El turbocohete 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 se quema luego antes de salir del dispositivo a través de una tobera y crear empuje.
Existen muchos tipos diferentes de turbocohetes de aire. Los distintos tipos generalmente difieren en cómo funciona la sección del generador de gas del motor.
Los turbocohetes de aire suelen denominarse turboestatorreactores , cohetes turboestatorreactores , expansores de turbocohetes 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. [1]
La ventaja de esta configuración es que ofrece un impulso específico mayor que el de un cohete. Para la misma masa de combustible transportada por un motor de cohete, la potencia total del turbocohete de aire es mucho mayor. Además, proporciona empuje en un rango de velocidad mucho más amplio que un estatorreactor, pero es mucho más barato y más fácil de controlar que un motor de turbina de gas. El turbocohete 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.
Un turbocohete es un tipo de motor de avión que combina elementos de un motor a reacción y de un cohete . Por lo general, consta de un ventilador de varias etapas impulsado por una turbina, que a su vez es impulsada por los gases calientes que salen de una serie de pequeños motores similares a cohetes 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 tobera de propulsión convergente-divergente .
Una vez que un motor a reacción alcanza una altitud suficiente en la atmósfera, no hay suficiente oxígeno para quemar el combustible . La idea detrás de un turbocohete es complementar el oxígeno atmosférico con un suministro a bordo. Esto permite el funcionamiento a una altitud mucho mayor de la que permitiría un motor normal.
El diseño del turbocohete ofrece una combinación de ventajas y desventajas. No es un verdadero cohete, por lo que no puede operar en el espacio. La refrigeración del motor no es un problema porque el quemador y sus gases de escape calientes están ubicados detrás de los álabes de la turbina.
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 tobera del turborreactor. El turborreactor puede funcionar en modo turborreactor en el despegue y durante el vuelo a baja velocidad, pero luego cambia al modo estatorreactor para acelerar a números de Mach altos.
El funcionamiento del motor se controla mediante flaps de derivación ubicados justo aguas abajo del difusor. Durante el vuelo a baja velocidad, los flaps 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 trasera para producir empuje. El motor comenzaría funcionando como un turborreactor durante el despegue y mientras asciende a la altitud. Al alcanzar una alta velocidad subsónica, la parte del motor que se encuentra aguas abajo del turborreactor se utilizaría como postquemador para acelerar el avión por encima de la velocidad del sonido. [2]
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 es alimentada por gas caliente a alta presión de una cámara de combustión. [3] Estos aspectos iniciales son muy similares a cómo funciona un turborreactor, sin embargo, hay varias diferencias. La primera es que la cámara de combustión del turborreactor suele estar separada del flujo de aire principal. En lugar de combinar el aire del compresor con el combustible para la combustión, la cámara de combustión del turborreactor puede utilizar hidrógeno y oxígeno , transportados en la aeronave, como combustible para la cámara de combustión. [4]
El aire comprimido por el compresor pasa por alto la sección de la cámara de combustión y la turbina del motor, donde se mezcla con el escape de la turbina. El escape de la turbina puede diseñarse para que sea rico en combustible (es decir, la cámara de combustión no queme todo el combustible) que, cuando se mezcla con el aire comprimido, crea una mezcla de combustible y aire caliente que está lista para quemarse nuevamente. Se inyecta más combustible en este aire donde se vuelve a quemar. El escape se expulsa a través de una boquilla de propulsión , generando empuje. [5]
En la imagen que se muestra no se encuentran los conductos de derivación necesarios alrededor del compresor para el funcionamiento del estatorreactor. Se muestra un turborreactor de baja derivación con recalentamiento.
El motor turborreactor se utiliza cuando el espacio es limitado, ya que ocupa menos espacio que los motores estatorreactor y turborreactor por separado. Dado que un estatorreactor debe viajar ya a altas velocidades antes de empezar a funcionar, un avión propulsado por estatorreactor es incapaz de despegar de una pista por su propia potencia; esa es la ventaja del turborreactor, que es un miembro de la familia de motores de turbina de gas. Un turborreactor no depende exclusivamente del movimiento del motor para comprimir el flujo de aire entrante; en cambio, el turborreactor contiene una 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 hasta más de Mach 3 utilizando las mejores características tanto del turborreactor como del estatorreactor combinadas en un solo motor. [2]
En aplicaciones que se mantienen relativamente en la atmósfera y requieren duraciones más prolongadas de menor empuje en un rango de velocidad específico, el turbocohete de aire puede tener una ventaja de peso sobre el motor de cohete de combustible sólido estándar. En términos de requisitos volumétricos, el motor de cohete tiene la ventaja debido a la falta de conductos de entrada y otros dispositivos de gestión del aire.