El 2015 disertábamos sobre el motor híbrido (cohete-reacción) SABRE, un gran esfuerzo de la industria británica por llevar las velocidades hipersónicas al campo de la aviación comercial. Cualquiera puede ver el artículo de entonces AQUÍ
En esta ocasión nos referiremos a otro tipo de motor, que ha recibido también un gran impulso desde los comienzos de este nuevo siglo: el estatoreactor hipersónico, que es conocido en inglés como "scramjet", del que puede decirse que es la, hasta el momento, más elevada evolución de los motores de reacción:
Esta pequeña comparación nos hace ver el "salto tecnológico" que representa este motor; desde el turbojet (o turbofan) que usa la mayoría de aviones comerciales hasta hoy en día, pasando por el estatoreactor sónico (ramjet) y el que estamos viendo en esta ocasión: scramjet o estatoreactor hipersónico (estos dos últimos tienen aplicación fundamentalmente militar). La diferencia escencial para los dos últimos es la total ausencia de partes móviles o rotores (compresor y turbina) y la geometría de los estatores. Pero el sistema de combustión es análogo en (b) y (c) :
El empuje "F" del motor dependerá en gran medida de una diferencia de presiones (tercer sumando), como puede observarse. En el caso de los estatoreactores hipersónicos, el flujo de escape no desacelerará a un nivel subsónico para lograr este cometido.
La alta velocidad hace que el control del flujo dentro de la cámara de combustión sea más difícil. Dado que el flujo es supersónico, no se propaga ninguna influencia hacia abajo dentro de la corriente libre de la cámara de combustión. La regulación de la entrada a la boquilla de empuje no es una técnica de control utilizable. En efecto, un bloque de gas que ingresa a la cámara de combustión debe mezclarse con el combustible y tener tiempo suficiente para iniciarse y reaccionar, mientras viaja supersónicamente a través de la cámara de combustión, antes de que el gas quemado se expanda a través de la boquilla de empuje. Esto impone estrictos requisitos sobre la presión y la temperatura del flujo, y requiere que la inyección de combustible y la mezcla sean extremadamente eficientes. Las presiones dinámicas utilizables se encuentran en el rango de 20 a 200 kilopascales.
Tanto la tasa de combustión, la presión y la temperatura en el motor también deben ser constantes. Esto es problemático porque los sistemas de control de flujo de aire que facilitarían esto no son físicamente posibles en un vehículo de lanzamiento de scramjet debido a la gran velocidad y rango de altitud involucrados, lo que significa que debe viajar a una altitud específica a su velocidad. Debido a que la densidad del aire se reduce a mayores altitudes, un scramjet debe escalar a una velocidad específica a medida que acelera para mantener una presión de aire constante en la admisión. Este perfil óptimo de ascenso / descenso se denomina "trayectoria de presión dinámica constante". Se piensa que los scramjets pueden ser operables hasta una altitud de 75 km. La inyección de combustible y su manejo también es potencialmente complejo. Una posibilidad sería que el combustible se presurice a 100 bar mediante una bomba turbo, que se caliente con el fuselaje, se envíe a través de la turbina y se acelere a velocidades más altas que el aire con una boquilla. La corriente de aire y combustible se cruzan en una estructura similar a un peine, que genera una gran interfaz. La turbulencia debida a la mayor velocidad del combustible conduce a una mezcla adicional. Los combustibles complejos como el queroseno necesitan un motor largo para completar la combustión.
Tanto la tasa de combustión, la presión y la temperatura en el motor también deben ser constantes. Esto es problemático porque los sistemas de control de flujo de aire que facilitarían esto no son físicamente posibles en un vehículo de lanzamiento de scramjet debido a la gran velocidad y rango de altitud involucrados, lo que significa que debe viajar a una altitud específica a su velocidad. Debido a que la densidad del aire se reduce a mayores altitudes, un scramjet debe escalar a una velocidad específica a medida que acelera para mantener una presión de aire constante en la admisión. Este perfil óptimo de ascenso / descenso se denomina "trayectoria de presión dinámica constante". Se piensa que los scramjets pueden ser operables hasta una altitud de 75 km. La inyección de combustible y su manejo también es potencialmente complejo. Una posibilidad sería que el combustible se presurice a 100 bar mediante una bomba turbo, que se caliente con el fuselaje, se envíe a través de la turbina y se acelere a velocidades más altas que el aire con una boquilla. La corriente de aire y combustible se cruzan en una estructura similar a un peine, que genera una gran interfaz. La turbulencia debida a la mayor velocidad del combustible conduce a una mezcla adicional. Los combustibles complejos como el queroseno necesitan un motor largo para completar la combustión.
