Relación empuje-peso

Editar artículo

Relación empuje-peso es un adimensional relación de empuje a peso de un cohete, motor de reacción, de la hélice del motor, o un vehículo propulsado por un motor de tal manera que es un indicador del rendimiento del motor o vehículo.

La relación de empuje a peso instantánea de un vehículo varía continuamente durante el funcionamiento debido al consumo progresivo de combustible o propulsor y, en algunos casos, al gradiente de gravedad. La relación de empuje a peso basada en el empuje y el peso iniciales a menudo se publica y se utiliza como una figura de mérito para la comparación cuantitativa del rendimiento inicial de un vehículo.

Contenido

1 cálculo
2 aviones
- 2.1 Aeronaves propulsadas por hélice
3 cohetes
4 ejemplos
- 4.1 Aeronaves
- 4.2 Motores de reacción y cohetes
- 4.3 Aviones de combate
5 Véase también
6 referencias
- 6.1 Notas
7 Enlaces externos

Cálculo

La relación empuje-peso se calcula dividiendo el empuje (en unidades SI - en newtons ) por el peso (en newtons) del motor o vehículo. Tenga en cuenta que el empuje también se puede medir en libras-fuerza (lbf), siempre que el peso se mida en libras (lb). La división que usa estos dos valores aún da la relación empuje-peso numéricamente correcta (adimensional). Para una comparación válida de la relación de empuje a peso inicial de dos o más motores o vehículos, el empuje debe medirse en condiciones controladas.

Aeronave

La relación empuje-peso y la carga alar son los dos parámetros más importantes para determinar el rendimiento de una aeronave. Por ejemplo, la relación empuje-peso de un avión de combate es un buen indicador de la maniobrabilidad del avión.

La relación empuje-peso varía continuamente durante un vuelo. El empuje varía con el ajuste del acelerador, la velocidad del aire, la altitud y la temperatura del aire. El peso varía con el consumo de combustible y los cambios en la carga útil. En el caso de las aeronaves, la relación empuje-peso citada suele ser el empuje estático máximo al nivel del mar dividido por el peso máximo de despegue. Las aeronaves con una relación de empuje a peso superior a 1: 1 pueden cabecear hacia arriba y mantener la velocidad hasta que el rendimiento disminuya a mayor altitud.

En vuelo de crucero, la relación de empuje a peso de un avión es la inversa de la relación de sustentación a arrastre porque el empuje es lo opuesto a la resistencia y el peso es lo opuesto a la sustentación. Un avión puede despegar incluso si el empuje es menor que su peso: si la relación de sustentación / arrastre es mayor que 1, la relación empuje / peso puede ser menor que 1, es decir, se necesita menos empuje para levantar el avión del suelo que el peso del avión.

\left({\frac {T}{W}}\right)_{\text{cruise}}=\left({\frac {D}{L}}\right)_{\text{cruise}}={\frac {1}{\left({\frac {L}{D}}\right)_{\text{cruise}}}}

( T W ) crucero= ( D L ) crucero= 1 ( L D ) crucero

{\ Displaystyle \ left ({\ frac {T} {W}} \ right) _ {\ text {crucero}} = \ left ({\ frac {D} {L}} \ right) _ {\ text {crucero }} = {\ frac {1} {\ left ({\ frac {L} {D}} \ right) _ {\ text {crucero}}}}}

{\ Displaystyle \ left ({\ frac {T} {W}} \ right) _ {\ text {crucero}} = \ left ({\ frac {D} {L}} \ right) _ {\ text {crucero }} = {\ frac {1} {\ left ({\ frac {L} {D}} \ right) _ {\ text {crucero}}}}}

Aeronaves propulsadas por hélice

Para aviones propulsados por hélice, la relación empuje / peso se puede calcular de la siguiente manera:

{\frac {T}{W}}={\frac {550\eta _{p}}{V}}{\frac {\text{hp}}{\text{W}}}

T W= 550 η pag V hp W

{\ Displaystyle {\ frac {T} {W}} = {\ frac {550 \ eta _ {p}} {V}} {\ frac {\ text {hp}} {\ text {W}}}}

{\ Displaystyle {\ frac {T} {W}} = {\ frac {550 \ eta _ {p}} {V}} {\ frac {\ text {hp}} {\ text {W}}}}

donde es la eficiencia de propulsión (típicamente 0.8), es la potencia del eje del motor y es la velocidad real en pies por segundo. $\eta _{p}\;$

η pag

{\ Displaystyle \ eta _ {p} \;}

\ eta _ {p} \;

hp\;

hpag

{\ Displaystyle hp \;}

{\ Displaystyle hp \;}

V\;

{\ Displaystyle V \;}

V \;

Cohetes

Relación empuje-peso del vehículo cohete frente al impulso específico para diferentes tecnologías de propulsores

La relación empuje-peso de un cohete, o vehículo propulsado por cohete, es un indicador de su aceleración expresada en múltiplos de aceleración gravitacional g.

Los cohetes y los vehículos propulsados por cohetes operan en una amplia gama de entornos gravitacionales, incluido el entorno ingrávido. La relación de empuje a peso generalmente se calcula a partir del peso bruto inicial al nivel del mar en la tierra y, a veces, se le llama relación de empuje a peso de la Tierra. La relación empuje-peso de la Tierra de un cohete o vehículo propulsado por cohete es un indicador de su aceleración expresada en múltiplos de la aceleración gravitacional de la Tierra, g 0.

La relación empuje-peso de un cohete mejora a medida que se quema el propulsor. Con empuje constante, la relación máxima (máxima aceleración del vehículo) se logra justo antes de que el propulsor se consuma por completo. Cada cohete tiene una curva característica de empuje a peso, o curva de aceleración, no solo una cantidad escalar.

La relación empuje-peso de un motor es mayor que la del vehículo de lanzamiento completo, pero no obstante es útil porque determina la aceleración máxima que cualquier vehículo que usa ese motor podría lograr teóricamente con un mínimo de propulsor y estructura adjunta.

Para un despegue desde la superficie de la tierra usando empuje y sin sustentación aerodinámica, la relación empuje-peso para todo el vehículo debe ser mayor que uno. En general, la relación empuje-peso es numéricamente igual a la fuerza g que puede generar el vehículo. El despegue puede ocurrir cuando la fuerza g del vehículo excede la gravedad local (expresada como un múltiplo de g 0).

La relación de empuje a peso de los cohetes típicamente excede en gran medida a la de los motores a reacción que respiran aire porque la densidad comparativamente mucho mayor del combustible para cohetes elimina la necesidad de muchos materiales de ingeniería para presurizarlo.

Muchos factores afectan la relación empuje-peso. El valor instantáneo típicamente varía a lo largo de la duración del vuelo con las variaciones en el empuje debido a la velocidad y la altitud, junto con el cambio de peso debido a la cantidad de propulsor restante y la masa de carga útil. Los factores con mayor efecto incluyen la temperatura, la presión, la densidad y la composición del aire de la corriente libre. Dependiendo del motor o vehículo considerado, el rendimiento real a menudo se verá afectado por la flotabilidad y la intensidad del campo gravitacional local.

Ejemplos de

El motor de cohete RD-180 de fabricación rusa (que impulsa el Atlas V de Lockheed Martin ) produce 3.820 kN de empuje al nivel del mar y tiene una masa seca de 5.307 kg. Utilizando la intensidad del campo gravitacional de la superficie de la Tierra de 9.807 m / s², la relación empuje / peso al nivel del mar se calcula de la siguiente manera: (1 kN = 1000 N = 1000 kg⋅m / s²)

{\frac {T}{W}}={\frac {3,820\ \mathrm {kN} }{(5,307\ \mathrm {kg})(9.807\ \mathrm {m/s^{2}})}}=0.07340\ {\frac {\mathrm {kN} }{\mathrm {N} }}=73.40\ {\frac {\mathrm {N} }{\mathrm {N} }}=73.40

T W= 3 , 820 k norte ( 5 , 307 k gramo ) ( 9.807 metro / s 2 )=0.07340 k norte norte=73,40 norte norte=73,40

{\ Displaystyle {\ frac {T} {W}} = {\ frac {3,820 \ \ mathrm {kN}} {(5,307 \ \ mathrm {kg}) (9.807 \ \ mathrm {m / s ^ {2}})}} = 0.07340 \ {\ frac {\ mathrm {kN}} {\ mathrm {N}}} = 73.40 \ {\ frac {\ mathrm {N}} {\ mathrm {N}}} = 73.40}

{\ frac {T} {W}} = {\ frac {3,820 \ \ mathrm {kN}} {(5,307 \ \ mathrm {kg}) (9.807 \ \ mathrm {m / s ^ {2}})}} = 0.07340 \ {\ frac {\ mathrm {kN}} {\ mathrm {N}}} = 73.40 \ {\ frac {\ mathrm {N}} {\ mathrm {N}}} = 73.40

Aeronave

Vehículo	T / W	Guión
Northrop Grumman B-2 Spirit	0,205	Peso máximo de despegue, máxima potencia
Airbus A340	0.2229	Peso máximo de despegue, máxima potencia (A340-300 mejorado)
Airbus A380	0,227	Peso máximo de despegue, máxima potencia
Boeing 747-8	0,269	Peso máximo de despegue, máxima potencia
Boeing 777	0,285	Peso máximo de despegue, máxima potencia (777-200ER)
Boeing 737 MAX 8	0.310	Peso máximo de despegue, máxima potencia
Airbus A320neo	0.311	Peso máximo de despegue, máxima potencia
Boeing 757-200	0.341	Peso máximo de despegue, máxima potencia (con Rolls-Royce RB211)
Tupolev Tu-160	0.363	Peso máximo de despegue, postquemadores completos
Concorde	0.372	Peso máximo de despegue, postquemadores completos
Lancer Rockwell International B-1	0,38	Peso máximo de despegue, postquemadores completos
BAE Hawk	0,65
Lockheed Martin F-35 A	0,87 con combustible lleno (1,07 con 50% de combustible, 1,19 con 25% de combustible)
HAL Tejas Mk 1	0,935	Con combustible lleno
Dassault Rafale	0,988	Versión M, 100% combustible, 2 misiles EM A2A, 2 misiles IR A2A
Sukhoi Su-30MKM	1,00	Peso cargado con 56% de combustible interno
McDonnell Douglas F-15	1.04	Cargado nominalmente
Mikoyan MiG-29	1.09	Combustible interno lleno, 4 AAM
Lockheed Martin F-22	gt; 1.09 (1.26 con peso cargado y 50% de combustible)	¿Carga de combate?
Dinámica general F-16	1.096
Hawker Siddeley Harrier	1.1	VTOL
Eurofighter Typhoon	1,15	Configuración del interceptor
Transbordador espacial	1,5	Despegar
Transbordador espacial	3	Cima

Motores a reacción y cohetes

Motor a reacción o cohete	Masa		Empuje, vacío		Relación empuje- peso
Motor a reacción o cohete	(kg)	(libras)	(kN)	(lbf)	Relación empuje- peso
Motor de cohete nuclear RD-0410	2.000	4.400	35,2	7900	1.8
Motor a reacción J58 ( SR-71 Blackbird )	2,722	6,001	150	34.000	5.2
Rolls-Royce / Snecma Olympus 593 turborreactores con recalentamiento ( Concorde )	3,175	7.000	169,2	38.000	5.4
Pratt y Whitney F119	1.800	3.900	91	20.500	7,95
Motor cohete RD-0750, modo de tres propulsores	4.621	10.188	1.413	318.000	31,2
Motor de cohete RD-0146	260	570	98	22.000	38,4
Motor cohete Rocketdyne RS-25	3,177	7,004	2,278	512 000	73,1
Motor de cohete RD-180	5.393	11,890	4.152	933 000	78,5
Motor de cohete RD-170	9,750	21.500	7.887	1,773,000	82,5
F-1 ( primera etapa de Saturno V )	8.391	18,499	7.740,5	1,740,100	94,1
Motor de cohete NK-33	1,222	2.694	1,638	368.000	136,7
Motor cohete Merlin 1D, versión de empuje completo	467	1.030	825	185.000	180,1

Avión de combate

Tabla a: Relaciones de empuje a peso, pesos de combustible y pesos de diferentes aviones de combate
Especificaciones	Luchadores
Especificaciones	F-15K	F-15C	MiG-29K	MiG-29B	JF-17	J-10	F-35A	F-35B	F-35C	F-22	LCA Mk-1
Empuje de los motores, máximo (N)	259,420 (2)	208.622 (2)	176,514 (2)	162,805 (2)	81.402 (1)	122.580 (1)	177,484 (1)	177,484 (1)	177,484 (1)	311,376 (2)	89.800 (1)
Masa de la aeronave, vacía (kg)	17.010	14.379	12,723	10,900	06.586	09,250	13,290	14,515	15,785	19,673	6.560
Masa de la aeronave, combustible lleno (kg)	23,143	20,671	17,963	14,405	08,886	13,044	21,672	20,867	24,403	27,836	9.500
Masa de la aeronave, máx. carga de despegue (kg)	36,741	30,845	22,400	18.500	12,700	19,277	31,752	27,216	31,752	37,869	13,300
Masa total de combustible (kg)	06,133	06,292	05,240	03,505	02,300	03,794	08,382	06,352	08,618	08,163	02,458
Relación T / W, combustible lleno	1,14	1.03	1,00	1,15	0,93	0,96	0,84	0,87	0,74	1,14	0,96
Relación T / W, máx. carga de despegue	0,72	0,69	0,80	0,89	0,65	0,65	0,57	0,67	0,57	0,84	0,69

Tabla b: Relaciones de empuje a peso, pesos de combustible y pesos de diferentes aviones de combate (en unidades habituales de Estados Unidos)
Especificaciones	Luchadores
Especificaciones	F-15K	F-15C	MiG-29K	MiG-29B	JF-17	J-10	F-35A	F-35B	F-35C	F-22	LCA Mk-1
Empuje de motores, máximo (lbf)	58,320 (2)	46.900 (2)	39.682 (2)	36.600 (2)	18.300 (1)	27.557 (1)	40.000 (1)	40.000 (1)	40.000 (1)	70.000 (2)	20.200 (1)
Peso de la aeronave en vacío (lb)	37,500	31,700	28.050	24.030	14,520	20,394	29,300	32 000	34.800	43.340	14.300
Peso de la aeronave, combustible lleno (lb)	51,023	45,574	39,602	31,757	19.650	28,760	47,780	46,003	53.800	61,340	20,944
Peso de la aeronave, máx. carga de despegue (lb)	81.000	68.000	49,383	40,785	28.000	42,500	70.000	60.000	70.000	83,500	29,100
Peso total de combustible (lb)	13,523	13,874	11,552	07,727	05,130	08,366	18,480	14,003	19.000	18.000	05,419
Relación T / W, combustible lleno	1,14	1.03	1,00	1,15	0,93	0,96	0,84	0,87	0,74	1,14	0,96
Relación T / W, máx. carga de despegue	0,72	0,69	0,80	0,89	0,65	0,65	0,57	0,67	0,57	0,84	0,69

Tabla para motores a reacción y cohetes: el empuje de la reacción está al nivel del mar
Densidad de combustible utilizada en los cálculos: 0,803 kg / l
El número entre paréntesis es el número de motores.
Para la tabla métrica, la relación T / W se calcula dividiendo el empuje por el producto del peso total del avión de combustible y la aceleración de la gravedad.
Los motores que impulsan el F-15K son los motores Pratt amp; Whitney.
El peso vacío del MiG-29K es una estimación.
La clasificación del motor del JF-17 es RD-93.
JF-17 si está acoplado con su motor WS-13, y si ese motor obtiene sus 18,969 libras prometidas, entonces la relación T / W se convierte en 1.10
El peso vacío y el peso de combustible del J-10 son estimaciones.
La clasificación del motor del J-10 es de AL-31FN.
J-10 si está acoplado con su motor WS-10A, y si ese motor obtiene los 132 kN prometidos (29,674 lbf), entonces la relación T / W se convierte en 1.08

Ver también

Referencias

John P. Fielding. Introducción al diseño de aeronaves, Cambridge University Press, ISBN 978-0-521-65722-8
Daniel P. Raymer (1989). Diseño de aeronaves: un enfoque conceptual, Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica, Inc., Washington, DC. ISBN 0-930403-51-7
George P. Sutton y Oscar Biblarz. Elementos de propulsión de cohetes, Wiley, ISBN 978-0-471-32642-7

Notas

enlaces externos

Página web de la NASA con descripción general y diagrama explicativo de la relación empuje / peso de la aeronave