Estatorreactor

Funcionamiento sencillo de ramjet, con el número de Mach de flujo mostrado

Un ramjet, o athodyd (conducto termodinámico aerodinámico), es una forma de motor a reacción que respira aire y utiliza el movimiento hacia adelante del motor. para producir empuje. Dado que no produce empuje cuando están estacionarios (sin aire comprimido), los vehículos propulsados por estatorreactores requieren un despegue asistido como un cohete para acelerarlo a una velocidad en la que comienza a producir empuje. Los estatorreactores funcionan de manera más eficiente a velocidades supersónicas de alrededor de Mach 3 (2300 mph; 3700 km/h) y pueden operar hasta velocidades de Mach 6 (4600 mph; 7400 km/h).

Los estatorreactores pueden ser particularmente útiles en aplicaciones que requieren un mecanismo pequeño y simple para uso de alta velocidad, como misiles. EE. UU., Canadá y el Reino Unido tenían defensas antimisiles propulsadas por estatorreactores generalizadas desde la década de 1960 en adelante, como el CIM-10 Bomarc y el Bloodhound. Los diseñadores de armas buscan utilizar la tecnología ramjet en los proyectiles de artillería para aumentar el alcance; Se cree que un proyectil de mortero de 120 mm, si es asistido por un estatorreactor, puede alcanzar un alcance de 35 km (22 mi). También se han utilizado con éxito, aunque no de manera eficiente, como chorros de punta en los extremos de los rotores de helicópteros.

Los estatorreactores se diferencian de los pulsorreactores, que utilizan una combustión intermitente; Los estatorreactores emplean un proceso de combustión continua.

A medida que aumenta la velocidad, la eficiencia de un estatorreactor comienza a disminuir a medida que aumenta la temperatura del aire en la entrada debido a la compresión. A medida que la temperatura de entrada se acerca a la temperatura de escape, se puede extraer menos energía en forma de empuje. Para producir una cantidad útil de empuje a velocidades aún más altas, el estatorreactor debe modificarse para que el aire entrante no se comprima (y, por lo tanto, se caliente) tanto. Esto significa que el aire que fluye a través de la cámara de combustión todavía se mueve muy rápido (en relación con el motor), de hecho, será supersónico, de ahí el nombre estatorreactor de combustión supersónica o scramjet.

Historia

Cyrano de Bergerac

L'Autre Monde: ou les États et Empires de la Lune (Historia cómica de los estados e imperios de la luna) (1657) fue la primera de tres novelas satíricas escritas por Cyrano de Bergerac que se consideran entre las primeras historias de ciencia ficción. Arthur C Clarke atribuyó a este libro la concepción del estatorreactor y ser el primer ejemplo ficticio de un vuelo espacial propulsado por cohetes.

René Lorín

El estatorreactor fue concebido en 1913 por el inventor francés René Lorin, a quien se le otorgó una patente para su dispositivo. Los intentos de construir un prototipo fallaron debido a materiales inadecuados. Su patente FR290356 mostraba un motor de combustión interna de pistón con 'trompetas' como toberas de escape. [1]

Alberto Fono

En 1915, el inventor húngaro Albert Fonó ideó una solución para aumentar el alcance de la artillería, que consistía en un proyectil lanzado con un cañón que debía unirse a una unidad de propulsión estatorreactor, lo que proporcionaba un largo alcance a partir de velocidades iniciales relativamente bajas, lo que permitía proyectiles para ser disparados con armas relativamente ligeras. Fonó presentó su invento al ejército austrohúngaro, pero la propuesta fue rechazada. Después de la Primera Guerra Mundial, Fonó volvió al tema de la propulsión a chorro, en mayo de 1928 describiendo un "motor a chorro de aire" que describió como adecuado para aviones supersónicos de gran altitud, en una solicitud de patente alemana. En una solicitud de patente adicional, adaptó el motor para velocidad subsónica. La patente se concedió en 1932 después de cuatro años de examen (patente alemana nº 554.906, 1932-11-02).

Unión Soviética

En la Unión Soviética, Boris Stechkin presentó en 1928 una teoría de los motores estatorreactores supersónicos. Yuri Pobedonostsev, jefe de la 3.ª Brigada de GIRD, llevó a cabo una gran cantidad de investigaciones sobre los motores estatorreactores. El primer motor, el GIRD-04, fue diseñado por I.A. Merkulov y probado en abril de 1933. Para simular un vuelo supersónico, se alimentó con aire comprimido a 20 000 kilopascales (200 atm) y se alimentó con hidrógeno. El estatorreactor alimentado con fósforo GIRD-08 se probó disparándolo desde un cañón de artillería. Estos proyectiles pueden haber sido los primeros proyectiles propulsados por chorro en romper la velocidad del sonido.

En 1939, Merkulov realizó más pruebas con un estatorreactor utilizando un cohete de dos etapas, el R-3. Ese agosto, desarrolló el primer motor estatorreactor para su uso como motor auxiliar de un avión, el DM-1. El primer vuelo en avión propulsado por estatorreactor del mundo tuvo lugar en diciembre de 1940, utilizando dos motores DM-2 en un Polikarpov I-15 modificado. Merkulov diseñó un caza estatorreactor "Samolet D" en 1941, que nunca se completó. Dos de sus motores DM-4 se instalaron en el caza Yak-7 PVRD, durante la Segunda Guerra Mundial. En 1940 se diseñó el avión experimental Kostikov-302, propulsado por un cohete de combustible líquido para el despegue y motores ramjet para el vuelo. Ese proyecto fue cancelado en 1944.

En 1947, Mstislav Keldysh propuso un bombardero antípoda de largo alcance, similar al bombardero Sänger-Bredt, pero propulsado por ramjet en lugar de cohete. En 1954, NPO Lavochkin y el Instituto Keldysh comenzaron a desarrollar un misil de crucero propulsado por estatorreactor Mach 3, Burya. Este proyecto compitió con el R-7 ICBM desarrollado por Sergei Korolev y fue cancelado en 1957.

El 1 de marzo de 2018, el presidente Vladimir Putin anunció que Rusia había desarrollado un (presunto) misil de crucero estatorreactor de propulsión nuclear capaz de realizar vuelos de largo alcance.

Alemania

En 1936, Hellmuth Walter construyó un motor de prueba impulsado por gas natural. El trabajo teórico se llevó a cabo en BMW y Junkers, así como en DFL. En 1941, Eugen Sänger de DFL propuso un motor estatorreactor con una temperatura de cámara de combustión muy alta. Construyó tubos estatorreactores muy grandes con 500 milímetros (20 pulgadas) y 1000 milímetros (39 pulgadas) de diámetro y llevó a cabo pruebas de combustión en camiones y en un banco de pruebas especial en un Dornier Do 17Z a velocidades de vuelo de hasta 200 metros por segundo (720 km/h). Más tarde, con la escasez de gasolina en Alemania debido a las condiciones de la guerra, se llevaron a cabo pruebas con bloques de polvo de carbón prensado como combustible (ver, por ejemplo, Lippisch P.13a), que no tuvieron éxito debido a la combustión lenta.

Estados Unidos

Un AQM-60 Kingfisher, el primer ramjet de producción para entrar en servicio con el ejército estadounidense

Stovepipe (volador/en llamas/supersónico) era un nombre popular para el estatorreactor durante la década de 1950 en revistas especializadas como Aviation Week & Space Technology y otras publicaciones como The Cornell Engineer y Journal Of The American Rocket Society. La simplicidad implícita en el nombre proviene de una comparación con el motor turborreactor que también tiene, junto con la entrada, la cámara de combustión y la boquilla de un estatorreactor, turbomaquinaria giratoria compleja y costosa (compresor y turbina).

La Marina de los EE. UU. desarrolló una serie de misiles aire-aire bajo el nombre de "Gorgon" utilizando diferentes mecanismos de propulsión, incluida la propulsión estatorreactor en el Gorgon IV. Los ramjet Gorgon IV, fabricados por Glenn Martin, se probaron en 1948 y 1949 en la Estación Aérea Naval Point Mugu. El motor estatorreactor en sí fue diseñado en la Universidad del Sur de California y fabricado por Marquardt Aircraft Company. El motor tenía 2,1 metros (7 pies) de largo y 510 milímetros (20 pulgadas) de diámetro y estaba colocado debajo del misil.

A principios de la década de 1950, EE. UU. desarrolló un estatorreactor Mach 4+ bajo el programa Lockheed X-7. Esto se convirtió en el Lockheed AQM-60 Kingfisher. Un mayor desarrollo dio como resultado el dron espía Lockheed D-21.

A fines de la década de 1950, la Marina de los EE. UU. introdujo un sistema llamado RIM-8 Talos, que era un misil tierra-aire de largo alcance disparado desde barcos. Derribó con éxito a varios cazas enemigos durante la guerra de Vietnam y fue el primer misil lanzado desde un barco en destruir un avión enemigo en combate. El 23 de mayo de 1968, un Talos disparado desde el USS Long Beach derribó un MiG vietnamita a una distancia de unos 105 kilómetros (65 mi). También se usó como arma de superficie a superficie y se modificó para destruir radares terrestres.

Usando la tecnología probada por el AQM-60, a fines de la década de 1950 y principios de la de 1960, EE. UU. produjo un sistema de defensa generalizado llamado CIM-10 Bomarc, que estaba equipado con cientos de misiles estatorreactores armados con armas nucleares con un alcance de varios cientos millas Estaba propulsado por los mismos motores que el AQM-60, pero con materiales mejorados para soportar tiempos de vuelo más largos. El sistema se retiró en la década de 1970 cuando se redujo la amenaza de los bombarderos.

THOR-ER

En abril de 2020, el Departamento de Defensa de EE. UU. y el Ministerio de Defensa de Noruega anunciaron conjuntamente su asociación para desarrollar tecnologías avanzadas aplicables a armas hipersónicas y de largo alcance, alta velocidad. El programa Tactical High-speed Offensive Ramjet for Extended Range (THOR-ER) completó una prueba de vehículo estatorreactor de combustible sólido (SFRJ) en agosto de 2022.

Reino Unido

Un Bloodhound en exhibición en el Museo RAF, Hendon, Londres.

A finales de la década de 1950 y principios de la de 1960, el Reino Unido desarrolló varios misiles ramjet.

Se suponía que un proyecto llamado Blue Envoy equiparía al país con una defensa aérea propulsada por estatorreactores de largo alcance contra bombarderos, pero el sistema finalmente se canceló.

Fue reemplazado por un sistema de misiles ramjet de mucho más corto alcance llamado Bloodhound. El sistema fue diseñado como una segunda línea de defensa en caso de que los atacantes pudieran eludir la flota de cazas English Electric Lightning defensores.

En la década de 1960, la Royal Navy desarrolló y desplegó un misil tierra-aire propulsado por ramjet para barcos llamado Sea Dart. Tenía un alcance de 65 a 130 kilómetros (40 a 80 millas) y una velocidad de Mach 3. Se usó con éxito en combate contra múltiples tipos de aviones durante la Guerra de las Malvinas.

Fritz Zwicky

El eminente astrofísico suizo Fritz Zwicky fue director de investigación en Aerojet y posee muchas patentes en propulsión a chorro. Las patentes estadounidenses 5121670 y 4722261 son para aceleradores ram. La Marina de los EE. UU. no permitiría que Fritz Zwicky discutiera públicamente su propia invención, la Patente de los EE. UU. 2,461,797 para el Underwater Jet, un estatorreactor que funciona en un medio fluido. La revista Time informó sobre el trabajo de Fritz Zwicky en los artículos "Missed Swiss" el 11 de julio de 1955 y "Jet submarino" en el número del 14 de marzo de 1949.

Francia

Leduc 010

En Francia, las obras de René Leduc fueron notables. Modelo de Leduc, el Leduc 0.10 fue uno de los primeros aviones propulsados por estatorreactor en volar, en 1949.

El Nord 1500 Griffon alcanzó Mach 2,19 (745 m/s; 2680 km/h) en 1958.

Ciclo del motor

Ciclo de Brayton

El aire que pasa a través de un conducto ramjet cambia de estado (por ejemplo, cambios de temperatura, presión, volumen) a medida que se comprime, calienta y expande en un ciclo termodinámico conocido como ciclo Brayton. Este ciclo también se aplica al motor de turbina de gas. Para una cantidad fija de aire, su cambio de estado se representa con pares de cantidades en diagramas, normalmente temperatura~entropía o presión~volumen. El ciclo lleva el nombre de George Brayton, el ingeniero estadounidense que lo desarrolló, aunque originalmente fue propuesto y patentado por el inglés John Barber en 1791. A veces también se lo conoce como el ciclo Joule.

Diseño

Un ramjet típico

La primera parte de un estatorreactor es su difusor (compresor) en el que el movimiento hacia adelante del estatorreactor se usa para elevar la presión de su fluido de trabajo (aire) según se requiera para la combustión del combustible. Luego se pasa a través de una boquilla para acelerarlo a velocidades supersónicas. Esta aceleración le da al estatorreactor empuje hacia adelante.

Un estatorreactor es mucho menos complejo que un turborreactor en la medida en que comprende una entrada de aire, una cámara de combustión y una tobera, pero no una turbomaquinaria. Normalmente, las únicas partes móviles son las de la bomba de combustible, que envía el combustible a las boquillas de rociado en la cámara de combustión (estatorreactor de combustible líquido). Los estatorreactores de combustible sólido son más simples y no necesitan un sistema de combustible.

A modo de comparación, un turborreactor utiliza un compresor accionado por una turbina. Este tipo de motor produce empuje cuando está estacionario porque el aire de alta velocidad requerido para producir aire comprimido (es decir, aire ram en un estatorreactor) es producido por el propio compresor (palas de rotor de giro rápido).

Construcción

Difusores

El difusor es la parte del estatorreactor que convierte la alta velocidad del aire que se acerca a la entrada en la alta presión (estática) necesaria para la combustión. Las altas presiones de combustión minimizan el desperdicio de energía térmica que aparece en los gases de escape (al reducir el aumento de entropía durante la adición de calor).

Los estatorreactores subsónicos y supersónicos bajos usan una entrada tipo pitot para capturar aire. A esto le sigue un pasaje interno que se ensancha (difusor subsónico) para lograr una velocidad subsónica más baja que se requiere en la cámara de combustión. A velocidades supersónicas bajas, se forma una onda de choque normal (plana) frente a la entrada.

Para velocidades supersónicas más altas, la pérdida de presión a través de una onda de choque normal frente a la entrada se vuelve prohibitiva y se debe usar un pico o cono sobresaliente para producir ondas de choque oblicuas frente a una onda de choque normal final que ahora ocurre en la entrada labio de entrada. El difusor en este caso consta de dos partes, el difusor supersónico, con sus ondas de choque externas a la entrada, seguido por el difusor subsónico interno.

A velocidades aún más altas, parte de la difusión supersónica tiene que tener lugar internamente, por lo que hay ondas de choque oblicuas internas y externas. El choque normal final tiene que ocurrir en la vecindad de un área de flujo mínimo conocida como la garganta, que es seguida por el difusor subsónico.

Combustor

Al igual que con otros motores a reacción, la cámara de combustión tiene que elevar la temperatura del aire quemando combustible. Esto tiene lugar con una pequeña pérdida de presión. La velocidad del aire que ingresa a la cámara de combustión debe ser lo suficientemente baja como para que pueda tener lugar una combustión continua en zonas protegidas proporcionadas por soportes de llama.

Dado que no hay una turbina aguas abajo, una cámara de combustión estatorreactor puede operar de manera segura con relaciones combustible:aire estequiométricas, lo que implica una temperatura de estancamiento de salida de la cámara de combustión del orden de 2400 K (2130 °C; 3860 °F) para el queroseno. Normalmente, la cámara de combustión debe ser capaz de operar en una amplia gama de ajustes de aceleración, para una gama de velocidades y altitudes de vuelo. Por lo general, una región piloto protegida permite que la combustión continúe cuando la admisión del vehículo experimenta un alto cabeceo/guiñada durante los giros. Otras técnicas de estabilización de llama utilizan soportes de llama, que varían en diseño desde latas de combustión hasta simples placas planas, para proteger la llama y mejorar la mezcla de combustible. El exceso de combustible en la cámara de combustión puede hacer que el choque final (normal) en el difusor se empuje hacia adelante más allá del labio de admisión, lo que resulta en una caída sustancial en el flujo de aire y el empuje del motor.

Boquillas

La tobera propulsora es una parte crítica del diseño de un estatorreactor, ya que acelera el flujo de escape para producir empuje.

Los estatorreactores subsónicos aceleran el flujo de escape con una boquilla. El vuelo supersónico normalmente requiere una tobera convergente-divergente.

Bristol Thor ramjet modificado para fines de visualización. Dos. Los motores Thor se utilizaron en el misil Bristol Bloodhound

Rendimiento y control

Aunque los estatorreactores han funcionado a velocidades tan bajas como 45 metros por segundo (160 km/h), por debajo de aproximadamente Mach 0,5 (170 m/s; 610 km/h), dan poco empuje y son muy ineficientes debido a su baja presión. proporciones

Por encima de esta velocidad, dada la suficiente velocidad de vuelo inicial, un estatorreactor será autosuficiente. De hecho, a menos que la resistencia del vehículo sea extremadamente alta, la combinación de motor/fuselaje tenderá a acelerar a velocidades de vuelo cada vez más altas, aumentando sustancialmente la temperatura del aire de admisión. Como esto podría tener un efecto perjudicial sobre la integridad del motor y/o del fuselaje, el sistema de control de combustible debe reducir el flujo de combustible del motor para estabilizar el número de Mach de vuelo y, por lo tanto, la temperatura del aire de admisión a niveles razonables.

Debido a la temperatura de combustión estequiométrica, la eficiencia suele ser buena a altas velocidades (alrededor de Mach 2 - Mach 3, 680–1000 m/s, 2500–3700 km/h), mientras que a bajas velocidades la relación de presión relativamente baja significa los estatorreactores son superados por turborreactores o incluso cohetes.

Control

Los estatorreactores se pueden clasificar según el tipo de combustible, líquido o sólido; y el refuerzo.

En un estatorreactor de combustible líquido (LFRJ), el combustible de hidrocarburo (normalmente) se inyecta en la cámara de combustión delante de un soporte de llama que estabiliza la llama que resulta de la combustión del combustible con el aire comprimido de la(s) entrada(s). Se requiere un medio para presurizar y suministrar el combustible al estatorcombustor, lo que puede ser complicado y costoso. Aérospatiale-Celerg diseñó un LFRJ donde el combustible es forzado hacia los inyectores por una cámara de elastómero que se infla progresivamente a lo largo del tanque de combustible. Inicialmente, la vejiga forma una funda ajustada alrededor de la botella de aire comprimido desde la que se infla, que se monta longitudinalmente en el tanque. Esto ofrece un enfoque de menor costo que un LFRJ regulado que requiere una turbobomba y el hardware asociado para suministrar el combustible.

Un estatorreactor no genera empuje estático y necesita un impulsor para lograr una velocidad de avance lo suficientemente alta para un funcionamiento eficiente del sistema de admisión. Los primeros misiles propulsados por estatorreactor utilizaron propulsores externos, generalmente cohetes de propulsor sólido, ya sea en tándem, donde el propulsor se monta inmediatamente detrás del estatorreactor, p. Sea Dart, o envolvente donde se conectan múltiples impulsores a lo largo del exterior del estatorreactor, p. Krug 2K11. La elección de la disposición de los propulsores suele depender del tamaño de la plataforma de lanzamiento. Un impulsor en tándem aumenta la longitud total del sistema, mientras que los impulsores envolventes aumentan el diámetro total. Los impulsores envolventes generalmente generarán una mayor resistencia que un arreglo en tándem.

Los propulsores integrados brindan una opción de empaquetado más eficiente, ya que el propulsor del propulsor se inyecta dentro de la cámara de combustión, que de otro modo estaría vacía. Este enfoque se ha utilizado en diseños sólidos, por ejemplo, 2K12 Kub, líquidos, por ejemplo, ASMP, y cohetes canalizados, por ejemplo, Meteor. Los diseños integrados se complican por los diferentes requisitos de las toberas de las fases de vuelo boost y ramjet. Debido a los niveles más altos de empuje del propulsor, se requiere una boquilla de forma diferente para un empuje óptimo en comparación con la requerida para el estatorreactor sustentador de empuje más bajo. Esto generalmente se logra a través de una boquilla separada, que se expulsa después de quemar el refuerzo. Sin embargo, los diseños como Meteor cuentan con impulsores sin boquilla. Esto ofrece las ventajas de la eliminación del peligro para el lanzamiento de aeronaves debido a los desechos expulsados por la boquilla de refuerzo, la simplicidad, la confiabilidad y la reducción de masa y costo, aunque esto debe compensarse con la reducción en el rendimiento en comparación con el proporcionado por una boquilla de refuerzo dedicada.

Estatorreactor de cohete integral/cohete canalizado

Una ligera variación del estatorreactor utiliza el escape supersónico del proceso de combustión de un cohete para comprimir y reaccionar con el aire entrante en la cámara de combustión principal. Esto tiene la ventaja de dar empuje incluso a velocidad cero.

En un estatorreactor de cohete integrado de combustible sólido (SFIRR), el combustible sólido se proyecta a lo largo de la pared exterior del estatorreactor. En este caso, la inyección de combustible se realiza a través de la ablación del propulsor por el aire comprimido caliente de la(s) entrada(s). Se puede usar un mezclador de popa para mejorar la eficiencia de la combustión. Se prefieren los SFIRR a los LFRJ para algunas aplicaciones debido a la simplicidad del suministro de combustible, pero solo cuando los requisitos de estrangulamiento son mínimos, es decir, cuando las variaciones en la altitud o el número de Mach son limitados.

En un cohete con conductos, un generador de gas de combustible sólido produce un gas rico en combustible caliente que se quema en el estatorreactor con el aire comprimido suministrado por las tomas. El flujo de gas mejora la mezcla del combustible y el aire y aumenta la recuperación total de la presión. En un cohete con conductos regulable, también conocido como cohete con conductos de flujo variable, una válvula permite que el escape del generador de gas se acelere, lo que permite controlar el empuje. A diferencia de un LFRJ, los estatorreactores de propulsor sólido no pueden incendiarse. El cohete canalizado se encuentra en algún lugar entre la simplicidad del SFRJ y la capacidad de aceleración ilimitada del LFRJ.

Velocidad de vuelo

Por lo general, los estatorreactores dan poco o ningún empuje por debajo de la mitad de la velocidad del sonido y son ineficientes (impulso específico de menos de 600 segundos) hasta que la velocidad supera los 1000 kilómetros por hora (280 m/s; 620 mph) debido a bajas relaciones de compresión.

Incluso por encima de la velocidad mínima, una envolvente de vuelo amplia (rango de condiciones de vuelo), como velocidades bajas a altas y altitudes bajas a altas, puede forzar compromisos de diseño significativos, y tienden a funcionar mejor optimizados para una velocidad diseñada y altitud (diseños de puntos). Sin embargo, los estatorreactores generalmente superan a los diseños de motores a reacción basados en turbinas de gas y funcionan mejor a velocidades supersónicas (Mach 2–4). Aunque son ineficientes a velocidades más bajas, son más eficientes en combustible que los cohetes en todo su rango de trabajo útil hasta al menos Mach 6 (2000 m/s; 7400 km/h).

El rendimiento de los estatorreactores convencionales cae por encima de Mach 6 debido a la disociación y la pérdida de presión causada por el impacto, ya que el aire entrante se reduce a velocidades subsónicas para la combustión. Además, la temperatura de entrada a la cámara de combustión aumenta a valores muy altos, acercándose al límite de disociación en algún número de Mach limitante.

Motores relacionados

Turborreactor de aire

Un turborreactor de aire tiene un compresor alimentado por un gas calentado a través de un intercambiador de calor dentro de la cámara de combustión.

Estatorreactores de combustión supersónica (scramjets)

Los difusores ramjet reducen la velocidad del aire entrante a una velocidad subsónica antes de que ingrese a la cámara de combustión. Los Scramjets son similares a los estatorreactores, pero el aire fluye a través de la cámara de combustión a una velocidad supersónica. Esto aumenta la presión de estancamiento recuperada de la corriente libre y mejora el empuje neto. El estrangulamiento térmico del escape se evita al tener una velocidad de aire supersónica relativamente alta en la entrada de la cámara de combustión. La inyección de combustible se realiza a menudo en una región protegida debajo de un escalón en la pared de la cámara de combustión. El Boeing X-43 era un pequeño estatorreactor experimental que alcanzaba Mach 5 (1700 m/s; 6100 km/h) durante 200 segundos en el X-51A Waverider.

Estatorreactores de detonación oblicua estacionaria (Sodramjets)

Los estatorreactores de detonación oblicua estacionarios (Sodramjets) reemplazan la combustión del estatorreactor difusivo con una detonación oblicua. Véase también: Shcramjet Criterios para la propulsión hipersónica de respiración aérea y su verificación experimental Estatorreactor de onda de detonación oblicua

Motores preenfriados

Una variante del ramjet puro es el 'ciclo combinado' motor, destinado a superar las limitaciones del estatorreactor puro. Un ejemplo de esto es el motor SABRE; esto utiliza un preenfriador, detrás del cual está la maquinaria de estatorreactor y turbina.

El motor ATREX desarrollado en Japón es una implementación experimental de este concepto. Utiliza combustible de hidrógeno líquido en una disposición bastante exótica de un solo ventilador. El combustible de hidrógeno líquido se bombea a través de un intercambiador de calor en la entrada de aire, calentando simultáneamente el hidrógeno líquido y enfriando el aire entrante. Este enfriamiento del aire entrante es crítico para lograr una eficiencia razonable. Luego, el hidrógeno continúa a través de una segunda posición del intercambiador de calor después de la sección de combustión, donde el escape caliente se usa para calentar aún más el hidrógeno, convirtiéndolo en un gas a muy alta presión. Luego, este gas pasa a través de las puntas del ventilador para proporcionar potencia de conducción al ventilador a velocidades subsónicas. Después de mezclarse con el aire, se quema en la cámara de combustión.

El Reaction Engines Scimitar se ha propuesto para el avión de pasajeros hipersónico LAPCAT y el Reaction Engines SABRE para el avión espacial Reaction Engines Skylon.

Estatorreactor de propulsión nuclear

Durante la Guerra Fría, Estados Unidos diseñó y probó en tierra un estatorreactor de propulsión nuclear llamado Proyecto Plutón. Este sistema, diseñado para usarse en un misil de crucero, no usaba combustión; en cambio, un reactor nuclear sin blindaje de alta temperatura calentaba el aire. Se predijo que el estatorreactor podría volar a velocidades supersónicas durante meses. Debido a que el reactor no estaba blindado, era peligroso para cualquiera que se encontrara en o alrededor de la ruta de vuelo del vehículo de vuelo bajo (aunque el escape en sí no era radiactivo). El proyecto finalmente se canceló porque los misiles balísticos intercontinentales parecían cumplir mejor el propósito.

Estatorreactor ionosférico

La atmósfera superior por encima de los 100 kilómetros (62 mi) contiene oxígeno monoatómico producido por el sol a través de la fotoquímica. La NASA creó un concepto para volver a combinar este gas delgado en moléculas diatómicas a velocidades orbitales para impulsar un estatorreactor.

Estatorreactor Bussard

El estatorreactor Bussard es un concepto de propulsión de nave espacial destinado a fusionar el viento interestelar y expulsarlo a alta velocidad desde la parte trasera del vehículo.

Modo estatorreactor para un turborreactor de poscombustión

Un motor turborreactor o de derivación con poscombustión puede describirse como una transición del modo turbo al estatorreactor si puede alcanzar una velocidad de vuelo en la que la relación de presión del motor (epr) se ha reducido a uno. El postcombustión turbo actúa entonces como un ramburner. La presión del pistón de admisión está presente en la entrada al posquemador, pero ya no aumenta con un aumento de presión de la turbomaquinaria. Un aumento adicional en la velocidad introduce una pérdida de presión debido a la presencia de la turbomaquinaria a medida que la epr cae por debajo de uno.

Un ejemplo notable fue el sistema de propulsión del Lockheed SR-71 Blackbird con una epr= 0,9 a Mach 3,2. El empuje requerido, el flujo de aire y la temperatura de escape para alcanzar esta velocidad provienen de un método estándar para aumentar el flujo de aire a través de un compresor que funciona a bajas velocidades corregidas, purga del compresor y poder aumentar la temperatura del postquemador como resultado del enfriamiento del conducto y la boquilla. utilizando el aire tomado del compresor en lugar del gas de escape de la turbina habitual, mucho más caliente.

Aviones que utilizan estatorreactores

Misiles con ramjets