¿Qué es un estatorreactor?

¿Qué es un estatorreactor? ¿Se usó en el SR-71 Blackbird?

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y los motores del SR-71 no son ramjets: en.wikipedia.org/wiki/Pratt_%26_Whitney_J58
Si desea mostrar un estatorreactor, elija el D-21 . Usaba el Marquardt RJ-43 como motor, un verdadero estatorreactor. El SR-71 es un ejemplo menos apropiado.
Los motores del SR-71 no son estatorreactores puros (que no pueden funcionar por debajo de cierta velocidad porque no hay un mecanismo de compresión mecánica), pero a la velocidad máxima, una característica llamada derivación de purga del compresor desvía parte del flujo de aire de la etapa del compresor directamente al postquemador en lugar de ir. a través del turborreactor. Esto enfría el posquemador, lo que permite un funcionamiento sostenido, y aumenta la eficiencia del propio posquemador, lo que lo convierte en la parte dominante del motor que produce empuje. Debido a que este aire desviado está alimentando directamente el dispositivo de poscombustión, el J58 se denomina "estatorreactor parcial".

Respuestas (4)

Un motor a reacción comprime aire, lo calienta mezclándolo con combustible y lo quema, y ​​deja escapar el aire caliente al final, donde acelera a más de su velocidad inicial en una tobera convergente-divergente porque la densidad del gas calentado es menor, por lo que necesita un mayor volumen a la misma presión.

Al convertir la energía cinética del flujo en presión (energía potencial), la admisión crea aire a alta presión para alimentar el motor. Esto se llama recuperación de presión y aumenta con el cuadrado de la velocidad del flujo. Vea a continuación un gráfico: Esto pone una presión de 1 a Mach 0.5, que está en el lado alto para la velocidad de flujo cerca de la cara del compresor en la admisión de un motor a reacción.

relación de recuperación de presión sobre el número de Mach

Tenga en cuenta que en condiciones estáticas, el aire debe acelerarse, por lo que la presión de admisión es solo el 84 % de la presión ambiental y, a Mach 0,85, la velocidad máxima de los aviones, la presión de admisión es 1,37 veces mayor que la presión ambiental. Pero a velocidad supersónica las cosas realmente despegan: la recuperación de presión para el Concorde ya era de 6 a Mach 2.0, y para el SR-71 era de 40 a Mach 3.2. Si desea un enfoque más matemático, la ecuación para la compresión isoentrópica da:

pag 0 = pag ∞ ⋅ ( 1.2 ⋅ METRO a 2 ) 3.5 ( 1 + 5 6 ⋅ ( METRO a 2 − 1 ) ) 2.5
Los exponentes impares tienen que ver con la relación de calores específicos k de aire. 3.5 es en realidad k k − 1 y 2.5 es 1 k − 1 . Las relaciones de compresión reales están ligeramente por debajo de las de la compresión isoentrópica ideal debido a la fricción, pero no mucho.

La ecuación exacta utilizada para el gráfico anterior se produce al calcular la relación con el número de Mach de admisión directamente, esta vez con k = 1.405:

pag i norte t a k mi pag ∞ = ( 0.2025 ⋅ METRO a 2 ⋅ ( 1 − ( METRO a i norte t a k mi METRO a ∞ ) 2 ) + 1 ) 3.469

Por lo tanto, ya obtiene la relación de compresión de un J-47 , uno de los primeros motores turborreactores, en Mach 2 y la de un GE90 , un motor turboventilador moderno, en Mach 3,2. Más allá de eso, no tiene mucho sentido complicar el motor con maquinaria turbo, simplemente deje que la presión del ariete le dé la compresión para generar empuje. Sin embargo, primero debe acelerar el vehículo por otros medios, porque el posible empuje es proporcional a la recuperación de presión, o el cuadrado de la velocidad del aire. ¡Sin velocidad, sin empuje!

Es posible que haya leído afirmaciones de que el J-58 del SR-71 era un estatorreactor. Esto es sólo la mitad de la verdad . Por debajo de Mach 2, funcionaba como un turborreactor normal, pero tenía tubos de derivación que conducían algo de aire desde la cuarta etapa del compresor alrededor de las últimas etapas del compresor, las cámaras de combustión y la turbina directamente al postquemador. Ahora parte del aire se comprimía en la entrada y se alimentaba directamente a un área de combustión ya través de una tobera convergente-divergente, por lo que esta parte funcionaba como un estatorreactor. Sin embargo, parte del aire aún pasaba a través del motor central para mantenerlo en funcionamiento.

Un mejor ejemplo de un avión propulsado por estatorreactor es el dron de reconocimiento Lockheed D-21 , que utilizó un estatorreactor Marquardt RJ-43 para la propulsión. ¡Su velocidad de crucero era Mach 3.7, hace 50 años! Vea a continuación una imagen ( fuente ).

Lockheed D-21 en pantalla estática en carro

Tenga en cuenta que el mismo truco que hace posible un estatorreactor se puede utilizar para reducir la resistencia al enfriamiento de los aviones de pistón de alta velocidad. Un conducto de enfriamiento bien diseñado reduce y comprime el aire entrante y lo calienta dejándolo fluir a través de un radiador. El aire calentado tiene una velocidad de salida más alta, lo que da como resultado un empuje del chorro que puede compensar la resistencia al enfriamiento a velocidades más altas. El Republic XF-12 , un diseño muy poco apreciado, hizo un uso ejemplar de esta técnica.

Para los estudiantes de poesía entre nosotros, ¿podría incluir una explicación de a qué se refiere "recuperación de presión"? ¡Gracias!
Pensando un poco más en su comentario final sobre el calentamiento del aire para generar empuje, estaba pensando en usar el mismo enfoque en un turboventilador. ¿Sabe si ha habido algún experimento con el intercambio de calor del aire después de la etapa del compresor al flujo de derivación? Esto podría reducir la temperatura en la entrada de la cámara de combustión, aumentando así la eficiencia termodinámica del núcleo del chorro. La energía extraída puede generar un empuje adicional al calentar la corriente de derivación.
@DeltaLima: ¡Interesante concepto! Todo lo que recuerdo son planes para hacer algo similar en el T-56 para el P-3. La complejidad mecánica era demasiado grande al final, por lo que se abandonó este concepto. En su idea de turboventilador, los flujos frío y caliente estarían uno al lado del otro, por lo que la complejidad podría ser manejable. Sin embargo, necesitará un gran volumen porque el intercambio de calor es más eficiente a una velocidad de flujo más baja. Supongo que la demanda de volumen hace que esto sea poco práctico.
Otra razón para desear velocidades más bajas es que, de lo contrario, el aire de refrigeración tendrá un número de Mach cada vez más alto. Sin embargo, no soy el primero en pensar en este concepto, he encontrado varios documentos. Las palabras intercooler y recuperado se utilizan para describirlo. Ha habido algo de trabajo teórico al respecto en los últimos 5 años, pero pude encontrar algunos experimentos prácticos.
Entonces tomo la conclusión simple: ramjet = motor a reacción sin compresor?
@kevin: … y turbina, sí. Básicamente es un motor a reacción con admisión, poscombustión y tobera con-di.
@DeltaLima Hay motores experimentales que usan el combustible (o refrigerante) para enfriar el aire de admisión. Principalmente para varios conceptos de superficie a órbita. Supongo que para cualquier otra cosa, la masa agregada lo hace poco práctico. Problemas similares podrían estar bloqueando su sugerencia, la ganancia podría no valer la pena para aviones subsónicos. Y con la desaparición del Concorde, prácticamente todo está volando. Así que Peter es casi seguro que tiene razón.
@DeltaLima Aclarando por qué estaba hablando de que el subsónico es un problema. Cuanta más energía consuma el motor mayor será la ganancia posible. Un motor con escape de mayor velocidad necesita más energía cinética para el mismo empuje. Los aviones más rápidos necesitan una mayor velocidad de escape. Por lo tanto, el avión es más rápido y puede beneficiarse de las mejoras en la eficiencia energética. Cuanto más lento es el avión, más lenta es la velocidad de escape óptima, lo que significa menos energía consumida por volumen, lo que reduce las ganancias de hacer un motor más complejo para mejorar la eficiencia energética.

El estatorreactor es conceptualmente el motor a reacción más simple. Es un ducto donde se quema aire creando un chorro caliente que proporciona empuje, se le conoce como ducto aero termodinámico ya que no es más que un ducto donde se realiza un ciclo termodinámico. Ya no se usan para aviones, ya que no puede proporcionar empuje a velocidad cero -ya que no tiene ningún compresor dentro del difusor- y el turboventilador moderno es mucho más eficiente. Está compuesto por un difusor , un quemador y una boquilla , usa compresión dinámica de aire ram dentro de su entrada y luego el chorro caliente se expande en una boquilla convergente-divergente como es supersónico.

Los aviones como el Blackbird usaban un estatorreactor para alcanzar una mayor velocidad de mach al iniciar el estatorreactor cuando ya era subsónico.

el mirlo no usó estatorreactores
@Federico, el motor P&W J58 era esencialmente un estatorreactor envuelto alrededor de un turborreactor. A altas velocidades, solo fluía suficiente aire a través del núcleo del turborreactor para mantenerlo girando; la mayor parte del aire pasó por alto el núcleo al dispositivo de poscombustión, que funcionó como un estatorreactor.
@Davide, el ramjet es el motor a reacción conceptualmente más simple. En realidad, construir uno es una hazaña de ingeniería avanzada.
¿"Ya no se usa"? Esto hace que suene como si fueran bastante populares en los primeros días de la aviación y cayeron en desgracia, lo cual no es ni un poco correcto; solo unos pocos aviones lograron hacer uso de un ramjet, y la mayoría de ellos fueron pura investigación, investigación que continúa hoy, aunque generalmente en scramjets.

echa un vistazo aquí

pero la respuesta corta

Un estatorreactor, a veces denominado tubo de estufa volador o athodyd (una abreviatura de conducto termodinámico aerodinámico), es una forma de motor a reacción que respira aire y utiliza el movimiento hacia adelante del motor para comprimir el aire entrante sin un compresor axial.

En otras palabras, utiliza el empuje que genera para comprimir el aire entrante "embutiéndolo" en el motor. Dado que no tienen forma de aspirar aire, no funcionan en una situación estática (sin movimiento hacia adelante). A menudo funcionan mejor a velocidades supersónicas. Aparte del dispositivo utilizado para bombear combustible al motor, esencialmente no tienen partes móviles.

¿Qué los hace más eficientes a velocidades más altas?
No sé lo suficiente sobre ellos para comentar, pero eso puede justificar una pregunta por sí solo.

Un estatorreactor es un motor a reacción en el que la presión de aire ram, generada por el movimiento hacia adelante del vehículo aéreo, se emplea para comprimir el aire antes de que el combustible se mezcle con él y se queme para producir empuje a través de un aumento de la temperatura y la presión de los gases en expansión. Esto significa que un estatorreactor no puede generar empuje estático ni operar de manera eficiente por debajo de cierta velocidad aerodinámica. Los motores ramjet generalmente están diseñados para operar a velocidades supersónicas. Un estatorreactor de combustión supersónica o scramjet es un estatorreactor en el que el flujo de aire a través de la sección de combustión del motor es supersónico.

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