Exoesqueleto motor

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El exoesqueleto motor (ESE) es un concepto en Turbomáquinas diseño. Corriente turbina de gas los motores tienen ejes giratorios centrales y discos y están construidos en su mayoría de metales pesados. Requieren cojinetes lubricados y necesita refrigeración extensa para componentes calientes. También están sujetas a severo desequilibrio (o vibraciones) que podrían acabar con todo el rotor etapa, son propenso a alta y baja-ciclo de fatiga y sujeto a falla catastrófica debido a ráfagas de disco de altas cargas de tracción, que por consiguiente requieren dispositivos de contención pesado.[1] Para hacer frente a estas limitaciones, el concepto de ESE vueltas la configuración convencional de adentro hacia afuera y utiliza un diseño de rotor de tambor para la turbomaquinaria en que las palas del rotor se unen en el interior de un tambor giratorio en vez de radialmente hacia afuera desde un eje y discos. Rotores de tambor múltiples podrían ser utilizados en un carrete múltiple diseño.

Contenido

  • 1 Diseño
  • 2 Resumió las ventajas potenciales
  • 3 Desafíos
  • 4 Referencias

Diseño

Fundamentalmente, la configuración de ESE tambor-rotor típicamente consiste en cuatro concéntricos batería abierta o conchas:

  • una cáscara externa (cárter del motor) que es compatible con los cojinetes de la cáscara del tambor-rotor y constriñe
  • la cáscara del tambor-rotor que gira dentro de los cojinetes y lleva el compresor y las láminas de turbina,
  • una estática estator Shell que apoya las paletas de guía,
  • una hueca cáscara interna estática que proporciona una trayectoria del flujo a través del centro del motor.[1]

En el diseño de ESE, las cuchillas giratorias son principalmente en compresión radial en contraposición a tensión radial, lo que significa que los materiales que no poseen fuerza de alta resistencia, tales como materiales cerámicos, puede ser utilizado para su construcción. Cerámica se comporta bien en situaciones de carga compresiva donde fractura frágil se reduce al mínimo y proporcionaría una mayor eficiencia operativa a través de mayor temperaturas de funcionamiento y un motor peso en comparación con el metal más ligero aleaciones normalmente se utilizan en componentes de turbomáquinas. El diseño de ESE y el uso de materiales compuestos podrían también reducir el número de parte, reducir o eliminar el enfriamiento y ocasionar la vida útil del componente mayor.[2] También sería una función beneficiosa para el uso de cerámica hipersónico propulsión sistemas de alto temperaturas de estancamiento pueden exceder los límites de los materiales tradicionales de turbomáquinas.

La cavidad dentro de la cáscara interna podría aprovecharse de varias maneras diferentes. En aplicaciones subsónicas, la cavidad de centro con un libre flujo de ventilación potencialmente podría contribuir a una reducción de ruido grande; mientras que en supersónico-aplicaciones hipersónicos podría utilizarse a casa un RAMJET o Scramjet (o de otros dispositivos, como un pulso-detonación del motor) como parte de una base de turbina ciclo combinado motor. Tal arreglo podría reducir la longitud total del sistema de propulsión y así reducir el peso y arrastre significativamente.[1]

Resumió las ventajas potenciales

De Chamis y Blankson:[1]

  • Eliminar el disco y las tensiones del alesaje
  • Utilizar rodamientos bajo estrés
  • Aumentar la velocidad del rotor
  • Reducir el espesor de la superficie de sustentación
  • Aumentar límites aleteo
  • Minimizar o eliminar los requisitos de contención
  • Caudal másico alto aumento
  • Reducir el peso en un 50 por ciento
  • Disminuir la temperatura de la turbina para el mismo empuje
  • Reducir las emisiones
  • Proporcionar mayor relación empuje a peso
  • Mejorar consumo específico de combustible
  • Aumentar la hoja fatiga ciclo de baja y alta-ciclo de vida
  • Reducir el diámetro del motor
  • Reducir la cantidad de piezas
  • Disminuir el coste de mantenimiento
  • Minimizar o eliminar sellado y requisitos de enfriamiento
  • Minimizar o eliminar las pérdidas de flujo hoja, lámina y caso desgaste
  • Ciclos de núcleo libre para el combinado turboram jet
  • Reducir el ruido
  • Acelerar la integración del motor de avión /
  • Minimizar o eliminar sensible a la entalla cuestiones materiales

Desafíos

Uno de los mayores desafíos es en teniendo diseño como no existen conocidos lubricados sistemas que pueden manejar la magnitud de la velocidad en el ESE; hoja - y cojinetes magnéticos se han sugerido como posibles soluciones a este problema.

  • Rodamientos de aluminio son sensor y paseo en una capa delgada de aire, el cual se genera hidrodinámico por la velocidad de rotación, para suspender y el eje del centro. Inconvenientes para el sistema de aluminio incluyen el par de arranque alto, la necesidad de conjunto-abajo/lift-off mecánicos rodamientos y asociados hardware y las altas temperaturas generadas por este sistema de posicionamiento.
  • Para el sistema de cojinete magnético de gran diámetro requerido en el ESE, crecimiento radial y tiesura después de giro son problemas que podría encontrarse. Crecimiento radial de suficiente magnitud resultaría en problemas de estabilidad, y un polo del imán sistema de colocación es necesario para mantener el espacio apropiado para el funcionamiento del sistema. Este sistema de posicionamiento requeriría detección y posicionamiento de alta velocidad. Un pasivo magnético laminado y su montaje requerirían alta integridad estructural para resistir las fuerzas inerciales extremadamente altas y probablemente conduciría a un aumento de peso.[2]

Aunque ambos sistemas de rodamiento teóricamente cumplen los requisitos de la aplicación exoesqueleto, ni tecnología está actualmente lista para funcionar en medidas prácticas. Desarrollos en aluminio con tecnología indican que puede tardar 20 años para lograr láminas rodamientos para este diámetro y cojinetes magnéticos parecen ser demasiado pesada para esta aplicación y también enfrentaría un programa de desarrollo de tecnología muy largo.[2]

Referencias

  1. ^ a b c d Blankson M. Chamis, Christos C. e Isaías."Exo-esqueleto motor – concepto novedoso motor". NASA, 2006. Obtenido: 31 de agosto de 2009
  2. ^ a b c Roche, José M., Donald T. Palac, James E. Hunter, David E. Myers y Christopher A. Snyder. "Investigación del concepto de sistema de propulsión del motor exoesqueleto". NASA, 2005. Obtenido: 31 de agosto de 2009

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