¿Puedes explicar cómo funcionan los motores de propulsión a chorro?


Awatef Hamed, profesor de ingeniería aeroespacial y mecánica de ingeniería en la Universidad de Cincinnati, proporciona esta explicación: Awatef Hamed La propulsión a chorro revolucionó la ciencia del vuelo al aumentar dramáticamente las posibles velocidades y altitudes, lo que permitió la exploración del espacio. El térm

Awatef Hamed, profesor de ingeniería aeroespacial y mecánica de ingeniería en la Universidad de Cincinnati, proporciona esta explicación:

Awatef Hamed

La propulsión a chorro revolucionó la ciencia del vuelo al aumentar dramáticamente las posibles velocidades y altitudes, lo que permitió la exploración del espacio. El término propulsión a chorro se refiere a la acción producida por un reactor para la expulsión de materia. Por ejemplo, cuando la materia en un cohete típico (como la pólvora en fuegos artificiales) se enciende, la reacción química resultante produce calor y gases, que escapan del cohete y hacen que se mueva hacia adelante. El oxígeno necesario para la combustión se transporta (en tanques o en forma combinada) en el propio cohete, de modo que el empuje del cohete sea independiente de la atmósfera. Otros dispositivos de propulsión a chorro dependen del aire inducido en el motor para suministrar el oxígeno necesario. Después de que la combustión libera calor, los gases calientes se aceleran a través del motor para que la velocidad de salida sea mayor que la velocidad de la corriente de aire en la entrada.

Imagen: RED ALLSTAR

LOS MOTORES TURBOFAN expulsan hacia atrás una gran masa de material a baja velocidad para producir un empuje hacia adelante.

Tanto en los motores de cohetes autónomos como en las unidades de potencia de propulsión a chorro que respiran aire, el empuje que puede generarse es proporcional a la masa de material expulsado de la unidad en un tiempo determinado, así como al aumento de la velocidad de la masa con respecto a la unidad. Por lo tanto, la misma fuerza de empuje hacia delante puede producirse de dos maneras: expulsando hacia atrás una gran masa de material a una velocidad baja durante un período de tiempo dado (como en los motores turbofan) o expulsando una masa más pequeña de material a una velocidad más alta (como en motores turborreactor y ramjet). Las dos fuentes de masa son el propelente, o combustible, y el oxidante, o aire.

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LOS MOTORES RAMJET producen empuje expulsando una masa más pequeña de material a una velocidad más alta que los motores turbofan.

Los combustibles contienen una gran cantidad de energía potencial, que se libera rápidamente durante la combustión. Una porción de esta energía térmica se convierte en un trabajo útil, moviendo el vehículo a través de la atmósfera o al espacio. Otra parte, sin embargo, en la forma de la energía cinética del chorro, se pierde y se disipa en la atmósfera. Los motores turbofan muy eficientes en consumo de combustible utilizados en los motores de aviones comerciales modernos intentan minimizar esta última parte. Para ello, imparten un aumento moderado de la velocidad de masa a los productos de combustión para la gran masa de aire que atraviesa el motor en un tiempo determinado. Pero los motores turborreactor y de chorro a presión, que cumplen con los requisitos de vuelo supersónico más exigentes, son menos eficientes en combustible.

Se han desarrollado varios tipos de motores a reacción para ofrecer el empuje y el rendimiento del motor requeridos para una amplia gama de velocidades de vuelo y altitudes. Los motores turborreactor, turbohélice y por chorro de aire funcionan de acuerdo con principios similares en el sentido de que elevan la presión de aire inducida antes de la combustión y expanden los gases de alta energía antes de salir, en una boquilla o sistema de escape. En los motores de turborreactores, el aire inducido pasa a través de un compresor para aumentar su presión antes de ingresar al combustor, luego a través de una turbina antes de acelerar en la boquilla de escape. El motor de chorro, sin embargo, no tiene partes móviles; produce un aumento de la presión del ariete al desacelerar el aire inducido a alta velocidad en el difusor de entrada. El motor ramjet solo puede funcionar a altas velocidades supersónicas y, por lo tanto, requiere otro dispositivo de lanzamiento, como un motor cohete o turborreactor, para acelerarlo a la velocidad requerida.

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LOS MOTORES TURBOJET, que, como los motores ramjet, deben soportar el vuelo supersónico, son menos eficientes en combustible que los motores turbofan, que se utilizan en los aviones comerciales modernos.

Por encima de cierta altitud, la densidad atmosférica disminuye y la propulsión a chorro solo es posible para motores de cohetes que transportan su propio oxígeno. Los motores de cohetes utilizan combustibles sólidos o líquidos. Los cohetes sólidos son los tipos más antiguos, y sus cuerpos contienen la cámara de combustión y el combustible sólido mezclado con el oxidante. Cuando se enciende el combustible, los productos gaseosos de la combustión se aceleran a través de la boquilla para producir empuje. En cohetes líquidos, el combustible y el oxígeno se almacenan en tanques separados y se alimentan a velocidades controladas a la cámara de combustión.

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