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Motori turbogas per aviazione

Messaggi consigliati

P&W pensa di andare oltre il già mostruoso rapporto di diluizione di 12.2:1 del PW1000G adottato dall’A320neo.
Non noto il rapporto di diluizione (e nemmeno l’ancor più basso numero di palette) del nuovo motore di cui si stanno testando dei componenti chiave, ma si vuole una riduzione dei consumi del 20% e una riduzione del rumore di 25dB rispetto al CFM56-7.

 

Al di là della gran fanfara di tali comunicati passati alle riviste del settore, in realtà il CFM56-7 è il precursore del LEAP-1 di CFM international, attuale rivale del PW1000. Il LEAP-1, con rapporti di diluizione dell’ordine di 11:1, secondo quanto dichiarato dal costruttore, già faceva un 15% meglio rispetto ai consumi degli ultimi CFM-56, quindi questo ulteriore step fa “solo” quel 5% in più rispetto al concorrente attuale…

In altre parole si sta raschiando il fondo del barile rimanendo comunque nel campo dei motori turbofan.

 

E’però un motore che interesserà i successori degli acerrimi rivali A320 e B737, quindi due aerei completamente nuovi, sempre ammesso ci si decida finalmente a farli nel prossimo decennio.

 

https://www.flightglobal.com/news/articles/new-tests-move-pw-closer-to-ultra-high-bypass-gtf-442172/

 

Da vedere come risponderà CFM.
Al momento il consorzio GE-Safran sta lavorando anch’esso a un motore a più alto rapporto di diluizione, l’UHBR (Ultra High Bypass Ratio di cui in questo caso si sa che il BPR è 15:1) e questo sarebbe il vero concorrente del motore su cui lavora P&W, ma come visto in ballo c’è anche un open-rotor da 30:1 di BPR da sviluppare in CFM, sebbene per il momento GE e Safran vadano ciascuna per conto proprio.

Nell’articolo postato qui sopra da Pinto si dice che Airbus preferirebbe l’UHBR all’open rotor…Perché?

 

Beh l'UHBR migliorerebbe i consumi del 5-10% rispetto al Leap, l'open-rotor del 15%. Ma non è tutto oro quello che luccica...
Il primo presumibilmente porterà a una riduzione del rumore, il secondo invece è già tanto se farà lo stesso rumore del Leap, sagomando opportunamente le pale e ricorrendo al trucchetto di metterne in numero diverso sui due rotori controrotanti.
Il primo potrebbe finire sotto l’ala in un ennesimo retrofit degli attuali aerei (beh il 737 è comunque al capolinea se non vuol diventare un aspirapolvere...) mentre il secondo dovrebbe andare il coda mettendo in discussione una formula ormai consueta.
Il primo sarebbe disponibile negli anni venti, mentre il secondo una decina d’anni dopo.

Il primo, col suo diametro ridotto e il diffusore anteriore, consente velocità quasi soniche, il secondo...è da vedere.

 

Il mondo dell’aviazione civile poi è sempre molto cauto nei confronti dei grossi cambiamenti e già una volta ha segato gli open-rotor…

Dipenderà anche dal costo del petrolio, ma il rischio per produttori di aerei e di motori è quello di restare spiazzati con la scelta sbagliata, qualunque essa sia.

 

Forse però è venuto il momento, su questa nuova generazione di liner, di mettere in discussione le formule attuali, che sanno un po' di vecchio e di prendere il buono dalle varie soluzioni oggi disponibili.

Se l'open-rotor è più rumoroso e ingombrante e l'UHBR beve più carburante, magari è il caso di mettere un UHBR proprio in coda e fargli fare qualcosa che l'open-rotor non potrebbe fare, cioè succhiare un po' di strato limite per abbattere la resistenza della fusoliera, ottenendo i consumi dell'open-rotor (o migliori) senza usare l'open-rotor...

 

IN-POWER_1b_Onera.jpg

 

http://aviationweek.com/technology/ever-bigger-engines-challenge-conventional-airliner-designs

 

Non sarebbe una rivoluzione (sempre ammesso l'open-rotor si possa considerare tale e non un azzardo), ma un modo intelligente di spingere al massimo le attuali tecnologie aerodinamiche e propulsive, cosa tutto sommato digeribile dal conservatorismo imperate...e compatibile con ulteriori sviluppi, come la propulsione ibrida ed elettrica (ma sempre nell'ambito di rotori intubati).

Modificato da Flaggy

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http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-4945060/Safran-hopes-new-fuel-efficient-jet-engine-reshape-air-travel.html

 

In questo articolo si citano le potenziali resistenze e problematiche di degli open-rotor, da cui la cautela, per non dire la freddezza del mercato di cui si diceva.

One of the unknowns is the reaction of passengers to seeing a double row of fast-spinning blades, rather than an engine whose moving parts are concealed.
'It is a question to which we don't yet know the answer,' Petitcolin said.
Regulators would also have to work out how to certify the engine, using existing rules for failed parts and bird strikes.

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P&W pensa di andare oltre il già mostruoso rapporto di diluizione di 12.2:1 del PW1000G adottato dall’A320neo.

 

...ma già col PW1000G ci sono problemi di durata di componentistica (tra l'altro non collegata al riduttore) con necessità di riprogettzazioni e retrofit sui motori già consegnaati.

 

https://www.flightglobal.com/news/articles/pw-speeds-up-gtf-deliveries-but-considers-new-desi-442479/

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Il mostruoso GE9X del futuro Boeing 777X, con la sua ventola da 3.4 m di diametro, è stato montato non senza problemi sotto l'ala di un testbed 747-400, lasciando mezzo metro scarso di luce rispetto al suolo.

 

http://aviationweek.com/commercial-aviation/world-s-largest-engine-readied-flight

 

ge9xftb2.jpg

 

Da notare come non ricorrendo nè ad un riduttore, nè a un terzo albero per muovere la ventola, ha bisogno di una turbina di bassa pressione piuttosto grossa e pesante per muovere sia il compressore di bassa pressione che la ventola e garantire un rapporto di diluizione abbastanza alto (10:1). E' quindi essenzialmente un grosso motore, ma che non ricorre alle soluzioni più raffinate che si vedranno sull'Ultrafan di Rolls Royce, che comunque, pur con una ventola di 3 metri di diametro, si popone con un rapporto di diluizione pazzesco (15:1).

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L'ibrido si fa strada in aviazione.

Consente di svincolare la turbina dalla ventola che viene mossa da un motore elettrico, divenendo libera di ruotare a velocità ottimale. Consumi e rumore in diminuzione con la turbina che alimenta le batterie tramite un generatore.

Le batterie restano comunque a mio avviso il principale limite di questa soluzione. Costi, durata e peso saranno da valutare mentre se la collocazione in fusoliera della turbina (e delle batterie) protegge questi impianti e riduce il rumore, non è certo la migliore delle distribuzioni dei pesi.

Da tenere d'occhio comunque gli sviluppi perché anche nell'automotive la soluzione si sta affermando dopo anni in sordina.

 

https://www.flightglobal.com/news/articles/airbus-siemens-r-r-plan-hybrid-flights-by-2020-443704/

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L'opinione di Flightglobal sulla propulsione ibrida.

https://www.flightglobal.com/news/articles/opinion-e-fan-x-is-vital-stepping-stone-443783/

Conferma il problema del peso, ma aggiunge delle riflessioni sulla complessità quando si tratta di trasferire simili soluzioni su aerei grandi.
Turbine da 10MW per fungere da "power unit" creerebbero qualche leggero problema di smaltimento del calore e 3000V di tensione da gestire sarebbero tantini.

Insomma, strada in salita per la propulsione ibrida e ancora spazio al buon vecchio motore a turbina in tutte le sue declinazioni più recenti e sofisticate.

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Il concorrente GE del collaudatissimo e ormai storico TP6 di P&W (classe di potenza fra 1000 e 1600HP) è in arrivo.
Pesante ricorso a tecnologia di stampaggio 3D (35% dei pezzi) e ormai consueto drastico taglio nel numero di componenti con 855 parti che diventano solo 12. Il peso cala del 5% ed è del 20% il calo dei consumi rispetto ai concorrenti (ogni riferimento a P&W sarà puramente casuale...).
Per il resto come il TP6 il motore ha il flusso invertito e cò consente di accorciare l’albero di trasmissione ed evitare di farlo passare dentro quello del compressore.

Al momento nelle sue versioni il TP6 è impiegato sia su aerei che elicotteri.

 

https://www.geaviation.com/press-release/business-general-aviation/ge-aviation-announces-first-run-advanced-turboprop-engine

 

https://s3.amazonaws.com/dsg.files.app.content.prod/gereports/wp-content/uploads/2017/09/01115711/atp.gif

 

https://www.facebook.com/GE/videos/1569732616428360/

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P&W pensa di andare oltre il già mostruoso rapporto di diluizione di 12.2:1 del PW1000G adottato dall’A320neo.

Non noto il rapporto di diluizione (e nemmeno l’ancor più basso numero di palette) del nuovo motore di cui si stanno testando dei componenti chiave, ma si vuole una riduzione dei consumi del 20% e una riduzione del rumore di 25dB rispetto al CFM56-7.

 

Al di là della gran fanfara di tali comunicati passati alle riviste del settore, in realtà il CFM56-7 è il precursore del LEAP-1 di CFM international, attuale rivale del PW1000. Il LEAP-1, con rapporti di diluizione dell’ordine di 11:1, secondo quanto dichiarato dal costruttore, già faceva un 15% meglio rispetto ai consumi degli ultimi CFM-56, quindi questo ulteriore step fa “solo” quel 5% in più rispetto al concorrente attuale…

In altre parole si sta raschiando il fondo del barile rimanendo comunque nel campo dei motori turbofan.

 

E’però un motore che interesserà i successori degli acerrimi rivali A320 e B737, quindi due aerei completamente nuovi, sempre ammesso ci si decida finalmente a farli nel prossimo decennio.

 

https://www.flightglobal.com/news/articles/new-tests-move-pw-closer-to-ultra-high-bypass-gtf-442172/

 

Da vedere come risponderà CFM.

Al momento il consorzio GE-Safran sta lavorando anch’esso a un motore a più alto rapporto di diluizione, l’UHBR (Ultra High Bypass Ratio di cui in questo caso si sa che il BPR è 15:1) e questo sarebbe il vero concorrente del motore su cui lavora P&W, ma come visto in ballo c’è anche un open-rotor da 30:1 di BPR da sviluppare in CFM, sebbene per il momento GE e Safran vadano ciascuna per conto proprio.

Nell’articolo postato qui sopra da Pinto si dice che Airbus preferirebbe l’UHBR all’open rotor…Perché?

 

Beh l'UHBR migliorerebbe i consumi del 5-10% rispetto al Leap, l'open-rotor del 15%. Ma non è tutto oro quello che luccica...

Il primo presumibilmente porterà a una riduzione del rumore, il secondo invece è già tanto se farà lo stesso rumore del Leap, sagomando opportunamente le pale e ricorrendo al trucchetto di metterne in numero diverso sui due rotori controrotanti.

Il primo potrebbe finire sotto l’ala in un ennesimo retrofit degli attuali aerei (beh il 737 è comunque al capolinea se non vuol diventare un aspirapolvere...) mentre il secondo dovrebbe andare il coda mettendo in discussione una formula ormai consueta.

Il primo sarebbe disponibile negli anni venti, mentre il secondo una decina d’anni dopo.

Il primo, col suo diametro ridotto e il diffusore anteriore, consente velocità quasi soniche, il secondo...è da vedere.

 

Il mondo dell’aviazione civile poi è sempre molto cauto nei confronti dei grossi cambiamenti e già una volta ha segato gli open-rotor…

Dipenderà anche dal costo del petrolio, ma il rischio per produttori di aerei e di motori è quello di restare spiazzati con la scelta sbagliata, qualunque essa sia.

 

Forse però è venuto il momento, su questa nuova generazione di liner, di mettere in discussione le formule attuali, che sanno un po' di vecchio e di prendere il buono dalle varie soluzioni oggi disponibili.

Se l'open-rotor è più rumoroso e ingombrante e l'UHBR beve più carburante, magari è il caso di mettere un UHBR proprio in coda e fargli fare qualcosa che l'open-rotor non potrebbe fare, cioè succhiare un po' di strato limite per abbattere la resistenza della fusoliera, ottenendo i consumi dell'open-rotor (o migliori) senza usare l'open-rotor...

 

IN-POWER_1b_Onera.jpg

 

http://aviationweek.com/technology/ever-bigger-engines-challenge-conventional-airliner-designs

 

Non sarebbe una rivoluzione (sempre ammesso l'open-rotor si possa considerare tale e non un azzardo), ma un modo intelligente di spingere al massimo le attuali tecnologie aerodinamiche e propulsive, cosa tutto sommato digeribile dal conservatorismo imperate...e compatibile con ulteriori sviluppi, come la propulsione ibrida ed elettrica (ma sempre nell'ambito di rotori intubati).

Buona sera a tutti è da molto tempo che seguo come utente le discussioni riguardanti la tecnologia in aviazione,ovviamente il quadro che ho tentato di costruire non è ancora completo di conseguenza sono costretto a porvi delle domande con la speranza che offrano un punto di confronto interessante.

L’argomento è lo strato limite trattato in vari post, ma questo sembra (sembra) il luogo più opportuno.

Farò prima della domanda principale alcune domande per controllare che il ragionamento sia corretto.

Inizio con il mitico Phantom f4.

Lo strato limite è evacuato attraverso la rampa mobile forellata e quindi non viene ingerito dalla turbina? Se sì come immagino cosa serve la rampa mobile forellata la quale sembra che metta in contatto l’ingresso del condotto verso la turbina con lo strato limite?

Domanda principale Replicando al concept postato da Flaggy: I motori sono posti nel fondo della fusoliera più integrati con la struttura dell’areo ma se venissero impiegati come aspiratori di strato limite, come da proposta, non sarebbe più opportuno posizionarli che so a metà fusoliera? Posti in fondo, i motori permetterebbero al fluido più o meno stanco di rallentare su tutta la fusoliera di conseguenza servirebbero a poco?!Siccome il post è di Flaggy, quindi autorevole, sono certo che vi è una spiegazione.

Grazie

P.S avrei volutore moettere l'immagine delle prese d'aria del Phantom ma non sono stato capace,chiedo venia

http://www.circusf1.com/f1/2010/12/aerodinamica-in-f1-che-cose-lo-strato-limite.php

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Lo strato limite è evacuato attraverso la rampa mobile forellata e quindi non viene ingerito dalla turbina? Se sì come immagino cosa serve la rampa mobile forellata la quale sembra che metta in contatto l’ingresso del condotto verso la turbina con lo strato limite?

 

Il link che hai messo tutto sommato spiega come funzionava la presa d’aria dell’F-4.

Lo strato limite prodotto dal muso del velivolo viene estratto grazie alla piastra che separa la fusoliera dalla presa d’aria che così non lo ingerisce.

In realtà lo stato limite non viene mai eliminato perché, dove c’è un flusso d’aria che scorre su una parete, automaticamente c’è uno strato limite: quindi lo strato limite si riforma sulla piastra stessa davanti all'igresso del condotto.

La piastra sta ben davanti al condotto perché, essendo l’F-4 un velivolo supersonico, questa fa parte di un sistema di rampe mobili che oltre mach 1 hanno il compito di produrre una serie di onde d’urto oblique che comprimono l’aria e rallentano il flusso prima che un'onda d'urto perpendicolare all'ingresso del condotto dia l'ultima "botta" facendo entrare l'aria a velocità subsonica. Aria che verrà ulteriormente rallentata e compressa dal condotto che aumenta la sua sezione avvicinandosi al motore.

 

Quindi, lo strato limite che si forma sulla faccia di tale piastra viene aspirato dai forellini che letteralmente crivellano la parte mobile.

Questi non sono affatto in collegamento con lo strato limite fra piastra e fusoliera, ma con una serie di feritoie sopra e sotto la piastra stessa.

Qui si vedono bene quelle superiori.

 

2h7e0zc.jpg

 

 

E' da lì che, grazie alla differenza di pressione che si realizza tra fori e feritoie (in particolare ai regimi supersonici in cui l'aria si comincia a comprimere già davanti all'ingresso del condotto), viene espulso lo strato limite che scorre sulla piastra, mentre quello già grosso e lento prodotto dalla fusoliera passa appunto nello spazio di qualche centimento che c'è tra piastra e muso.

 

 

I motori sono posti nel fondo della fusoliera più integrati con la struttura dell’areo ma se venissero impiegati come aspiratori di strato limite, come da proposta, non sarebbe più opportuno posizionarli che so a metà fusoliera? Posti in fondo, i motori permetterebbero al fluido più o meno stanco di rallentare su tutta la fusoliera di conseguenza servirebbero a poco?

No, i motori (o meglio le prese d’aria) per ridurre la resistenza di ciò che gli sta davanti devono proprio stare più indietro possibile, perché se stessero davanti, lo strato limite che sta dietro si inspessisce e rallenta senza che ci sia nulla ad impedirglielo.

L’idea è quella di avere qualcosa che, aspirando l'aria da dietro, fa scorrere meglio possibile lo strato limite su tutta la fusoliera, che ritardi la transizione tra strato limite laminare (più sottile) e turbolento (più spesso e sede di maggiore attrito) e in ogni caso che tenga più sottile possibile lo strato limite stesso: oltre tutto questo allontana anche lo stallo, perché tanto più rapidamente la velocità del flusso passa da 0 (sulla parete) alla velocità “esterna” tanto più difficile sarà avere inversione del flusso e quindi lo stallo (la condizione D).

afig199.jpg

 

Per contro, a stallo avvenuto il motore troverà a fatica l'aria per rimanere acceso, ragion per cui questo concetto funziona solo se il motore è estremamente resistente alle distorsioni del flusso, proprio quelle che si cercava di evitare al J79 del vecchio Phantom, facendo entrare nel condotto un flusso quanto più pulito possibile.

Sia chiaro però che dentro il condotto c'è sempre uno strato limite che ne lambisce le pareti.

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Flaggy grazie mille! spigazione chiara ora tutto ha un senso e riesco ha capire l'articolo citato. Pensare, anche se non ero convinto, ho ipotizzato che il motore grazie alla piastra forellata aspirasse lo strato limite dalla fusoliera; tutto il contrario,d'altronde se fosse stato come credevo non sarebbe stato coerente con i tuoi messaggi.

TT1-pinto grazie della foto, bellissima e imponente questa piastra. Ma quanto è bello il Phantom F4 ?!Come ha detto qualcuno: "radiato troppo velocemente".

Ho un altra curiosità da placare: Allora, lo strato limite delle rampe mobili è evacuato grazie alla differenza di pressione esistente tra le le due faccie a sua volta ottenuto tramite le feritoi ventrali e dorsali, questo avviene per effetto Venturi? A mach superiori a 1 vi è un fenomeno analogo derivante dal fatto che in quella zona (feritoie ventrali e dorsali) comunque l'aria è subsonica?

Di nuovo

Folgore.

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A velocità subsoniche il separatore a forma di V che fa passare sopra e sotto l’aria nell’intercapedine tra muso e prese d’aria determina un restringimento di sezione e quindi una riduzione di pressione proprio nella zona in cui si trovano le feritoie che così aspirano aria per effetto Venturi.
Nel volo supersonico tutto è più incasinato (e io arrugginito...) e sinceramente andrebbe visto nel suo complesso, ma il pannello su cui si trovano i micro fori di aspirazione ruota verso l’esterno facendo nascere un’onda d’urto obliqua nel punto di cerniera con la parte anteriore fissa della piastra di separazione, al cui bordo d’attacco si forma una prima onda d’urto. Entrambe le onde d’urto a velocità supersoniche concorrono ad aumentare considerevolmente la pressione dell'aria che le attraversa e che in corrispondenza dei fori dovrebbe comunque essere superiore a quella in uscita dalle feritoie. Nel volo supersonico avviene un po' il contrario di quello subsonico e un restringimento di sezione tende ad aumentare la pressione in concomitanza con la nascita di onde d'urto, che però complicano molto le cose perchè non è così immediato descrivere come e dove si formino/interagiscano fra loro al variare della velocità.

 

4nxZzfDE.png

Anche l’EF-2000, pur non avendo una piastra mobile (solo il labbro inferiore lo è) adotta un analogo abbinamento di fori di aspirazione e di feritoie di espulsione sullo spessore della piastra.

 

 

2lncp6r.jpg

 

Dietro i fori di aspirazione di ciascun condotto c’è anche una fessura che aspira lo strato limite/l’aria in eccesso scaricando poi il tutto da una griglia posta dietro le feritoie da cui esce l'aria spillata dai microfori sulla piastra.

 

23haqsl.jpg

 

 

2cpojya.jpg

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Molto bene grazie Flaggy ! Bellissime le immagini che hai postato.

Effettivamnte chissà quanti studi in galleria del vento prima di raggiungere la configurazione finale;per nulla banale sopratutto a velocità supersonica.

Interessante che la soluzione del Phantom sia stata presa esattamente dal Typhon;evidentemente funziona bene, alla faccia dei motori più recenti meno inclini a dare problemi in caso di ingestione di fluidi disturbati.

Ci vediamo su altro topic per un'altra domanda.

Di nuovo grazie e complimenti.

Folgore!

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Contratto a GE per sviluppare il nuovo motore adattivo per caccia di sesta generazione e per la rimotorizzazione dell'F-35.

Analogo contratto seguirà per il concorrente P&W

https://www.flightglobal.com/news/articles/usaf-starts-work-on-defining-adaptive-engine-for-fut-450053/

Da notare come la riduzione di consumi si otterrà non solo con l'utilizzo del terzo flusso ma anche con materiali avanzati (compositi a matrice ceramica) in zona turbina, che dovrebbero garantire elevata resistenza alla alte temperature senza gravare in modo eccessivo sul raffreddamento, che oggi fa ampio ricorso ad aria spillata dal compressore (con evidente "spreco" di potenza).

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Come in precedenza segnalato da Flaggy ... un analogo contratto è stato assegnato a UTC-P&W ...

Il testo dei rispettivi contratti ...

Quote

General Electric Co., Cincinnati, Ohio, has been awarded a $437,032,792 cost-plus-incentive-fee modification (P00029) to contract FA8626-16-2138 for designing, fabricating, integrating, and testing complete, flight-weight adaptive engines. 
The contract modification is for the execution of next generation adaptive propulsion risk reduction for air superiority applications. 
Work will be performed in Cincinnati, Ohio, and is expected to be completed by March 30, 2022. 
Fiscal 2018 research and development funds in the amount of $25,566,999 are being obligated at the time of award. 
Total cumulative face value of the contract is $1,449,920,786. 
Air Force Life Cycle Management Center, Wright-Patterson Air Force Base, Dayton, Ohio, is the contracting activity.

Quote

United Technologies Corp., East Hartford, Connecticut, has been awarded a $436,688,397 cost-plus-incentive-fee modification (P00027) to contract FA8626-16-2139 for designing, fabricating, integrating, and testing complete, flight-weight adaptive engines. 
The contract modification is for the execution of next generation adaptive propulsion risk reduction for air superiority applications. 
Work will be performed in East Hartford, Connecticut, and is expected to be completed by Feb. 28, 2022. 
Fiscal 2018 research and development funds in the amount of $10,000,000 are being obligated at the time of award. 
Total cumulative face value of the contract is $1,449,687,297. 
Air Force Life Cycle Management Center, Wright-Patterson Air Force Base, Dayton, Ohio, is the contracting activity.

 

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Il 27/11/2017 in 22:42 , Flaggy ha scritto:

Il mostruoso GE9X del futuro Boeing 777X, con la sua ventola da 3.4 m di diametro, è stato montato non senza problemi sotto l'ala di un testbed 747-400, lasciando mezzo metro scarso di luce rispetto al suolo.

 

http://aviationweek.com/commercial-aviation/world-s-largest-engine-readied-flight

 

ge9xftb2.jpg

 

Da notare come non ricorrendo nè ad un riduttore, nè a un terzo albero per muovere la ventola, ha bisogno di una turbina di bassa pressione piuttosto grossa e pesante per muovere sia il compressore di bassa pressione che la ventola e garantire un rapporto di diluizione abbastanza alto (10:1). E' quindi essenzialmente un grosso motore, ma che non ricorre alle soluzioni più raffinate che si vedranno sull'Ultrafan di Rolls Royce, che comunque, pur con una ventola di 3 metri di diametro, si popone con un rapporto di diluizione pazzesco (15:1).

Il GE9X, col suo rapporto di compressione mostruoso di 60:1, adesso è finito sotto l'ala del nuovo Boeing 777 9X.

https://www.flightglobal.com/news/articles/pictures-boeing-installs-ge9x-engines-on-777x-test-454827/

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