¿Por qué hay una altitud máxima para reiniciar un motor a reacción?

Básicamente, le da al piloto la altitud y la velocidad a la que se pueden volver a encender los motores en vuelo. En base a estos valores, el piloto debe tomar la decisión de descender, etc. Un motor a reacción requiere aire (comprimido), combustible y una fuente de llamas para (re)arrancar. Por lo tanto, la densidad del aire juega un papel importante en la determinación de la altitud máxima de reinicio.

Además, también hay otros factores en juego. En caso de reinicio del molino de viento sin asistencia (sin APU, por ejemplo), la velocidad del aire debe ser suficiente para vencer la inercia de los componentes. En el memorando de certificación sobre el reencendido del motor de turbina en vuelo , EASA dice:

.. a medida que la relación núcleo-derivación de los motores continúa aumentando, generalmente se requieren velocidades aerodinámicas más altas para permitir el reinicio sin asistencia del molino de viento. Los efectos de inercia debido al mayor tamaño, masa y número de accesorios de la caja de cambios impulsada por el motor también pueden contribuir a aumentar las cargas de arrastre del rotor, disminuir el rendimiento de arranque y posiblemente contribuir a las condiciones de bloqueo del rotor.

En caso de que haya un arrancador disponible, las velocidades aerodinámicas requeridas disminuyen (como la propia APU suele ser una pequeña turbina, los efectos de la altitud no son tan pronunciados). De acuerdo con CFR § 25.903 Motores :

(2) Debe establecerse una envolvente de altitud y velocidad aerodinámica para el reinicio de motores en vuelo, y cada motor debe tener una capacidad de reinicio dentro de esa envolvente.

(3) Para aviones propulsados ​​por motores de turbina, si la velocidad mínima de rotación de los motores, luego de la parada en vuelo de todos los motores, es insuficiente para proporcionar la energía eléctrica necesaria para el encendido del motor, una fuente de energía independiente de la generación de energía eléctrica impulsada por el motor debe proporcionarse un sistema que permita el encendido del motor en vuelo para reiniciarlo.

La envolvente de reinicio del motor se decide tanto en términos de altitud como de velocidad aerodinámica. También depende de los aviones. Por ejemplo, en aeronaves ETOPS, la APU debe estar diseñada para tener capacidad de arranque en el aire durante la envolvente de vuelo normal. Con respecto a este sobre, EASA dice,

2 Sobre de altitud y velocidad aerodinámica

2.1 Deberían realizarse suficientes pruebas de vuelo en la gama de condiciones detalladas en 2.2 y 2.3, para establecer la envolvente de altitud y velocidad aerodinámica para reinicios fiables del motor... Debería tenerse en cuenta el efecto del deterioro del motor en servicio.

2.2 Altitud y configuración . Desde el nivel del mar hasta la altitud máxima declarada de reinicio en todas las configuraciones apropiadas que puedan afectar el reinicio, incluida la configuración de descenso de emergencia.

2.3 Velocidad aerodinámica . Desde la velocidad aerodinámica mínima hasta la máxima declarada en todas las altitudes hasta la altitud máxima declarada de reinicio del motor. El rango de velocidad aerodinámica de la envolvente de reencendido declarada debe cubrir al menos 30 kt.

Como la mayoría de los procesos químicos, la combustión se vuelve más fácil y rápida con una presión más alta. La combinación de velocidad (que proporciona presión de ariete) y altitud (que proporciona presión atmosférica) debe dar como resultado una presión suficiente en la cámara de combustión. Esa es la razón del límite de altitud escalonada. Si la razón fuera la densidad, no habría necesidad de reducir la altitud máxima de reinicio a una velocidad más baja.

Para que se produzca la combustión, primero es necesario que se evaporen las gotas de combustible inyectadas en la corriente de aire. Esto se facilita con una temperatura y una presión más altas, y cuanto más bajas sean ambas, más tiempo de residencia de la mezcla aire-combustible en la cámara de combustión se requiere para una buena combustión. A continuación, el sistema de encendido agregará suficiente energía de activación para iniciar el proceso de combustión. Cuando la mezcla de combustible y aire llega al encendedor, el combustible debe haberse mezclado y evaporado lo suficiente para que ocurra la ignición.

En el caso de los turborreactores que ha volado, la presión por encima de los 30.000 pies no será suficiente para encender el combustible, especialmente en la baja relación de compresión del compresor de arranque o de molino de viento.