¿Se requiere el compresor en los motores a reacción? ¿Se puede introducir aire en la turbina?

Tus preguntas

¿En qué punto (si lo hay) el aire deja de ser succionado por la turbina y simplemente entra?

En un motor CFM56-7B (Boeing 737 NG), la presión la proporciona el ventilador, el compresor de baja presión y el compresor de alta presión con relaciones de presión respectivas de aproximadamente 1, 3 y 9, es decir, la presión aumenta en un factor de 28 antes se suministra aire a la cámara de combustión a una velocidad de crucero de aproximadamente Mach 0,8.

Esta relación de compresión requerida se reduce de hecho a medida que aumenta la velocidad del aire y aumenta la presión de la velocidad. Esta compresión natural que ocurre en la entrada del motor se llama presión de ariete:

^{Ratio de compresión Ram vs velocidad aerodinámica, fuente}

Alrededor de Mach 2,5 o 3, se puede suministrar aire en cantidad suficiente a la cámara de combustión sin compresor. El ventilador ya no es necesario, todo el aire que ingresa al motor se mezcla con combustible. La turbina también se puede quitar porque ya no hay nada que girar.

Dichos motores sin compresores se denominan ramjets y scramjets. No tienen rotores ni estatores. En teoría, un estatorreactor podría funcionar a partir de Mach 0,5, pero no produce ningún empuje útil:

^{Eficiencia de cohete, turborreactor, estatorreactor, scramjet, fuente}

¿Algún avión propulsado por turboventilador va lo suficientemente rápido como para no necesitar "aspirar" aire para mantener la potencia?

Un turboventilador combina un motor central y un ventilador. El ventilador produce la mayor parte del empuje, el motor principal gira principalmente el ventilador.

Los ventiladores no pueden funcionar a velocidad supersónica, no serían eficientes. por lo tanto, cuando no se requiere el compresor, la velocidad del aire es demasiado rápida para un ventilador. En realidad ni el estatorreactor ni el scramjet tienen ventilador, son motores de pura reacción.

estatorreactor

Los primeros motores que funcionan según este principio son los estatorreactores . La dificultad es mantener una combustión a esta velocidad (esto es un viento de 3.000 km/h), para solucionar este problema, un estatorreactor frena el aire antes de que se mezcle con el combustible en la cámara de combustión.

^{Principio estatorreactor, Wikipedia}

^{Nord 1500 Griffon II, uno de los primeros aviones ramjet, fuente}

chorro de chatarra

Con algunas mejoras, se han construido quemadores supersónicos, aunque muy ineficientes. Este motor es conocido como scramjet . Funciona a velocidades más altas que un estatorreactor.

^{Principio Scramjet, Wikipedia}

Necesito un poco de ayuda

Sin embargo, ningún ramjet, y mucho menos un scramjet, puede producir empuje estático. Ambos necesitan cierta velocidad de avance inicial para iniciar la combustión. Se pueden lanzar desde otro avión :

^{Leduc 010 sobre SE-161 para un lanzamiento aéreo, fuente}

Las aeronaves pueden equiparse con un motor subsónico adicional, un motor convertible (turborreactor o estatorreactor) o con propulsores de cohetes.

^{J-58 , turborreactor/estatorreactor convertible utilizado en SR-71 y otras aeronaves, fuente}

A pesar de sus inconvenientes, los estatorreactores y los estatorreactores se utilizan en algunos aviones militares rápidos, pero su reino son los misiles en los que una mayor velocidad aérea a menudo significa una mayor altitud y un mayor alcance.

Como cualquier tipo de sistema de vacío, las aspiradoras no pueden “aspirar” nada. Simplemente eliminan el aire de un espacio cerrado. Esto provoca un diferencial de presión entre el espacio evacuado y el entorno. La presión de aire más alta en el exterior fuerza la entrada de aire en el cassion; no está "aspirado".

Esto es similar al difusor de un motor a reacción. El ventilador o el compresor está aspirando aire, lo que crea una región de baja presión en el difusor, lo que hace que el aire atmosférico local se precipite en el espacio.

Lo que está describiendo aquí sería el concepto de un estatorreactor, donde la presión de estancamiento del difusor es suficiente para comprimir el aire entrante hasta el punto en que puede quemarse y producir un empuje útil sin la necesidad de aumento por un compresor mecánico. Los turboventiladores y los turborreactores no pueden hacer esto de manera eficiente en sus rangos de velocidad de funcionamiento, pero obtienen un aumento de rendimiento a través de la compresión del aire entrante por el difusor.

Sin duda, es posible introducir aire en una turbina. La presión máxima que se puede lograr se denomina "presión de estancamiento", que es el punto en el que toda la energía cinética entrante se convierte en energía de presión.

Para algunas aplicaciones, esto es lo suficientemente bueno. Por ejemplo, el efecto Meredith es responsable de una pequeña cantidad de empuje neto en el radiador del P-51 Mustang. Para otras aplicaciones, como un turboventilador (subsónico), aunque ayuda un poco a aumentar la relación de compresión, no puede reemplazar la sección de compresión. La razón es que la presión aguas abajo acelerará el aire frente al motor hacia afuera y hacia afuera: el aire simplemente se 'derramará' más allá del motor. Los motores se pueden diseñar de tal manera que ni 'aspiren' ni 'derramen' aire exactamente en el punto de diseño.

La buena noticia es que en las aplicaciones supersónicas, la presión aguas abajo no puede "viajar" río arriba (porque la presión viaja río arriba a la velocidad del sonido). En este caso, el aire que entra está realmente "aplastado" y no tiene más remedio que someterse a compresión. Los estatorreactores (Sc) (y, en menor medida, las entradas de los turborreactores supersónicos) se basan en este principio, pero para lograr una relación de compresión significativa, idealmente viajarían a velocidades hipersónicas para las que necesitan un motor con capacidad subsónica.