¿Qué tan eficiente es un Scramjet?

Un scramjet es más eficiente que un motor cohete por las mismas dos razones por las que todos los motores que respiran aire son más eficientes que los motores cohete (químicos):

• Los motores de cohetes químicos necesitan transportar tanto su propio oxidante como su propio combustible, mientras que los motores que respiran aire solo necesitan transportar su combustible y extraer el oxidante del aire. Por lo tanto, para la misma masa/volumen, pueden transportar aproximadamente el doble de la cantidad de energía, o para la misma energía requerida, necesitan transportar aproximadamente la mitad de la cantidad de propulsor. (No es exactamente 2:1, por supuesto, debido a las diferentes densidades y proporciones estequiométricas).
• Los motores de cohetes necesitan llevar consigo toda su masa de reacción, mientras que los motores que respiran aire simplemente absorben la masa de reacción en la parte delantera y la arrojan de nuevo en la parte trasera. Esto significa que
  • Para los motores de cohetes, la masa de reacción es finita , para los motores que respiran aire, la masa de reacción es infinita .
  • Para los motores de cohetes, la masa de reacción consume la capacidad de carga útil, para los motores que respiran aire, es "gratis".

Estos puntos son válidos para todos los motores que respiran aire, no solo para los scramjets. Los motores que respiran aire, en general , son más eficientes que los motores de cohetes químicos: ramjets, scramjets, turbojets, turbofans, turbohélices, todos ellos.

Nota: aquí solo considero los motores de cohetes químicos , no los nucleares-térmicos, de fisión nuclear o de fusión nuclear.

En cuanto a la comparación entre estatorreactor y scramjet, en realidad no es cierto que los scramjet sean más eficientes que los estatorreactores, como afirmación general. Depende de la velocidad:

• Por debajo de Mach 4, los scramjets ni siquiera funcionan, por lo que hablar de su eficiencia no tiene sentido.
• Entre Mach 4 y Mach 5, los ramjets son más eficientes que los scramjets.
• Entre Mach 5 y Mach 9, los scramjets son más eficientes que los ramjets.
• Por encima de Mach 9, los estatorreactores ya no funcionan, por lo que hablar de su eficiencia no tiene sentido.

(Todos los números son aproximaciones aproximadas).

Ver el$I_{sp}$gráfico de la respuesta aceptada a la pregunta relacionada ¿Se requiere el compresor en los motores a reacción? ¿Se puede introducir aire en la turbina? para detalles:

Los Scramjets usan aire súper comprimido de la atmósfera, mientras que un motor de cohete lleva su propio oxidante. Esta diferencia principal significa que todo el peso y el volumen necesarios para el oxidante y la masa de reacción en un cohete pueden usarse como combustible solo en un scramjet. Entonces, en igualdad de condiciones, el alcance del scramjet es mayor que el de un cohete.

Pero no todo es igual: los scramjets solo pueden operar a velocidades muy superiores a Mach 5, mientras que el empuje de un motor de cohete es instantáneo. Proporcione suficiente volumen, y el rango es todo el camino hasta la luna, sin requerir oxígeno en absoluto.

Y esta es la principal diferencia, no tanto el aumento de eficiencia descrito en esta respuesta . El scramjet vuela súper rápido en la atmósfera y, por lo tanto, puede usar controles de vuelo convencionales para controlar la trayectoria; es básicamente un misil de crucero.

Scramjet tiene las ventajas de una estructura simple, peso ligero, bajo costo Unidad de empuje (empuje generado por el propulsor por unidad de flujo de masa) alto y rápido. Comparado con el motor cohete, el scramjet no necesita llevar oxidante. Por lo tanto, tiene una carga útil más grande y es adecuado para la potencia de misiles de crucero hipersónicos, aeronaves hipersónicas, aeronaves transatmosféricas, lanzadores espaciales reutilizables y aeronaves espaciales en órbita de una sola etapa. Debido a su importancia Scramjet ha llamado mucho la atención en todo el mundo.