligeiramente acima da ambiente, e com uma ligeira diminuição de volume. O ar entra no compressor onde é comprimido. Deixa o compressor com grande aumento de pressão e diminuição de volume, criado pela ação mecânica do compressor. A próxima etapa, a expansão, ocorre na câmara de combustão pela queima do combustível, que expande o ar aquecendo-o. A pressão permanece relativamente constante, mas ocorre um aumento acentuado no volume. Os gases em expansão se movem para trás através do conjunto da turbina e são convertidos de energia de velocidade em energia mecânica pela turbina. A seção de exaustão, que é um duto convergente, converte o volume em expansão e a pressão decrescente dos gases em uma alta velocidade final. A força criada dentro do motor para manter este ciclo contínuo tem uma reação igual e oposta (impulso) para mover a aeronave para frente. ocorre na câmara de combustão pela queima de combustível, que expande o ar aquecendo-o. A pressão permanece relativamente constante, mas ocorre um aumento acentuado no volume. Os gases em expansão se movem para trás através do conjunto da turbina e são convertidos de energia de velocidade em energia mecânica pela turbina. A seção de exaustão, que é um duto convergente, converte o volume em expansão e a pressão decrescente dos gases em uma alta velocidade final. A força criada dentro do motor para manter este ciclo contínuo tem uma reação igual e oposta (impulso) para mover a aeronave para frente. ocorre na câmara de combustão pela queima de combustível, que expande o ar aquecendo-o. A pressão permanece relativamente constante, mas ocorre um aumento acentuado no volume. Os gases em expansão se movem para trás através do conjunto da turbina e são convertidos de energia de velocidade em energia mecânica pela turbina. A seção de exaustão, que é um duto convergente, converte o volume em expansão e a pressão decrescente dos gases em uma alta velocidade final. A força criada dentro do motor para manter este ciclo contínuo tem uma reação igual e oposta (impulso) para mover a aeronave para frente. Os gases em expansão se movem para trás através do conjunto da turbina e são convertidos de energia de velocidade em energia mecânica pela turbina. A seção de exaustão, que é um duto convergente, converte o volume em expansão e a pressão decrescente dos gases em uma alta velocidade final. A força criada dentro do motor para manter este ciclo contínuo tem uma reação igual e oposta (impulso) para mover a aeronave para frente. Os gases em expansão se movem para trás através do conjunto da turbina e são convertidos de energia de velocidade em energia mecânica pela turbina. A seção de exaustão, que é um duto convergente, converte o volume em expansão e a pressão decrescente dos gases em uma alta velocidade final. A força criada dentro do motor para manter este ciclo contínuo tem uma reação igual e oposta (impulso) para mover a aeronave para frente.
O princípio de Bernoulli (sempre que uma corrente de qualquer fluido tem sua velocidade aumentada em um determinado ponto, a pressão da corrente nesse ponto é menor que o restante da corrente) é aplicado a motores de turbina a gás através do projeto de dutos de ar convergentes e divergentes . O duto convergente aumenta a velocidade e diminui a pressão. O duto divergente diminui a velocidade e aumenta a pressão. O princípio convergente é geralmente usado para o bocal de exaustão. O princípio divergente é usado no compressor e difusor onde o ar está desacelerando e pressurizando.
