Turborreactor de aire - Air turborocket
El turborocket de aire es una forma de motor a reacción de ciclo combinado . El diseño básico incluye un generador de gas , que produce gas a alta presión, que impulsa un conjunto de turbina / compresor que comprime el aire atmosférico en una cámara de combustión. Esta mezcla luego se quema antes de dejar el dispositivo a través de una boquilla y crear empuje.
Hay muchos tipos diferentes de turborockets de aire. Los diversos tipos generalmente difieren en cómo funciona la sección del generador de gas del motor.
Turborockets de aire se refieren a menudo como turboramjets , cohetes turboestatorreactor , expansores turborocket , y muchos otros. Como no hay consenso sobre qué nombres se aplican a qué conceptos específicos, varias fuentes pueden usar el mismo nombre para dos conceptos diferentes.
Beneficios
El beneficio de esta configuración es un mayor impulso específico sobre el de un cohete. Para la misma masa transportada de propulsor que un motor de cohete, la salida total del turborreactor de aire es mucho mayor. Además, proporciona empuje en un rango de velocidad mucho más amplio que un ramjet, pero es mucho más barato y más fácil de controlar que un motor de turbina de gas. El turborocket de aire llena un nicho (en términos de costo, confiabilidad, robustez y duración del empuje) entre el motor de cohete de combustible sólido y el motor de turbina de gas para aplicaciones de misiles.
Tipos
Turborocket
Un turborocket es un tipo de motor de avión que combina elementos de un motor a reacción y un cohete . Por lo general, comprende un ventilador de múltiples etapas impulsado por una turbina, que es impulsado por los gases calientes que salen de una serie de pequeños motores en forma de cohete montados alrededor de la entrada de la turbina. Los gases de escape de la turbina se mezclan con el aire de descarga del ventilador y se queman con el aire del compresor antes de salir a través de una boquilla propulsora convergente-divergente .
Antecedentes
Una vez que un motor a reacción se eleva lo suficiente en una atmósfera, no hay suficiente oxígeno para quemar el combustible del avión . La idea detrás de un turborocket es complementar el oxígeno atmosférico con un suministro a bordo. Esto permite el funcionamiento a una altitud mucho mayor de lo que permitiría un motor normal.
El diseño del turborocket ofrece una combinación de beneficios con inconvenientes. No es un verdadero cohete, por lo que no puede operar en el espacio. Enfriar el motor no es un problema porque el quemador y sus gases de escape calientes se encuentran detrás de las palas de la turbina.
Turborreactor de aire
El motor turborreactor de aire es un motor de ciclo combinado que fusiona aspectos de los motores turborreactores y estatorreactores . El turborreactor es un motor híbrido que consiste esencialmente en un turborreactor montado dentro de un estatorreactor. El núcleo del turborreactor está montado dentro de un conducto que contiene una cámara de combustión aguas abajo de la boquilla del turborreactor. El turborreactor se puede ejecutar en modo turborreactor en el despegue y durante el vuelo a baja velocidad, pero luego cambia al modo de estatorreactor para acelerar a números Mach altos.
El funcionamiento del motor se controla mediante aletas de derivación ubicadas justo aguas abajo del difusor. Durante el vuelo a baja velocidad, las aletas controlables cierran el conducto de derivación y fuerzan el aire directamente a la sección del compresor del turborreactor. Durante el vuelo a alta velocidad, los flaps bloquean el flujo hacia el turborreactor y el motor funciona como un estatorreactor utilizando la cámara de combustión de popa para producir empuje. El motor comenzaría a funcionar como un turborreactor durante el despegue y mientras ascendía a la altura. Al alcanzar una alta velocidad subsónica, la porción del motor aguas abajo del turborreactor se utilizaría como postcombustión para acelerar el avión por encima de la velocidad del sonido.
A velocidades más bajas, el aire pasa a través de una entrada y luego es comprimido por un compresor axial . Ese compresor es impulsado por una turbina , que funciona con gas caliente a alta presión de una cámara de combustión. Estos aspectos iniciales son muy similares al funcionamiento de un turborreactor, sin embargo, existen varias diferencias. La primera es que la cámara de combustión del turborreactor suele estar separada del flujo de aire principal. En lugar de combinar aire del compresor con combustible para quemar, la cámara de combustión del turborreactor puede usar hidrógeno y oxígeno , transportados en la aeronave, como combustible para la cámara de combustión.
El aire comprimido por el compresor no pasa por la cámara de combustión y la sección de turbina del motor, donde se mezcla con el escape de la turbina. El escape de la turbina se puede diseñar para que sea rico en combustible (es decir, la cámara de combustión no quema todo el combustible) que, cuando se mezcla con el aire comprimido, crea una mezcla de aire y combustible caliente que está lista para quemarse nuevamente. Se inyecta más combustible en este aire donde se quema nuevamente. El escape se expulsa a través de una boquilla propulsora , generando empuje.
Condiciones de uso del turborreactor
El motor turborreactor se utiliza cuando el espacio es limitado, ya que ocupa menos espacio que los motores estatorreactores y turborreactores separados. Dado que un estatorreactor ya debe estar viajando a altas velocidades antes de comenzar a funcionar, una aeronave propulsada por estatorreactor es incapaz de despegar de una pista por sus propios medios; ésa es la ventaja del turborreactor, que forma parte de la familia de motores de turbinas de gas. Un turborreactor no se basa únicamente en el movimiento del motor para comprimir el flujo de aire entrante; en cambio, el turborreactor contiene alguna maquinaria giratoria adicional que comprime el aire entrante y permite que el motor funcione durante el despegue y a bajas velocidades. Para un flujo entre Mach 3 y 3,5 durante el vuelo de crucero, velocidades a las que el turborreactor no podría funcionar debido a las limitaciones de temperatura de sus álabes de turbina, este diseño proporciona la capacidad de operar desde velocidad cero a más de Mach 3 utilizando las mejores características de ambos turborreactor y estatorreactor combinados en un solo motor.
Turborocket de aire vs.Motor de cohete estándar
En aplicaciones que permanecen relativamente en la atmósfera y requieren duraciones más largas de empuje más bajo en un rango de velocidad específico, el turborocket de aire puede tener una ventaja de peso sobre el motor cohete de combustible sólido estándar. En términos de requisitos volumétricos, el motor cohete tiene la ventaja debido a la falta de conductos de entrada y otros dispositivos de gestión del aire.
Ver también
- Pratt y Whitney J58
- ATREX
- SABRE (motor de cohete)
- LACE separa el oxígeno del aire
- El cohete con aumento de aire normalmente usa algo de aire externo, pero puede funcionar sin él.
- El motor de cohete no utiliza aire externo
- Turbojet utiliza los productos de combustión con el aire para impulsar la turbina.
- Ramjet no necesita turbina para un compresor
Referencias
Notas
Bibliografía
- Kerrebrock, Jack L. (1992). Motores de aviones y turbinas de gas (2ª ed.). Cambridge, MA: The MIT Press. ISBN 978-0-262-11162-1.
- Heiser, William H .; Pratt, David T. (1994). Propulsión hipersónica por respiración de aire . Serie de educación AIAA. Washington DC: Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica. ISBN 1-56347-035-7.
enlaces externos
- Evaluación de la Fuerza Aérea de Rex I , Parte II: 1950-1957, 7. Nuevas iniciativas en aeronaves de gran altitud, HIDRÓGENO LÍQUIDO COMO COMBUSTIBLE DE PROPULSIÓN, 1945-1959
- Turboengines , BIBLIOGRAFÍA DEL TRANSPORTE DE TIERRA A ÓRBITA, 23 de septiembre de 2006