La relación empuje-peso es una relación adimensional entre el empuje y el peso de un cohete , un motor a reacción , un motor de hélice o un vehículo propulsado por dicho motor que es un indicador del rendimiento del motor o del vehículo.
La relación empuje-peso instantánea de un vehículo varía continuamente durante su funcionamiento debido al consumo progresivo de combustible o propulsor y, en algunos casos, a un gradiente de gravedad . La relación empuje-peso basada en el empuje y el peso iniciales se suele publicar y utilizar como cifra de mérito para la comparación cuantitativa del rendimiento inicial de un vehículo.
La relación empuje-peso se calcula dividiendo el empuje (en unidades del SI, en newtons ) por el peso (en newtons) del motor o vehículo. El peso (N) se calcula multiplicando la masa en kilogramos (kg) por la aceleración debida a la gravedad (m/s2 ) . El empuje también se puede medir en libras-fuerza (lbf), siempre que el peso se mida en libras (lb). La división utilizando estos dos valores aún da la relación empuje-peso numéricamente correcta (adimensional). Para una comparación válida de la relación empuje-peso inicial de dos o más motores o vehículos, el empuje se debe medir en condiciones controladas.
Debido a que el peso de una aeronave puede variar considerablemente, dependiendo de factores como la carga de munición, la carga de combustible, el peso de la carga o incluso el peso del piloto, la relación empuje-peso también es variable e incluso cambia durante las operaciones de vuelo. Existen varios estándares para determinar el peso de una aeronave que se utilizan para calcular el rango de la relación empuje-peso.
La relación empuje-peso y la relación sustentación-resistencia son los dos parámetros más importantes para determinar el rendimiento de una aeronave.
La relación empuje-peso varía continuamente durante un vuelo. El empuje varía con el ajuste del acelerador, la velocidad aerodinámica , la altitud , la temperatura del aire, etc. El peso varía con el consumo de combustible y los cambios de carga útil. Para las aeronaves, la relación empuje-peso citada es a menudo el empuje estático máximo al nivel del mar dividido por el peso máximo de despegue . [2] Las aeronaves con una relación empuje-peso mayor que 1:1 pueden inclinarse hacia arriba y mantener la velocidad aerodinámica hasta que el rendimiento disminuya a mayor altitud. [3]
Un avión puede despegar incluso si el empuje es menor que su peso, ya que, a diferencia de un cohete, la fuerza de sustentación se produce por la sustentación de las alas, no directamente por el empuje del motor. Mientras el avión pueda producir suficiente empuje para viajar a una velocidad horizontal superior a su velocidad de pérdida, las alas producirán suficiente sustentación para contrarrestar el peso del avión.
Para aeronaves propulsadas por hélice, la relación empuje-peso se puede calcular de la siguiente manera en unidades imperiales: [4]
donde es la eficiencia propulsiva (normalmente 0,65 para hélices de madera, 0,75 para hélices de paso fijo de metal y hasta 0,85 para hélices de velocidad constante), hp es la potencia del eje del motor y es la velocidad aerodinámica real en pies por segundo, el peso está en libras.
La fórmula métrica es:
La relación empuje-peso de un cohete, o de un vehículo propulsado por cohete, es un indicador de su aceleración expresada en múltiplos de la aceleración gravitacional g . [5]
Los cohetes y los vehículos propulsados por cohetes funcionan en una amplia gama de entornos gravitacionales, incluido el entorno sin gravedad . La relación empuje-peso se calcula generalmente a partir del peso bruto inicial a nivel del mar en la Tierra [6] y a veces se denomina relación empuje-peso terrestre . [7] La relación empuje-peso terrestre 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 . [5]
La relación empuje-peso de un cohete mejora a medida que se quema el combustible. Con un empuje constante, la relación máxima (aceleración máxima del vehículo) se alcanza justo antes de que el combustible se consuma por completo. Cada cohete tiene una curva característica de empuje-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 aun así es útil porque determina la aceleración máxima que cualquier vehículo que utilice ese motor podría alcanzar teóricamente con un mínimo de propulsor y estructura acoplados.
Para un despegue desde la superficie de la Tierra utilizando 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 el vehículo puede generar. [5] El despegue puede ocurrir cuando la fuerza g del vehículo excede la gravedad local (expresada como un múltiplo de g 0 ).
La relación empuje-peso de los cohetes normalmente supera con creces 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 varía típicamente a lo largo del vuelo con las variaciones de empuje debido a la velocidad y la altitud, junto con los cambios de peso debido a la cantidad de propulsor restante y la masa de la carga útil. Los factores con mayor efecto incluyen la temperatura del aire en corriente libre , la presión , la densidad y la composición. Dependiendo del motor o vehículo en consideración, el rendimiento real a menudo se verá afectado por la flotabilidad y la intensidad del campo gravitacional local .
Con postcombustión, inversor y tobera... 3.175 kg... Postcombustión... 169,2 kN
El Merlin 1D pesa 1030 libras, incluidos los actuadores de dirección hidráulica (TVC). Produce 162,500 libras de empuje en el vacío, es decir, casi 158 de empuje/peso. La nueva variante de empuje completo pesa lo mismo y produce alrededor de 185,500 libras de fuerza en el vacío.
