¿Cuál es el efecto del número de Mach sobre la eficiencia, el empuje y el consumo específico de combustible de un motor estatorreactor?

El empuje de un estatorreactor depende de la presión dinámica de la estructura del avión, ya que esto determina qué tan alta puede llegar a ser la presión dentro del estatorreactor. El empuje crece por lo tanto inicialmente con el cuadrado de la velocidad.

La eficiencia de los motores térmicos depende de la relación de temperatura y presión de su ciclo, y nuevamente la velocidad ayuda a mejorar eso. El proceso termodinámico específico de los estatorreactores es el ciclo Joule (en EE.UU. llamado ciclo Brayton ).

Por qué esto no crece indefinidamente tiene que ver con las no linealidades a alta temperatura. Una vez que las temperaturas del gas superan los 2000 a 4000 K, el oxígeno comienza a disociarse, según la presión. El nitrógeno sigue más allá de 8000K. Ahora el calor de la combustión no se convertirá en un mayor aumento de temperatura sino que se desperdiciará en la disociación del aire. A medida que se acerca a este límite, queda menos margen para el calentamiento y cae el SFC. El óptimo con la tecnología actual es de aproximadamente Mach 2,4.

Un posible remedio es reducir menos la velocidad del aire, de modo que se pueda restringir el calor máximo dentro de la cámara de combustión. Sin embargo, la velocidad de propagación de la llama de los hidrocarburos convencionales pone un límite firme y bajo a eso. La velocidad más alta simplemente significa que la mezcla, la evaporación y la quema ocurrirán principalmente una vez que la mezcla de aire y combustible haya salido del motor. Aquí debe cambiar a hidrógeno y un estatorreactor supersónico, pero eso traerá una serie de nuevos problemas.

Empuje

Para un combustible dado, la tendencia del empuje del estatorreactor frente al número de mach puede ser aproximadamente (ver nota 1) dada por

Empuje = número de mach de vuelo (sqrt (2000 / (temperatura del aire * (1 + (7 * mach de vuelo ^ 2) / 40))) - 1)

TSFC

Si mantenemos una relación aire/combustible dada, la cantidad de combustible consumido aumenta linealmente con la máquina, ya que la tasa de flujo de aire aumenta con la misma tendencia.

notas

Nota 1: La ecuación de la fuente se simplificó y algunos valores se redondearon para dar la ecuación actual.