¿Qué hace un motor a reacción sin humo?

Recientemente estuve leyendo sobre el MiG-29 y sus muchas actualizaciones, una de las cuales (MiG-29M) fue para motores sin humo.

¿Qué hace un motor a reacción sin humo? ¿Es solo el combustible o algo relacionado con la forma en que funciona el motor?

He observado que los motores humeantes eran más comunes en el pasado y me pregunto por qué también es así. ¿Fueron simplemente más fáciles de construir por alguna razón?

Solo como una suposición: combustión más eficiente. El humo es básicamente pedazos que no se queman por completo, por lo que cuanto más combustible quema, menos humo tiene. ( Cómo obtienes eso, no lo sé, por eso no estoy publicando una respuesta :)).
La parada del compresor hará que un motor a reacción no produzca humo, pero esta condición debe evitarse durante el vuelo.
@HowardMiller Creo que es más probable que el apagado produzca un motor sin humo que un bloqueo del compresor (aunque este último podría conducir al primero, pero tiende a producir cantidades significativas de humo en el proceso ).
@reirab, debo admitir que no he visto muchos apagones, pero sí, las paradas del compresor tienden a ser bastante dramáticas. Cuando estaba en la bahía de Cam Ranh, el plan habitual de lanzamiento de aeronaves solía ser avanzar lo más rápido posible en la pista, rotar y alejarse lo más rápido posible. Para los cazas supersónicos, esto significaba lanzarlos con dispositivos de poscombustión y nunca vi mucho humo. C-130, que tienen motores de turbina, más o menos lo mismo. Los C-124 inyectan una mezcla de agua y alcohol en los motores al despegar y tienden a tener más una cola de humo.

Respuestas (2)

Generalmente, el humo proviene del combustible quemado de forma incompleta.

Normalmente, un motor a reacción quema una mezcla muy pobre (debido a las limitaciones de temperatura de la turbina). No obstante, hacer que se queme todo el combustible es un desafío considerable, principalmente porque el aire/la mezcla fluye más rápido en el motor que el frente de la llama. Entonces, para proporcionar una combustión estable, entran en juego muchos trucos: la cámara de combustión se expande después del compresor; hay generadores de vórtice especiales que obligan a la mezcla a retroceder y circular; el aire puede ser alimentado en etapas a lo largo de la cámara, etc.

Esta complicada dinámica de gases es difícil de optimizar, especialmente en los años 70 cuando se diseñaron los motores de los MiG-29 (RD-33). Lo que suele suceder es que hay bolsas de mezcla demasiado rica en la cámara de combustión y el combustible adicional se descompone debido a la alta temperatura antes de que tenga la oportunidad de quemarse.

Por lo que sé, el RD-33MK obtuvo una cámara de combustión rediseñada (entre otras cosas), pero es difícil decir cuáles son exactamente los cambios. Puedo especular que la fuente del problema original fue que el RD-33 tenía un ejemplo temprano de la cámara de combustión anular , que no se estudió bien en ese momento. Pero el problema era lo suficientemente grave como para que el MiG-29 fuera más fácilmente detectable en combate visual.

¿No es la quemadura magra más caliente que la rica?
@Agent_L No si tiene suficiente exceso de aire que diluye los gases de escape 5-10: 1. Creo que es una mezcla estequiométrica (ideal) que se quema más caliente, porque no hay exceso de combustible o aire para calentar.
@Agent_L, los motores de pistón carburados y encendidos por chispa, como todavía se usan en muchos aviones GA, siempre se operan con un pico alto, porque tienden a funcionar con un pico pobre debido a la irregularidad en la distribución del combustible. Entonces, más magro significa más caliente, porque está más cerca de la estequiométrica. Pero las turbinas (y los motores de encendido por compresión) funcionan pobremente con mucho exceso de aire y más pobre significa más frío allí.

El humo resulta del hollín en los gases de combustión, por lo que la parte de carbono del combustible de hidrocarburo se quemó de manera incompleta.

La literatura (perdón, paywalled, pero puede leer la primera página) informa que en las primeras décadas del diseño de motores a reacción, gran parte del desarrollo del combustor fue prueba y error. Específicamente, para llegar a una cámara de combustión sin humo, el equipo JT9D tuvo que realizar 465 modificaciones y 140 pruebas completas del motor. Principalmente, estos trucos ayudan:

  • Velocidades de flujo lentas gracias al cuidadoso diseño del difusor en la salida del compresor
  • Remolino del flujo en la entrada de la cámara de combustión para mejorar la mezcla aire-combustible
  • Entrada de aire medida en la cámara de combustión, de modo que el área de inyección de combustible tenga una mezcla esencialmente estequiométrica para una mejor estabilidad de la llama. Luego se agrega más aire en una región de dilución secundaria y una tercera. Esta dilución ayuda a bajar la temperatura del gas para que la corriente de gas sea apetecible para la turbina.
  • Cámaras de combustión más largas, de modo que se pueda lograr una combustión del 99% al final de la región secundaria.

Seleccionar el combustible correcto también ayuda. Si usted quema metanol o etanol, una cámara de combustión sin humo es más fácil de lograr, pero la densidad de energía del combustible sufre. Los combustibles más ligeros con cadenas de hidrocarburos más cortas ayudan, pero son más caros de producir y reducen la densidad energética, por lo que se prefirió el queroseno incluso si su combustión produce hollín.

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