Si la admisión de un motor a reacción en marcha se bloquea durante un breve período de tiempo, ¿cuál sería la secuencia de eventos que le siguen?

Esta explicación es para un avión subsónico, un proceso similar ocurre a velocidades más altas.

Causas

Un pájaro, un objeto o el hielo pueden perturbar el flujo de aire que ingresa al motor. Otra fuente de pérdida del compresor es un ángulo excesivo del motor en relación con el flujo de aire, cuando se fuerza un gran cabeceo o un cangrejo, o cuando ingresa en la estela de una aeronave anterior.

Efecto inmediato

Independientemente del caso, si el flujo sale del área de operación en algún lugar del compresor del motor, se puede experimentar una pérdida aerodinámica del compresor exactamente como un ala puede detenerse:

^{Perfil aerodinámico estancado en un túnel de viento, separación de flujo y turbulencia visibles. Fuente}

La capa límite de aire se desprende de la superficie de las paletas del compresor y se vuelve inestable.

Las etapas del compresor están hechas de paletas giratorias y paletas estacionarias que delimitan pequeños canales: ^Fuente

El problema se desarrolla a partir de una región de flujo másico bajo, con disparidades que aumentan hasta que el flujo se detiene, en un proceso llamado pérdida rotatoria :

• Un pasaje está bloqueado por aire lento (capa límite desprendida en naranja), el aire aguas arriba intenta usar el siguiente pasaje:
  
  

• Sin embargo, el siguiente pasaje se alcanza con un ángulo de ataque más alto, esta condición tiende a detener también este pasaje.

• Este efecto se propaga rápidamente de un álabe al siguiente en la etapa del compresor.

A medida que los pasajes están bloqueados por el aire desprendido sobre las superficies aerodinámicas estancadas, la presión aumenta en los pasajes y aguas arriba:

• El flujo de aire separado es muy turbulento con cambios de velocidad (incluidos los valores negativos).

• Las celdas estancadas siguen girando a una fracción de la velocidad de rotación del compresor, la presión alrededor de las paletas varía periódicamente.

Pueden comenzar las vibraciones de las aspas/paletas. Las vibraciones no son buenas para un motor, los golpes pueden romper una pieza de metal si se produce una resonancia.

Un motor de turbina funciona alcanzando un equilibrio preciso en torno al flujo de aire en el compresor, las cámaras de combustión y la turbina:

• La turbina debe recibir una determinada cantidad de energía para impulsar el compresor a la velocidad adecuada.

• Los combustores deben recibir la cantidad exacta de combustible y aire para entregar la energía a la turbina.

• El compresor debe proporcionar la cantidad requerida de aire a las cámaras de combustión.

(Pasemos por alto el hecho de que los motores de turbina tienen la mayoría de las veces dos o tres carretes, es decir, un conjunto compresor-turbina con un enlace mecánico, cada uno girando a su propia velocidad, que tienen que encontrar este equilibrio compartido).

Tan pronto como la velocidad del aire o la presión cambien por cualquier causa, se debe encontrar un nuevo equilibrio, de lo contrario, comenzarán a suceder cosas malas. En una parada del compresor, a veces no se puede alcanzar un nuevo equilibrio. Esto conduce a consecuencias dramáticas.

Efectos posteriores

Después del puesto giratorio, se desencadena una cascada de eventos:

1. Disminución de presión en las entradas de la cámara de combustión

   El compresor ahora es menos eficiente, la presión aguas abajo del compresor disminuye además de ser inestable. La magnitud de la variación de presión está limitada de algún modo por el efecto de la cámara impelente del difusor del compresor para un compresor axial (por el estator del difusor después del impulsor para un compresor centrífugo). ^{Ubicación del difusor, fuente} Dependiendo de si se puede encontrar un nuevo equilibrio o no, la combustión puede continuar mientras se produce la pérdida de rotación. En ese caso, será a potencia reducida debido al compresor menos eficiente y se requiere un flujo de combustible más bajo. Puede ser necesario apagar el motor y reiniciarlo para salir de la parada del compresor.
   
   
   
   
   
   

2. Calentamiento excesivo

   Ahora que hay menos aire disponible para la combustión, si no se reduce el flujo de combustible, la mezcla se vuelve demasiado rica, aumenta la temperatura de combustión, se produce un sobrecalentamiento en las cámaras de combustión y aguas abajo en la turbina. Como los materiales utilizados para las cámaras de combustión y la turbina están trabajando a su temperatura más alta sostenible, cualquier aumento no deseado puede dañarlos.
   
   Esto puede suceder si la unidad de control de combustible (FCU) no limita el flujo de combustible correctamente e intenta mantener el empuje/flujo de combustible anterior.
   
   

3. Aumento

   El difusor del compresor (o pleno en un compresor centrífugo) está aguas arriba de las cámaras de combustión. Esta última es una región de muy alta presión a temperatura caliente. Si la presión del difusor es demasiado baja en comparación con la presión de entrada de la turbina, el gas caliente puede comenzar a fluir de regreso al difusor y al compresor. Esta es una oleada .
   
   La oleada crea un fuerte golpe y la onda de presión puede dañar el ventilador y la entrada del motor.
   
   La oleada puede estar asociada con llamas que salen del motor a través del tubo de escape o la entrada del motor. Las llamas se deben a la expulsión del combustible no quemado acumulado en las cámaras de combustión.
   
   Los elementos del compresor no están diseñados para mantener el gas caliente de las cámaras de combustión; pueden dañarse si se repite la expulsión.
   
   Una vez más, el motor puede recuperarse por sí mismo de la sobretensión si no hay daños. El ciclo puede repetirse, pero en algún momento los daños son inevitables.
   
   Más información sobre la parada del compresor: ¿Qué es exactamente una parada del compresor?
   
   

4. Pérdida de control

   La oleada también crea un empuje adicional asimétrico que conduce a una fuerza de guiñada, para un motor que no está en la línea central.
   
   Si el oleaje es importante y la aeronave se encuentra en una fase crítica (por ejemplo, girando para despegar), el efecto de guiñada puede provocar una pérdida de control.
   
   

Detener casos reales

• En este accidente por formación de hielo, se sospecha que las repetidas oleadas son el resultado de una gestión inadecuada del flujo de combustible. Ambos motores fueron destruidos.

• Este accidente fue causado por una parada del compresor en un gran ángulo de cangrejo.

• En este accidente de despegue , el efecto de guiñada del oleaje se interpretó en realidad como una colisión con otra aeronave.

Afortunadamente, la mayoría de las paradas del compresor se manejan de manera segura, como esta cerca de la velocidad de rotación de despegue (observe las llamas en 0:34).

Obviamente, una parada del compresor es un problema grave, por lo que los diseñadores de motores dedican muchos esfuerzos para evitarlo y mantener el punto de trabajo del motor en un estado seguro (y eficiente). Por ejemplo, utilizando paletas con ángulo de ataque variable y rutas de escape de aire , etc.

El compresor se detendría. Esto provocará un aumento repentino de la temperatura de la turbina, lo que podría dañar la(s) turbina(s). Al final, sin entrada de aire, la llama se apagará y el motor se detendrá.