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Estatorreactor

Operación simple de estatorreactor, con números de Mach de flujo mostrados

Un ramjet es una forma de motor a reacción que respira aire y requiere un movimiento hacia adelante del motor para proporcionar aire para la combustión. Los ramjets funcionan de manera más eficiente a velocidades supersónicas de alrededor de Mach  3 (2300 mph; 3700 km/h) y pueden operar hasta Mach 6 (4600 mph; 7400 km/h).

Los ramjets pueden ser particularmente apropiados en aplicaciones que requieren un mecanismo pequeño y simple para uso de alta velocidad, como los misiles . Estados Unidos, Canadá y el Reino Unido adoptaron defensas antimisiles propulsadas por estatorreactores en la década de 1960, como el CIM-10 Bomarc y el Bloodhound . Los diseñadores de armas están investigando la tecnología ramjet para su uso en proyectiles de artillería para aumentar el alcance; Se cree que un proyectil de mortero asistido por estatorreactor de 120 mm puede viajar 35 km (22 millas). [1] Se han utilizado con éxito, aunque no de manera eficiente, como chorros de punta en los extremos de los rotores de los helicópteros . [2]

Historia

Cyrano de Bergerac

L'Autre Monde: ou les États et Empires de la Lune ( Historia cómica de los estados e imperios de la Luna ) (1657) fue la primera de tres novelas satíricas escritas por Cyrano de Bergerac que están consideradas entre las primeras historias de ciencia ficción . Arthur C Clarke le dio crédito a este libro por haber concebido el estatorreactor, [3] y por ser el primer ejemplo ficticio de vuelo espacial propulsado por cohetes.

René Lorin

El estatorreactor fue desarrollado en 1913 por el inventor francés René Lorin , a quien se le concedió una patente (FR290356) para su dispositivo. Los intentos de construir un prototipo fracasaron debido a materiales inadecuados. [4] Su patente mostraba un motor de combustión interna de pistón con 'trompetas' añadidas como boquillas de escape. [5]

Albert Fonó

En 1915, el inventor húngaro Albert Fonó ideó una solución para aumentar el alcance de la artillería , que incluía un proyectil lanzado con un cañón unido a una unidad de propulsión estatorreactor, lo que proporcionaba un largo alcance a velocidades iniciales relativamente bajas, lo que permitía disparar proyectiles pesados ​​desde dispositivos relativamente ligeros. armas. Fonó presentó su invento al ejército austrohúngaro , pero la propuesta fue rechazada. [6] Después de la Primera Guerra Mundial, Fonó volvió al tema. En mayo de 1928 describió en una solicitud de patente alemana un "motor a reacción de aire", que describió como adecuado para aviones supersónicos de gran altitud. En una solicitud de patente adicional, adaptó el motor para velocidad subsónica. La patente fue concedida en 1932 (patente alemana nº 554.906, 1932-11-02). [7]

Unión Soviética

En la Unión Soviética, Boris Stechkin presentó en 1928 una teoría de los motores estatorreactores supersónicos . Yuri Pobedonostsev, jefe de la 3.ª Brigada del GIRD , llevó a cabo la investigación. El primer motor, el GIRD-04, fue diseñado por IA Merkulov y probado en abril de 1933. Para simular un vuelo supersónico, se alimentaba con aire comprimido a 200 bar y se alimentaba con hidrógeno. El estatorreactor GIRD-08 alimentado con fósforo se probó disparándolo desde un cañón de artillería. Estos proyectiles pueden haber sido los primeros proyectiles a reacción en romper la velocidad del sonido .

En 1939, Merkulov realizó más pruebas de estatorreactor utilizando un cohete de dos etapas , el R-3. Desarrolló el primer motor ramjet para su uso como motor auxiliar de un avión, el DM-1. El primer vuelo de un avión propulsado por estatorreactor del mundo tuvo lugar en diciembre de 1940, utilizando dos motores DM-2 en un Polikarpov I-15 modificado . Merkulov diseñó un caza estatorreactor "Samolet D" en 1941, que nunca se completó. Dos de sus motores DM-4 se instalaron en el caza Yak-7 PVRD durante la Segunda Guerra Mundial. En 1940 se diseñó el avión experimental Kostikov-302, propulsado por un cohete de combustible líquido para el despegue y motores estatorreactores para el vuelo. Ese proyecto fue cancelado en 1944.

En 1947, Mstislav Keldysh propuso un bombardero antípoda de largo alcance , similar al bombardero Sänger-Bredt , pero propulsado por estatorreactor en lugar de cohete. En 1954, NPO Lavochkin y el Instituto Keldysh comenzaron a desarrollar un misil de crucero propulsado por estatorreactor Mach 3, el Burya . Este proyecto compitió con el misil balístico intercontinental R-7 desarrollado por Sergei Korolev , pero fue cancelado en 1957.

Japón

Se diseñaron, construyeron y probaron en tierra varios aviones ariete en las instalaciones de Kawasaki Aircraft Company en Gifu durante la Segunda Guerra Mundial. Los funcionarios de la compañía afirmaron, en diciembre de 1945, que estas iniciativas internas no estaban influenciadas por acontecimientos paralelos alemanes. Una evaluación de la inteligencia estadounidense de posguerra describió el dispersor centrífugo de combustible del ariete Kawasaki como "el logro más destacado de la compañía... eliminando una gran cantidad del sistema de inyección de combustible normalmente empleado". [8] Debido a la vibración excesiva, el motor solo estaba diseñado para su uso en aviones sin piloto lanzados con cohetes o catapultas. Los preparativos para las pruebas de vuelo terminaron con la rendición japonesa en agosto de 1945.

Alemania

En 1936, Hellmuth Walter construyó un motor de prueba propulsado por gas natural . El trabajo teórico se llevó a cabo en BMW , Junkers y DFL . En 1941, Eugen Sänger del DFL propuso un motor estatorreactor con una alta temperatura en la cámara de combustión. Construyó grandes tubos estatorreactores de 500 milímetros (20 pulgadas) y 1.000 milímetros (39 pulgadas) de diámetro y llevó a cabo pruebas de combustión en camiones y en un banco de pruebas especial en un Dornier Do 17 Z a velocidades de vuelo de hasta 200 metros por segundo ( 720 kilómetros por hora). Más tarde, cuando la gasolina empezó a escasear en Alemania, se llevaron a cabo pruebas con bloques de polvo de carbón prensado como combustible (véase, por ejemplo, Lippisch P.13a ), que no tuvieron éxito debido a la lenta combustión. [9]

Estados Unidos

Un AQM-60 Kingfisher , el primer estatorreactor de producción que entra en servicio con el ejército estadounidense

Stovepipe (volador/llameante/supersónico) era un nombre popular para el estatorreactor durante la década de 1950 en revistas especializadas como Aviation Week & Space Technology [10] y otras publicaciones como The Cornell Engineer. [11] La simplicidad que implica el nombre proviene de una comparación con el motor turborreactor que emplea turbomaquinaria giratoria relativamente compleja y costosa.

La Marina de los EE. UU. desarrolló una serie de misiles aire-aire bajo el nombre de " Gorgon " utilizando diferentes mecanismos de propulsión, incluida la propulsión ramjet en el Gorgon IV. Los ramjet Gorgon IV, fabricados por Glenn Martin , fueron probados en 1948 y 1949 en la Estación Aérea Naval Point Mugu . El ramjet fue diseñado en la Universidad del Sur de California y fabricado por Marquardt Aircraft Company . El motor tenía 2,1 metros (7 pies) de largo y 510 milímetros (20 pulgadas) de diámetro y estaba colocado debajo del misil.

A principios de la década de 1950, Estados Unidos desarrolló un estatorreactor Mach 4+ en el marco del programa Lockheed X-7 . Esto se convirtió en el Lockheed AQM-60 Kingfisher . Un mayor desarrollo dio como resultado el dron espía Lockheed D-21 .

A finales de la década de 1950, la Marina de los EE. UU. introdujo un sistema llamado RIM-8 Talos , que era un misil tierra-aire de largo alcance disparado desde barcos. Derribó con éxito cazas enemigos durante la guerra de Vietnam y fue el primer misil lanzado desde un barco que destruyó un avión enemigo en combate. El 23 de mayo de 1968, un Talos disparado desde el USS Long Beach derribó un MiG vietnamita a una distancia de unos 105 kilómetros (65 millas). También se utilizó como arma de superficie a superficie y se modificó para destruir radares terrestres. [12]

Utilizando tecnología probada por el AQM-60, a finales de la década de 1950 y principios de la de 1960, Estados Unidos produjo un sistema de defensa generalizado llamado CIM-10 Bomarc , que estaba equipado con cientos de misiles ramjet con armas nucleares con un alcance de varios cientos de millas. Estaba propulsado por los mismos motores que el AQM-60, pero con materiales mejorados para soportar tiempos de vuelo más prolongados. El sistema fue retirado en la década de 1970 cuando disminuyó la amenaza de los bombarderos.

THOR-ER

En abril de 2020, el Departamento de Defensa de EE. UU. y el Ministerio de Defensa de Noruega anunciaron conjuntamente su asociación para desarrollar tecnologías avanzadas aplicables a armas hipersónicas y de largo alcance, alta velocidad. El programa Ramjet ofensivo táctico de alta velocidad para alcance extendido (THOR-ER) completó una prueba de vehículo ramjet de combustible sólido (SFRJ) en agosto de 2022. [13]

Estatorreactor de modo dual

En 2023, General Electric demostró un estatorreactor con combustión por detonación giratoria. Es un motor de ciclo combinado basado en turbinas que incorpora un [14]

Reino Unido

El motor superior es un estatorreactor del misil Bloodhound.

A finales de los años cincuenta, sesenta y principios de los setenta, el Reino Unido desarrolló varios misiles ramjet.

Se suponía que el proyecto Blue Envoy equiparía al país con una defensa aérea de largo alcance propulsada por ramjet contra bombarderos, pero el sistema fue cancelado. Fue reemplazado por un sistema de misiles ramjet de menor alcance llamado Bloodhound . El sistema fue diseñado como una segunda línea de defensa en caso de que los atacantes pudieran eludir la flota de cazas defensores English Electric Lightning .

En la década de 1960, la Royal Navy desarrolló y desplegó un misil tierra-aire propulsado por estatorreactor para barcos llamado Sea Dart . Tenía un alcance de 65 a 130 kilómetros (40 a 80 millas) y una velocidad de Mach 3. Se utilizó con éxito en combate contra múltiples tipos de aviones durante la Guerra de las Malvinas .

Fritz Zwicky

El eminente astrofísico suizo Fritz Zwicky fue director de investigación de Aerojet y posee numerosas patentes en propulsión a chorro. Las patentes US 5121670  y US 4722261 son para aceleradores de ariete . La Marina de los EE. UU. no permitiría que Zwicky discutiera públicamente su invento; el documento US 2461797 es para el Underwater Jet, un jet ram que funciona en un medio fluido. La revista Time informó sobre el trabajo de Zwicky. [15] [16]  

Francia

leduc 010

En Francia, fueron notables las obras de René Leduc . El modelo de Leduc, el Leduc 0.10, fue uno de los primeros aviones propulsados ​​por estatorreactor que voló, en 1949.

El Nord 1500 Griffon alcanzó Mach 2,19 (745 m/s; 2.680 km/h) en 1958.

Diseño

Un estatorreactor típico

La primera parte de un estatorreactor es su difusor (compresor) en el que el movimiento hacia adelante del estatorreactor se utiliza para elevar la presión de su fluido de trabajo (aire) según sea necesario para la combustión. El aire se comprime y se calienta mediante una combustión en banda expandida en un ciclo termodinámico conocido como ciclo de Brayton . Luego se pasa a través de una boquilla para acelerarlo a velocidades supersónicas. Esta aceleración le da al estatorreactor empuje hacia adelante .

Un ramjet es mucho menos complejo que un turborreactor porque sólo necesita una entrada de aire, una cámara de combustión y una boquilla . A diferencia de un motor a reacción , no tiene partes móviles, aparte de la bomba de combustible (líquido-combustible). Los estatorreactores de combustible sólido son aún más simples y no necesitan un sistema de combustible.

En comparación, un turborreactor utiliza un compresor impulsado por una turbina . Produce empuje cuando está estacionario porque el aire a alta velocidad necesario para producir aire comprimido (es decir, aire dinámico en un estatorreactor) es producido por las palas del rotor que giran en el compresor.

Construcción

Difusor

El difusor convierte la alta velocidad del aire que se acerca a la entrada en alta presión (estática) necesaria para la combustión. Las altas presiones de combustión minimizan el desperdicio de energía térmica que aparece en los gases de escape [17] (al reducir el aumento de entropía durante la adición de calor). [18]

Los estatorreactores subsónicos y poco supersónicos utilizan una abertura tipo pitot para la entrada. A esto le sigue un pasaje interno que se ensancha (difusor subsónico) para lograr una velocidad subsónica más baja que se requiere en la cámara de combustión. A bajas velocidades supersónicas se forma una onda de choque normal (plana) delante de la entrada.

Para velocidades supersónicas más altas, la pérdida de presión a través de la onda de choque se vuelve prohibitiva y se utiliza una punta o cono sobresaliente para producir ondas de choque oblicuas frente a un choque normal final que ocurre en el labio de entrada de entrada. El difusor en este caso consta de dos partes, el difusor supersónico, con ondas de choque externas a la entrada, seguido del difusor subsónico interno.

A velocidades aún mayores, parte de la difusión supersónica tiene que tener lugar internamente, lo que requiere ondas de choque oblicuas internas y externas. El choque normal final tiene que ocurrir en las proximidades de un área de flujo mínimo conocida como garganta, a la que sigue el difusor subsónico.

cámara de combustión

Al igual que con otros motores a reacción, la cámara de combustión eleva la temperatura del aire quemando combustible. Esto ocurre con una pequeña pérdida de presión. La velocidad del aire que entra en la cámara de combustión debe ser lo suficientemente baja como para que pueda tener lugar una combustión continua en zonas protegidas proporcionadas por porta llamas .

Una cámara de combustión ramjet puede funcionar de forma segura con relaciones estequiométricas de combustible:aire. Esto implica una temperatura de estancamiento de salida de la cámara de combustión del orden de 2400 K (2130 °C; 3860 °F) para el queroseno . Normalmente, la cámara de combustión debe ser capaz de funcionar en una amplia gama de ajustes del acelerador, coincidiendo con las velocidades y altitudes de vuelo. Por lo general, una región piloto protegida permite que la combustión continúe cuando la entrada del vehículo sufre una gran inclinación/inclinación durante los giros. Otras técnicas de estabilización de llama utilizan soportes de llama, que varían en diseño desde latas de combustión hasta placas planas, para proteger la llama y mejorar la mezcla del combustible. Recargar demasiado la cámara de combustión puede hacer que el choque final (normal) en el difusor sea empujado hacia adelante más allá del labio de admisión, lo que resulta en una caída sustancial en el flujo de aire y el empuje.

Boquillas

La boquilla propulsora es una parte fundamental del diseño de un estatorreactor, ya que acelera el flujo de escape para producir empuje.

Los estatorreactores subsónicos aceleran el flujo de escape con una boquilla . El vuelo supersónico normalmente requiere una boquilla convergente-divergente .

Ramjet Bristol Thor modificado para fines de exhibición. Se utilizaron dos motores Thor en el misil Bristol Bloodhound.

Rendimiento y control

Aunque los estatorreactores han funcionado a una velocidad de hasta 45 metros por segundo (160 km/h; 100 mph), [19] por debajo de Mach 0,5 (170 m/s; 610 km/h; 380 mph) dan poco empuje y son altamente ineficientes debido a sus bajas relaciones de presión.

Por encima de esta velocidad, dada una velocidad de vuelo inicial suficiente, un estatorreactor es autosostenible. A menos que la resistencia del vehículo sea extremadamente alta, la combinación motor/estructura del avión tiende a acelerar a velocidades de vuelo cada vez más altas, aumentando sustancialmente la temperatura de entrada de aire. Como esto podría dañar la integridad del motor y/o de la estructura del avión, el sistema de control de combustible debe reducir el flujo de combustible para estabilizar la velocidad y, por lo tanto, la temperatura de entrada de aire.

Debido a la temperatura de combustión estequiométrica, la eficiencia suele ser buena a altas velocidades (alrededor de Mach 2 – Mach 3, 680–1000 m/s, 2500–3700 km/h, 1500–2300 mph), mientras que a bajas velocidades la presión relativamente baja significa que los estatorreactores son superados por los turborreactores y los cohetes .

Control

Los ramjets se pueden clasificar según el tipo de combustible, ya sea líquido o sólido; y el refuerzo. [20]

Combustible líquido

En un estatorreactor de combustible líquido (LFRJ), el combustible de hidrocarburos (normalmente) se inyecta en la cámara de combustión delante de un sostenedor de llama. El sostenedor de llama estabiliza la llama con el aire comprimido de la(s) entrada(s). Se requiere un medio para presurizar y suministrar combustible al ariete, lo que puede resultar complicado y costoso.

Aérospatiale-Celerg diseñó un LFRJ donde el combustible es forzado a ingresar a los inyectores mediante una vejiga de elastómero que se infla progresivamente a lo largo del tanque de combustible. Inicialmente, la vejiga forma una funda ajustada alrededor de la botella de aire comprimido con la que se infla, que está montada longitudinalmente en el depósito. [21] Esto ofrece un enfoque de menor costo que un LFRJ regulado que requiere un sistema de bomba para suministrar el combustible. [22]

Despegar

Un ramjet no genera empuje estático y necesita un propulsor para alcanzar una velocidad de avance lo suficientemente alta para el funcionamiento eficiente del sistema de admisión. Los primeros misiles propulsados ​​por estatorreactor utilizaban propulsores externos, generalmente cohetes de propulsor sólido, ya sea en tándem, donde el propulsor se monta inmediatamente detrás del estatorreactor, por ejemplo, Sea Dart , o envolventes, donde se colocan múltiples propulsores alrededor del exterior del estatorreactor, por ejemplo. 2K11 Krug . La elección de la disposición del propulsor suele depender del tamaño de la plataforma de lanzamiento. Un propulsor en tándem aumenta la longitud del sistema, mientras que los propulsores envolventes aumentan el diámetro. Los propulsores envolventes suelen generar una mayor resistencia que una disposición en tándem.

Los propulsores integrados brindan una opción de empaque más eficiente, ya que el propulsor de refuerzo se coloca dentro de la cámara de combustión que de otro modo estaría vacía. Este enfoque se ha utilizado en diseños de estatorreactores de combustible sólido (SFRJ), por ejemplo el 2K12 Kub , líquido, por ejemplo ASMP , y cohetes con conductos, por ejemplo Meteor . Los diseños integrados se complican por los diferentes requisitos de las boquillas de las fases de vuelo de impulso y estatorreactor. Debido a los mayores niveles de empuje del propulsor, se requiere una boquilla de forma diferente para un empuje óptimo en comparación con la requerida para el sustentador de estatorreactor de menor empuje. Esto generalmente se logra mediante una boquilla separada, que se expulsa después de quemar el refuerzo. Sin embargo, diseños como el Meteor cuentan con propulsores sin boquilla. Esto ofrece las ventajas de la eliminación del riesgo de lanzar aviones desde los restos del propulsor, simplicidad, confiabilidad y reducción de masa y costo, [23] aunque esto debe compensarse con la reducción en el rendimiento de una boquilla propulsora dedicada.

Cohete integral estatorreactor/cohete con conductos

Una ligera variación del ramjet utiliza el escape supersónico del proceso de combustión de un cohete para comprimir y reaccionar con el aire entrante en la cámara de combustión principal. Esto tiene la ventaja de dar empuje incluso a velocidad cero.

En un estatorreactor de cohete integrado de combustible sólido (SFIRR), el combustible sólido se arroja a lo largo de la pared exterior del ramcombustor. En este caso, la inyección de combustible se realiza mediante la ablación del propulsor mediante el aire comprimido caliente de las entradas. Se puede utilizar un mezclador en popa para mejorar la eficiencia de la combustión. Se prefieren los SFIRR a los LFRJ para algunas aplicaciones debido a la simplicidad del suministro de combustible, pero sólo cuando los requisitos de aceleración son mínimos, es decir, cuando las variaciones de altitud o velocidad son limitadas.

En un cohete con conductos, un generador de gas de combustible sólido produce un gas caliente rico en combustible que se quema en la cámara de combustión con el aire comprimido suministrado por las tomas. El flujo de gas mejora la mezcla del combustible y el aire y aumenta la recuperación total de presión. En un cohete con conductos estrangulador, también conocido como cohete con conductos de flujo variable, una válvula permite estrangular el escape del generador de gas permitiendo el control del empuje. A diferencia de un LFRJ, los estatorreactores de propulsor sólido no pueden apagarse . El cohete con conductos se encuentra en algún lugar entre la simplicidad del SFRJ y el control de velocidad ilimitado del LFRJ.

Velocidad de vuelo

Los estatorreactores generalmente dan poco o ningún empuje por debajo de aproximadamente la mitad de la velocidad del sonido , y son ineficientes ( impulso específico de menos de 600 segundos) hasta que la velocidad del aire excede los 1000 kilómetros por hora (280 m/s; 620 mph) debido a las bajas relaciones de compresión. .

Incluso por encima de la velocidad mínima, una envolvente de vuelo amplia (rango de condiciones de vuelo), como velocidades bajas a altas y altitudes bajas a altas, puede forzar compromisos de diseño significativos, y tienden a funcionar mejor optimizados para una velocidad y altitud diseñadas (punto diseños). Sin embargo, los estatorreactores generalmente superan a los diseños de motores a reacción basados ​​en turbinas de gas y funcionan mejor a velocidades supersónicas (Mach 2-4). [24] Aunque son ineficientes a velocidades más lentas, son más eficientes en combustible que los cohetes en todo su rango de trabajo útil hasta al menos Mach 6 (2000 m/s; 7400 km/h).

El rendimiento de los estatorreactores convencionales cae por encima de Mach 6 debido a la disociación y la pérdida de presión causada por el impacto cuando el aire entrante se ralentiza a velocidades subsónicas para la combustión. Además, la temperatura de entrada a la cámara de combustión aumenta a valores muy altos, acercándose al límite de disociación en algún número de Mach límite.

Motores relacionados

turborreactor de aire

Esquema original de un diseño de turborreactor.
Esquema recreado de un turborreactor de aire, que presenta; 1. compresor, 2. caja de cambios, 3. líneas de hidrógeno y oxígeno, 4. generador de gas, 5. turbina, 6. inyector de combustible del quemador de ariete, 7. cámara de combustión principal, 8. boquilla
El motor turborreactor de aire es un motor de ciclo combinado que fusiona aspectos de los motores turborreactor y estatorreactor. 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 cambiar al modo ramjet para acelerar a altos números de Mach.

Estatorreactores de combustión supersónica (scramjets)

Los difusores ramjet reducen el aire entrante a una velocidad subsónica antes de que ingrese a la cámara de combustión. Los scramjets son similares a los estatorreactores, pero el aire fluye a través de la cámara de combustión a una velocidad supersónica. Esto aumenta la presión recuperada del aire que fluye y mejora el empuje neto. La asfixia térmica del escape se evita teniendo una velocidad de aire supersónica relativamente alta en la entrada de la cámara de combustión. La inyección de combustible suele realizarse en una región protegida debajo de un escalón en la pared de la cámara de combustión. El Boeing X-43 era un pequeño estatorreactor experimental [25] que alcanzó Mach 5 (1.700 m/s; 6.100 km/h) durante 200 segundos en el X-51A Waverider . [26]

Estatorreactores de detonación oblicua permanente (Sodramjets)

Un motor estatorreactor de combustión inducida por choque (abreviado como shcramjet ; también llamado motor de onda de detonación oblicua; también llamado estatorreactor de detonación oblicua permanente (sodramjet); [27] o simplemente denominado motor estatorreactor de choque) es un concepto de estatorreactor que respira aire. motor, propuesto para ser utilizado en aplicaciones de propulsión hipersónica y/o de una sola etapa a órbita . [28]

Motores preenfriados

Una variante del ramjet es el motor de "ciclo combinado", destinado a superar las limitaciones del ramjet. Un ejemplo de esto es el motor SABRE , que utiliza un preenfriador, detrás del cual se encuentra la maquinaria de estatorreactor y turbina.

El motor ATREX desarrollado en Japón es una implementación experimental de este concepto. Utiliza combustible de hidrógeno líquido en una disposición de un solo ventilador. El combustible líquido se bombea a través de un intercambiador de calor en la entrada de aire, calentando simultáneamente el combustible y enfriando el aire entrante. Este enfriamiento es fundamental para un funcionamiento eficiente. Luego, el hidrógeno continúa a través de una segunda posición del intercambiador de calor después de la sección de combustión, donde el escape caliente se utiliza para calentar aún más el hidrógeno, convirtiéndolo en un gas a alta presión. Luego, este gas pasa a través de las puntas del ventilador para proporcionar potencia motriz al ventilador a velocidades subsónicas. Después de mezclarse con el aire, se quema en la cámara de combustión.

El Reaction Engines Scimitar fue propuesto para el avión hipersónico LAPCAT y el Reaction Engines SABRE para el avión espacial Reaction Engines Skylon .

Estatorreactor de propulsión nuclear

Estados Unidos

Durante la Guerra Fría , Estados Unidos diseñó y probó en tierra un estatorreactor de propulsión nuclear llamado Proyecto Plutón . Este sistema, destinado a ser utilizado en un misil de crucero , no utilizaba combustión; un reactor nuclear sin blindaje de alta temperatura calentaba el aire. Se predijo que el estatorreactor podría volar a velocidades supersónicas durante meses. Debido a que el reactor no estaba blindado, era peligroso para cualquiera que se encontrara dentro o alrededor de la trayectoria de vuelo del vehículo (aunque su escape no era radiactivo). El proyecto finalmente fue cancelado porque los misiles balísticos intercontinentales parecían cumplir mejor su propósito. [29]

Este tipo de motor podría utilizarse para la exploración de atmósferas planetarias como la de Júpiter. [30]

Rusia

El 1 de marzo de 2018, el presidente Vladimir Putin anunció un misil de crucero estatorreactor de propulsión nuclear capaz de realizar vuelos de largo alcance. Fue designado 9M730 "Burevestnik" (Petrel) y tiene el nombre de informe de la OTAN SSC-X-9 "Skyfall". [31] El 9 de agosto de 2019, se registró una explosión y liberación de material radiactivo en el campo de pruebas de la Marina Central del Estado . Se estaban realizando esfuerzos de recuperación para recuperar un artículo de prueba que había aterrizado en el Mar Blanco durante las pruebas en 2018, cuando la fuente de energía nuclear del misil detonó y mató a cinco investigadores . [32]

Estatorreactor ionosférico

La atmósfera superior por encima de unos 100 kilómetros (62 millas) contiene oxígeno monoatómico producido por el sol mediante fotoquímica. La NASA creó un concepto para recombinar este gas (delgado) en moléculas diatómicas a velocidades orbitales para impulsar un estatorreactor. [33]

Estatorreactor Bussard

Concepción artística de un estatorreactor Bussard. Un componente importante de un estatorreactor real (un campo electromagnético de kilómetros de ancho) es invisible.
Estatorreactor Bussard en movimiento.
  1. Medio interestelar
  2. Recoger y comprimir hidrógeno.
  3. Transportar hidrógeno al lado de la carga útil.
  4. Fusión termonuclear
  5. Boquilla del motor
  6. Chorro de gases de combustión
El ramjet Bussard es un método teórico de propulsión de naves espaciales para viajes interestelares . Una nave espacial que se mueve rápidamente recoge hidrógeno del medio interestelar utilizando un enorme campo magnético en forma de embudo (que varía desde kilómetros hasta muchos miles de kilómetros de diámetro); el hidrógeno se comprime hasta que se produce la fusión termonuclear , lo que proporciona empuje para contrarrestar la resistencia creada por el embudo y energía para impulsar el campo magnético. Por tanto, el estatorreactor Bussard puede verse como una variante del estatorreactor de un cohete de fusión . [ cita necesaria ]

Modo ramjet para un turborreactor de postcombustión

Se puede describir que un motor turborreactor o de derivación de poscombustión está en transición del modo turbo al modo ramjet si puede alcanzar una velocidad de vuelo a la que la relación de presión del motor (epr) ha caído a uno. El postquemador turbo actúa entonces como un quemador ram. [34] La presión del ariete de admisión está presente en la entrada al postquemador, pero ya no aumenta con un aumento de presión de la turbomáquina. Un mayor aumento de la velocidad introduce una pérdida de presión debido a la presencia de la turbomáquina a medida que el epr cae por debajo de uno.

Un ejemplo notable fue el sistema de propulsión del Lockheed SR-71 Blackbird con un epr=0,9 a Mach 3,2. [35] El empuje requerido, flujo de aire y temperatura de escape, para alcanzar esta velocidad provino de un método estándar para aumentar el flujo de aire a través de un compresor que funciona a velocidades bajas corregidas, purga del compresor y poder aumentar la temperatura del postquemador como resultado del enfriamiento del conducto y boquilla utilizando el aire extraído del compresor en lugar del habitual gas de escape de la turbina, mucho más caliente. [36]

Aviones que utilizan estatorreactores

Misiles que utilizan estatorreactores

Ver también

Referencias

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Bibliografía

enlaces externos