Scram Desarrollo
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Universidad de San Buenaventura. Bogotá, Casas, Guzmán, Téllez. Ensayo de Tracción 2014/25/0 ESTATOREACTOR DE COMBUSTIÓN SUPERSÓNICA SCRAMJET Christiam C. Casas Gonzáles, Santiago Guzmán Murcia, Andrés F. Téllez Velásquez Facultad de Ingeniería, Ingeniería Aeronáutica, Universidad de San Buenaventura, Bogotá D.C. Colombia. [email protected] [email protected] [email protected] I. HISTORIA Y DESARROLLO El Scramjet o estatorreactor es un motor cuyo funcionamiento como turborreactor es diferente por su configuración interna, ya que no tiene compresor y turbina. El inicio del Scramjet se puede tomar desde el mismo inicio del Ramjet, debido a que el Scramjet es una modificaron del Ramjet para tener velocidades supersónicas. El Scramjet es un motor no autónomo (no posee todos los elementos para su funcionamiento y toma algunos del ambiente, en este caso, el aire del ambiente) y de flujo único. El Ramjet fue propuesto en 1913 por Rene Lorin, pero no fue construido por limitantes tecnológicos, el principio de funcionamiento es el mismo de todos los turborreactores, la variación en la cantidad de movimiento en la entrada y la salida del motor. Ilustración 1 Ramjet Creado por Rene Lorin, probado en 1946, imagen tomada de The Scramjet Engine: Process and characteristics. El desarrollo del Scramjet se da al no poder tener combustión a velocidades supersónicas, por lo cual algunas aeronaves que tenían motores Ramjet, presentaban bajas eficiencias al presentarse ondas de choque, cuando la aeronave tenia velocidad de vuelo supersónica. Cuando tenían velocidades de Mach sobre 5, se presentaban perdidas en el empuje neto del motor. La mejora que se dio al Scramjet es que el aire llega a la cámara de combustión con alta temperatura y presión, para hacer la reacción exotérmica. En el Ramjet a altas [1]
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Universidad de San Buenaventura. Bogotá, Casas, Guzmán, Téllez. Ensayo de Tracción 2014/25/02
ESTATOREACTOR DE COMBUSTIÓN SUPERSÓNICASCRAMJET
Christiam C. Casas Gonzáles, Santiago Guzmán Murcia, Andrés F. Téllez VelásquezFacultad de Ingeniería, Ingeniería Aeronáutica, Universidad de San Buenaventura, Bogotá D.C. Colombia.
[email protected]@[email protected]
I. HISTORIA Y DESARROLLO
El Scramjet o estatorreactor es un motor cuyo funcionamiento como turborreactor es diferente por su configuración interna, ya que no tiene compresor y turbina. El inicio del Scramjet se puede tomar desde el mismo inicio del Ramjet, debido a que el Scramjet es una modificaron del Ramjet para tener velocidades supersónicas.
El Scramjet es un motor no autónomo (no posee todos los elementos para su funcionamiento y toma algunos del ambiente, en este caso, el aire del ambiente) y de flujo único. El Ramjet fue propuesto en 1913 por Rene Lorin, pero no fue construido por limitantes tecnológicos, el principio de funcionamiento es el mismo de todos los turborreactores, la variación en la cantidad de movimiento en la entrada y la salida del motor.
Ilustración 1 Ramjet Creado por Rene Lorin, probado en 1946, imagen tomada de The Scramjet Engine: Process and characteristics.
El desarrollo del Scramjet se da al no poder tener combustión a velocidades supersónicas, por lo cual algunas aeronaves que tenían motores
Ramjet, presentaban bajas eficiencias al presentarse ondas de choque, cuando la aeronave tenia velocidad de
vuelo supersónica. Cuando tenían velocidades de Mach sobre 5, se presentaban perdidas en el empuje neto del motor.
La mejora que se dio al Scramjet es que el aire llega a la cámara de combustión con alta temperatura y presión, para hacer la reacción exotérmica. En el Ramjet a altas velocidades por la disminución de la velocidad que se daba antes de la cámara de combustión, genera una combustión ineficiente porque el calor generado en la combustión es tomada por las reacciones internas del fluido.
El Scramjet presenta difusor de admisión, cámara de combustión y tobera de escape, como sus principales componentes. Esta configuración axial fue perfeccionada en Francia, Rusia y Estados Unidos en 1990, construida y probado entre Estados Unidos y Rusia a través del Central Institute for Aviation Motor (CIAM) y la NASA. El difusor y la tobera tienen 2 tipos de geometría dependiendo de la necesidad, subsónica o supersónica. Para velocidades subsónicas es divergente-convergente respectivamente y velocidad supersónica, convergente-divergente.
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Universidad de San Buenaventura. Bogotá, Casas, Guzmán, Téllez. Ensayo de Tracción 2014/25/02
Ilustración 2 Esquema general de un Scramjet para velocidades supersónicas con secciones convergente, divergente, imagen tomada de Cfd modelling of supersonic combustion in a Scramjet engine.
El Scramjet de velocidad supersónica debe tener un cono de desplazamiento axial para que la onda de choque, que se presenta por variación de gasto de aire, incida con el difusor de entrada.
Ilustración 3 Cono de desplazamiento usado en un Scramjet de refrigeración con hidrogeno, imagen tomada de The Scramjet Engine: Process and characteristics.
Los usos principales de los Scramjet son la propulsión de aeronaves y para el despegue de cohetes. El Scramjet se ve restringido por dos factores, tecnológicamente a velocidades supersónicas la refrigeración, al tener temperaturas de 1200 c y que el estatorreactor solo funciona correctamente sobre los 1000 km/h. Uno de los últimos usos de un Scramjet fue para propulsar el UAV X-43A el 2004, obteniendo velocidades sobre Mach 7.
Ilustración 4 UAV X-43 propulsado por un Scramjet, Imagen tomada de https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/scramjet.html
[1] Figura 1. Segal Corin, The Scramjet Engine: Process and characteristics: Cambridge 2009. Página 19.
[2] Figura 2. Hyslop Peter, Cfd modelling of supersonic combustion in a Scramjet engine. Final Report 1998. Página 8.
[3] Figura 3. Segal Corin, The Scramjet Engine: Process and characteristics: Cambridge 2009. Página 21.
[4] Figura 1.[Online]Avaliable: https://www.grc.nasa.gov/www/k12/airplane/scramjet.html
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