El motor exoesquelético ( ESE ) es un concepto en el diseño de turbomáquinas . Los motores de turbina de gas actuales tienen ejes giratorios centrales y discos de ventilador y están construidos principalmente con metales pesados. Requieren cojinetes lubricados y una refrigeración exhaustiva para los componentes calientes. También están sujetos a desequilibrios (o vibraciones) graves que podrían destruir toda la etapa del rotor , son propensos a fatiga de ciclo alto y bajo y están sujetos a fallas catastróficas debido a explosiones de discos debido a cargas de alta tracción, por lo que requieren dispositivos de contención pesados. . [1] Para abordar estas limitaciones, el concepto ESE invierte la configuración convencional y utiliza un diseño de rotor tipo tambor para la turbomaquinaria en el que las palas del rotor están unidas al interior de un tambor giratorio en lugar de radialmente hacia afuera desde un eje. y discos. Se podrían utilizar múltiples rotores de tambor en un diseño de múltiples carretes .
Fundamentalmente, la configuración de tambor-rotor ESE normalmente consta de cuatro tambores o carcasas concéntricos de extremos abiertos:
En el diseño ESE, las palas giratorias están principalmente en compresión radial en lugar de tensión radial, lo que significa que para su construcción se pueden utilizar materiales que no poseen una alta resistencia a la tracción, como materiales cerámicos . Las cerámicas se comportan bien en situaciones de carga de compresión donde se minimiza la fractura frágil y proporcionarían una mayor eficiencia operativa a través de temperaturas de funcionamiento más altas y un peso más ligero del motor en comparación con las aleaciones metálicas que normalmente se utilizan en los componentes de turbomaquinaria. El diseño ESE y el uso de materiales compuestos también podrían reducir el número de piezas, reducir o eliminar el enfriamiento y dar como resultado una mayor vida útil de los componentes. [2] El uso de cerámica también sería una característica beneficiosa para los sistemas de propulsión hipersónica , donde las altas temperaturas de estancamiento pueden exceder los límites de los materiales de turbomaquinaria tradicionales.
La cavidad dentro de la capa interior podría explotarse de varias maneras diferentes. En aplicaciones subsónicas, ventilar la cavidad central con un flujo libre podría contribuir potencialmente a una gran reducción del ruido; mientras que en aplicaciones supersónicas -hipersónicas podría usarse para albergar un estatorreactor o un scramjet (u otros dispositivos como un motor de detonación por impulsos ) como parte de un motor de ciclo combinado basado en turbina . Una disposición de este tipo podría reducir la longitud total del sistema de propulsión y, por tanto, reducir significativamente el peso y la resistencia al avance. [1]
De Chamis y Blankson: [1]
Uno de los principales desafíos está en el diseño de los rodamientos, ya que no se conocen sistemas lubricados que puedan manejar la magnitud de la velocidad encontrada en el ESE; Se han sugerido rodamientos magnéticos y de láminas como posibles soluciones a este problema.
Aunque en teoría ambos sistemas de rodamientos cumplen con los requisitos de la aplicación exoesquelética, ninguna de las tecnologías está actualmente lista para funcionar en tamaños prácticos. Los avances en la tecnología de rodamientos de láminas indican que pueden ser necesarios 20 años para lograr rodamientos de láminas para este diámetro, y los rodamientos magnéticos parecen ser demasiado pesados para esta aplicación y también enfrentarían un largo programa de desarrollo tecnológico. [2]