Cómo funcionan los motores turbofan de postcombustión en aviones de combate supersónicos

Corey

2024-12-09

La increíble maravilla de la ingeniería del motor turbofan de postcombustión es el corazón que escupe fuego y que hace que los cazas modernos sean capaces de alcanzar una velocidad asombrosa. Estos motores de avión especiales proporcionan ráfagas de empuje que aumentan drásticamente la potencia que producen para carreras de velocidad extra altas. El postquemador es una especie de segunda cámara de combustión que toma los gases calientes expulsados al final del ciclo del turbofan y los vuelve a encender para producir aún más energía.

Si está familiarizado con el funcionamiento de un turbocompresor en el motor de un automóvil, el proceso es similar en concepto, aunque muy diferente cuando se trata de un motor de turbina. Los turboventiladores vienen en muchas formas y estilos diferentes según dónde y cuándo se fabricaron. Algunos tienen diseños de alto flujo de derivación para ahorrar combustible, otros tienen muy poco, normalmente los modelos más antiguos, y los diseños militares centrados en la potencia tienen relaciones de derivación bajas.

Foto: Fuerza Aérea de EE. UU. | Concentrador DVIDS

El diseño de los aviones de combate de cuarta y quinta generación ha logrado una mejor eficiencia de combustible con turbofanes de alta potencia integrados con postquemadores. La alguna vez esquiva capacidad de supercrucero, en la que un avión puede volar más rápido que la velocidad del sonido sin asistencia de poscombustión, se está convirtiendo en una característica de rendimiento más común. Prácticamente todos los cazas posteriores a la Guerra Fría se construyen teniendo en mente al menos alguna capacidad polivalente, lo que significa que las características de vuelo deben ser óptimas tanto a velocidades subsónicas como supersónicas.

Foto: Fuerza Aérea de EE. UU. | Concentrador DVIDS

Los grandes conflictos convencionales siguen siendo una amenaza poco probable, pero la disuasión y la preparación son características distintivas de cualquier fuerza de combate profesional. Por lo tanto, la superioridad aérea es una de las principales preocupaciones. Las velocidades supersónicas son necesarias para las peleas de perros, las intercepciones aéreas y otras misiones tácticas que surgen en una competencia entre poderosas fuerzas aéreas. Por otro lado, muchos de los conflictos de los siglos XX y XXI han sido entre ejércitos convencionales y fuerzas irregulares. En la contrainsurgencia o la guerra de guerrillas, los combatientes suelen ser necesarios para proporcionar apoyo aéreo cercano (CAS) a las tropas en tierra. La eficiencia del combustible y el buen manejo a velocidades subsónicas hacen posible que los aviones lancen municiones donde más lo necesitan las tropas en tierra.

Foto de : NASA DVIDS Hub

Los componentes principales de un turbofan de postcombustión y sus etapas asociadas son:

Admirador:Capta y comprime el aire entrante durante la etapa de admisión.
Compresor:Aumenta la presión del aire en la etapa de compresión.
Cámara de combustión:Esta cámara combina aire comprimido con combustible para la combustión, produciendo gas caliente a alta presión en la etapa de combustión.
Turbina:Extrae energía de los gases de combustión para alimentar el compresor y el ventilador en esta etapa.
Boquilla de escape:Expande y dirige los gases para maximizar el empuje en la etapa de escape.
Postquemador:Quema combustible adicional en la etapa posterior a la turbina para aumentar el empuje.

¿Puede un Jet volverse supersónico sin postquemador?

Un número cada vez mayor de aviones puede alcanzar velocidades supersónicas sin el uso de postquemadores gracias a los avances en el diseño de motores. El primer ejemplo es el

, construido por Lockheed Martin, que está equipado con

F119-PW-100turbofanes de vectorización de empuje. Estos motores están clasificados en la clase de empuje de 35,000 libras y cuentan con postquemadores y boquillas de escape de vector de empuje que le dan al F-22 su velocidad y súper maniobrabilidad legendarias. Algunos otros aviones como el Eurofighter Typhoon y

EX Eagle II también puede realizar supercrucero. China y Rusia han desarrollado aviones cada vez más potentes que, según afirman, también pueden realizar esta hazaña de velocidad y potencia, como el J-20 Hidden Dragon o el Su-57 Felon.

Foto: Fuerza Aérea de EE. UU. | Concentrador DVIDS

El supercrucero marca una gran diferencia porque volar con el postquemador encendido durante períodos prolongados aumenta mucho más el consumo de combustible y el estrés térmico del motor. El postquemador es como inyectar óxido nitroso (NOS) en un automóvil deportivo. Hará que la potencia se dispare, pero después de demasiados ciclos, el motor empezará a fallar porque sus componentes no están hechos para soportar ese estrés en el funcionamiento rutinario.

Foto: Fuerza Aérea de EE. UU. | Concentrador DVIDS

¿Los aviones de combate despegan con postquemadores?

Sí, lo hacen, pero no necesariamente en todos los casos. Para vuelos simples de tránsito o ferry, consumir combustible y aumentar el desgaste del motor de un caza es un desperdicio, por lo que realizan recorridos de despegue más largos sin asistencia de postcombustión. Cuando un caza necesita despegar de una pista corta, transportar una carga útil pesada o, mejor aún, catapultarse desde un portaaviones, los postquemadores se encienden.

Su diseño debe incorporar tecnología de poscombustión para cualquier modelo de aviación naval, como el F/A-18E/F Super Hornet o el F-35C Lightning. Acelerar un avión de 50.000 libras desde cero hasta el aire no es una tarea fácil, incluso con la ayuda de la catapulta de un barco. El ciclo de lanzamiento o las operaciones de portaaviones requieren asistencia de postcombustión, especialmente para aves de guerra pesadamente cargadas que luchan contra el enemigo con bombas y misiles colgados bajo sus alas.

Foto:K. Aainsqatsi, Wikimedia Commons

¿Puede el F-35 volverse supersónico sin postquemador?

Lightning II funciona con Pratt & Whitneymotor F135, que integra un postquemador como elemento propio de los motores turbofan. El diseño principal del F-35 pone énfasis en el sigilo y las capacidades multifunción más que en el rendimiento sostenido de alta velocidad. El postquemador permite que el avión vuele a velocidades supersónicas y posiblemente a súper crucero sin necesidad de ello una vez que haya roto la barrera del sonido. Desde

El F-35 es una pieza de equipo militar nueva y altamente clasificada, los detalles son escasos sobre sus capacidades completas.