Un motor de ciclo variable (VCE) , también conocido como motor de ciclo adaptativo (ACE) , es un motor a reacción de avión que está diseñado para operar de manera eficiente en condiciones de vuelo mixtas, como subsónicas , transónicas y supersónicas .
La próxima generación de transporte supersónico (SST) puede requerir algún tipo de VCE. Para reducir la resistencia de los aviones en supercrucero , los motores SST requieren un alto empuje específico (empuje neto/flujo de aire) para minimizar el área de la sección transversal del motor. Esto implica una alta velocidad de crucero y despegue supersónico del jet, lo que hace que el avión sea ruidoso.
Un motor de alto empuje específico tiene una alta velocidad de chorro por definición, como lo implica la ecuación aproximada para el empuje neto: [1]
dónde:
Reordenando la ecuación, el empuje específico viene dado por:
Entonces, para una velocidad de vuelo cero, el empuje específico es directamente proporcional a la velocidad del chorro.
El Rolls-Royce/Snecma Olympus 593 del Concorde tenía un alto empuje específico en crucero supersónico y en despegue en seco. Esto hizo que los motores hicieran ruido. El problema se vio agravado por la necesidad de una modesta cantidad de postcombustión (recalentamiento) en el despegue (y aceleración transónica).
Un concepto de SST VCE es el motor de ventilador en tándem. El motor dispone de dos ventiladores, ambos montados en el eje de baja presión, separados por una importante holgura axial. En vuelo normal, todo el aire que entra pasa por todo el motor (modo serie). El flujo que sale del ventilador delantero pasa directamente al segundo ventilador, de modo que el motor se comporta de forma muy parecida a un turboventilador .
Sin embargo, para el despegue, el ascenso, la aproximación y el descenso final, el aire que pasa por el ventilador delantero se conduce a través de una boquilla auxiliar en la parte inferior de la góndola , omitiendo el resto del motor. Las tomas auxiliares a cada lado del motor se abren para permitir que el aire evite el ventilador delantero, llegue directamente al ventilador trasero y avance por el resto del motor (modo paralelo). El modo paralelo aumenta sustancialmente el flujo de aire total del motor, reduciendo la velocidad del chorro y el ruido. En la década de 1970, Boeing modificó un Pratt & Whitney JT8D para utilizar una configuración de ventilador en tándem y demostró con éxito el cambio del funcionamiento en serie al funcionamiento en paralelo (y viceversa) con el motor en marcha, aunque a potencia parcial.
En el concepto de ventilador en tándem medio, se ubica un ventilador de una sola etapa de alto flujo específico entre los compresores de alta presión (HP) y de baja presión (LP) de un núcleo de turborreactor. Sólo se permite que el aire de derivación pase a través del ventilador. El flujo de salida del compresor LP pasa a través de conductos especiales dentro del disco del ventilador, directamente debajo de las aspas del rotor del ventilador. Parte del aire de derivación ingresa al motor a través de una entrada auxiliar. Durante el despegue y la aproximación, el motor se comporta de forma muy parecida a un turbofan convencional, con un nivel de ruido aceptable (es decir, un empuje específico bajo). Sin embargo, para el crucero supersónico , las paletas guía de entrada variable del ventilador y la entrada auxiliar se cierran para minimizar el flujo de derivación y aumentar el empuje específico. En este modo, el motor actúa más como un turborreactor con fugas (por ejemplo, el F404 ).
En el concepto de turboventilador de flujo mixto con eyector, un motor con baja relación de derivación está montado delante de un tubo largo, llamado eyector. Este dispositivo silenciador se despliega durante el despegue y la aproximación. Los gases de escape del turboventilador inducen aire adicional al eyector a través de una entrada de aire auxiliar, reduciendo así el empuje específico/velocidad media del chorro del escape final. El diseño de flujo mixto no es particularmente eficiente a baja velocidad, pero es considerablemente más simple.
La arquitectura de tres corrientes añade una tercera corriente de aire direccionable. Esta corriente pasa por alto la relación del núcleo cuando se requiere eficiencia de combustible o pasa por el núcleo para obtener mayor potencia. En el marco del programa de motores de turbina avanzados, versátiles y asequibles (VAATE), la Fuerza Aérea de EE. UU. y los socios de la industria desarrollaron este concepto bajo la tecnología de motor versátil adaptable (ADVENT) y el siguiente demostrador de tecnología de motor adaptable (AETD) y el programa de transición de motor adaptativo (AETP). ) programas. [2] Los ejemplos incluyen el General Electric XA100 y el Pratt & Whitney XA101 , así como el sistema de propulsión del caza Next Generation Air Dominance (NGAD). [3]
General Electric desarrolló un motor de ciclo variable, conocido como GE37 o General Electric YF120 , para la competición de aviones de combate YF-22 / YF-23 , a finales de los años 1980. GE utilizó una disposición de ventilador híbrido/de doble derivación, pero nunca reveló cómo explotaron el concepto. En cambio, la Fuerza Aérea seleccionó el Pratt & Whitney F119 convencional para lo que se convirtió en el Lockheed Martin F-22 Raptor .
