¿La velocidad de escape del motor a reacción relativa a sí misma permanece constante a pesar de los cambios de velocidad?

El empuje se crea acelerando una masa de trabajo en dirección opuesta. El empuje neto es la diferencia entre el impulso del aire que fluye hacia el motor y el impulso combinado del combustible quemado y el aire que sale del motor (y la hélice, si la hay), derivada del tiempo. Ese impulso es el producto de la masa y la velocidad.

Cuando se vuela más rápido, el impulso de entrada de una hélice o un ventilador crece rápidamente en relación con el impulso de salida, por lo que el empuje disminuye con la inversa de la velocidad . Por otro lado, la alta velocidad de salida de un turborreactor produce solo un pequeño aumento del impulso de entrada en relación con el impulso de salida mientras aumenta la velocidad.

Simulación GSP de un motor turborreactor para diferentes altitudes y velocidades, tomada de esta respuesta .

Pero si eso fuera todo, incluso el empuje de un motor turborreactor disminuiría cuando aumenta la velocidad. Pero hay un segundo efecto que ayuda a que el empuje crezca con la velocidad. Con el cuadrado de la velocidad, para ser precisos. ese es el efecto carneroque ayuda a precomprimir el aire que ingresa al motor. A velocidades subsónicas, esto casi compensa la pérdida de empuje: a baja velocidad, el impulso de entrada creciente hace que el empuje caiga un poco, pero a velocidades subsónicas más altas, el efecto del ariete se vuelve más grande y aumenta el empuje nuevamente, de modo que un empuje constante se convierte en un buen aproximación (consulte el resultado de la simulación en el gráfico anterior). Sin embargo, los límites térmicos y de presión dentro del motor limitarán rápidamente la compresión adicional en el compresor y la cantidad de calor que se puede agregar en la cámara de combustión. Lo que ayuda es volar más alto, donde la presión exterior y la temperatura de admisión serán más bajas, lo que compensa con creces el aumento de presión y temperatura por el efecto del ariete. Pero entonces el empuje caerá en proporción a la densidad.

Hasta ahora para turborreactores.

Los turboventiladores son otra cosa. Aquí, el empuje cae al aumentar la velocidad de manera similar, pero menos severa, como lo hace en las hélices. Las boquillas del flujo externo frío y del núcleo caliente solo permiten que la corriente de salida salga a una velocidad subsónica, por lo que a la velocidad de crucero la boquilla del ventilador es crítica o cercana a esta (lo que significa que la velocidad de salida es casi la velocidad del sonido). En ambas toberas la velocidad no puede aumentar indefinidamente y cuando la velocidad de salida del motor central al máximo empuje y baja velocidad de vuelo ya está cerca de la velocidad del sonido, la regla de que se mantiene casi constante es una buena aproximación a la realidad.

Empuje y SFC desinstalados para un turboventilador grande, de "Airplane Aerodynamics and Performance" de Jan Roskam. Encontrado aquí . La tendencia más pronunciada de la línea de empuje a nivel del mar por encima de Mach 0,7 se debe al límite de presión del motor.