¿Ventajas de la boquilla del motor cuadrada sobre la circular?

Las boquillas circulares tienen estas ventajas:

• Se pueden girar en cualquier dirección, por lo que se pueden generar momentos tanto de cabeceo como de guiñada. Las boquillas cuadradas solo permiten crear fuerzas de paso, porque sus paneles solo se pueden mover alrededor de un eje. Cuando se mueve de manera diferente en aviones de dos motores, también son posibles momentos de balanceo limitados.
• Las boquillas redondas son más ligeras. Siempre que la presión de los gases de escape sea mayor que la presión exterior, una boquilla cuadrada estará sujeta a cargas de flexión en todo el ancho de sus paneles. Esto hará que una boquilla cuadrada sea mucho más pesada que una boquilla redonda.

En realidad, las toberas de vectorización de empuje cuadradas tienen solo una ventaja: pueden fabricarse para reflejar las ondas de radar en unas pocas direcciones bien definidas, mientras que las toberas redondas las dispersarán por todas partes. Esto hace que las toberas cuadradas sean la opción preferida para los aviones furtivos, independientemente de la vectorización de empuje.

Boquillas del motor del F-22 ( fuente de la imagen ). Tenga en cuenta los bordes traseros dentados de los paneles de vectorización de empuje.

Escapes del motor del B-2. Dado que el B-2 usa cuatro motores sin afterburing, se usan boquillas fijas. Su ubicación ayuda a proteger el avión de la detección por sensores infrarrojos (IR), pero hace impracticable la vectorización de empuje.

Boquillas del motor del YF-23 ( fuente de la imagen ). La parte inferior es más larga para proteger el escape caliente contra los sensores IR desde abajo.

Si el objetivo es reducir principalmente los reflejos del radar en el hemisferio delantero de la aeronave, se pueden tolerar las toberas redondas. Solo cuando la aeronave necesita ser protegida de los misiles guiados por radar disparados desde atrás, las boquillas cuadradas darán una clara ventaja. Parece que la gente detrás del Sukhoi PAK FA (y otros cazas furtivos como el chino J-20 ) no se preocupan tanto por este detalle.

Sukhoi T-50 (prototipo para el programa PAK FA ) desde abajo (imagen de Dmitry Pichugin )

Vista trasera del Chengdu J-20 ( fuente de la imagen )

Sin embargo, incluso Lockheed-Martin y Pratt & Whitney ahora colocan la maniobrabilidad y el peso sobre el sigilo en el diseño de su boquilla para el motor F-135 del avión de ataque F-35 . Tenga en cuenta los bordes dentados en todos los pasos de contorno. Esto ayuda a reducir los retornos del radar, pero es mucho menos efectivo que una boquilla cuadrada. El beneficio es menos peso y mejor maniobrabilidad.

F-35 con la boquilla F-135 visible ( fuente de la imagen ).

El tipo de boquilla utilizada en la aeronave depende de las decisiones de diseño que se tomen. En resumen, los diseñadores del F-22 eligieron el sigilo sobre la maniobrabilidad, mientras que los diseñadores del Sukhoi PAK FA fueron al revés.

Las toberas de vectorización de empuje circular se han utilizado en aviones Sukoi durante bastante tiempo. Las principales ventajas y desventajas de los dos tipos de toberas de vectorización de empuje son:

• Las toberas circulares de vectorización de empuje permiten el control en los tres ejes. Por ejemplo, los motores del PAK FA tienen una deflexión de 15 (o 16) grados en el eje de cabeceo y 8 en el eje de guiñada, y por movimiento diferencial, también en balanceo.

Fuente: defencyclopedia.files.wordpress.com

• Las toberas de vectorización de empuje 'planas' utilizadas en el F-22 permiten el control solo en el eje de cabeceo (y balanceo). Sin embargo, permiten una mayor desviación en comparación con las boquillas simétricas del eje, con el motor F-119 utilizado en el F-22 que permite desviaciones de hasta 20 grados.

Fuente: pw.utc.com

• Otro punto es que el PAK FA utiliza una variante del motor utilizado en el Su-30, el AL-41F1. Un nuevo motor todavía está en desarrollo. Así que la configuración final puede muy bien ser diferente, aunque lo dudo ya que los rusos parecen valorar la maniobrabilidad por encima del sigilo.

• La principal desventaja de usar una boquilla axisimétrica es que es intrínsecamente poco sigilosa. En lo que respecta al sigilo, la sección circular (o esférica) es una de las peores opciones de diseño. El diseño de las toberas del F-22 está optimizado para el sigilo, especialmente los bordes de las toberas de vectorización de empuje están cuidadosamente alineados para evitar el reflejo del radar. Esto es claramente visible en las vistas en planta de los dos aviones.

Fuente: http://manglermuldoon.blogspot.in

• Se han realizado esfuerzos para reducir el RCS de las boquillas simétricas mediante la incorporación de opciones de diseño como bordes dentados, formas geométricas (como pétalos de boquilla de curvatura muy baja), sistema de enfriamiento avanzado y recubrimientos especiales en estructuras internas y externas. Estos se probaron por primera vez en el programa F-16 Low Observable Axisymmetric Nozzle (LOAN) y los resultados se aplicaron al F-35, otro avión furtivo con toberas de vectorización de empuje.

Vista trasera de un P&W F-100-200 estándar en F-16 y la boquilla LOAN en primer plano (foto LMTAS), Fuente: F-16.net

Sin embargo, según el análisis de ausairpower.net del J-20 que utiliza un motor similar al PAK-FA,

El sector del aspecto de la cola se degrada en gran medida en el rendimiento de RCS por el uso de boquillas simétricas al eje que introducen fuertes retornos especulares y de difracción.

• En general, una tobera cuadrada proporciona un mejor sigilo detrás y debajo de la aeronave. La boquilla F-22 tiene una forma dentada similar a la de las boquillas LOAN, lo que ayuda aún más a reducir RCS.

Fuente: http://defence.pk