Scramjet

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca
X-43A amb un motor scramjet acoblat a la part inferior.

L'estatoreactor de combustió supersònica, més conegut pel seu nom en anglès scramjet,[1] és una variació d'un estatoreactor amb la diferència que una part o la totalitat del procés de combustió es duu a terme a velocitat supersònica. A majors velocitats, cal una combustió supersònica per maximitzar l'eficiència del procés de combustió. Les projeccions per a la velocitat d'un motor scramjet (sense aportació addicional de oxidant) varien entre Mach 12 i Mach 24 (velocitat orbital). El X-30 en proves només ha arribat a una velocitat de Mach 17, a causa de problemes en el tipus de combustió. Com a contrast, el més ràpid dels avions convencionals, que utilitzen l'aire per sustentar-se, és el Lockheed SR-71 de la Força Aèria dels Estats Units, aconseguint aproximadament Mach 3,4 i els coets del Programa Apollo van aconseguir Mach 30.

Orígens[modifica | modifica el codi]

La idea original de l'hipereactor o ramjet, neix a principis del segle XX, el 1913 (data de la patent) de les mans de René Lorin. Aquest enginyer francès posa les bases teòriques, sota el simple cicle termodinàmic de compressió, combustió, i expansió, per al que ell va denominar Tovera Termopropulsora . Un reactor que podria aconseguir velocitats hipersòniques, aleshores inimaginables.

No va ser fins dècades més tard, 1933, que René Leduc va redescobrir les idees de René Lorin, llavors el ramjet (anomenat així a la Unió Soviètica) va aparèixer com el reactor ideal, de gran potència, màxima eficiència i mínim cost de producció, ja que en desaparèixer les parts mecàniques quedava com un mer tub, de molt fàcil manufactura. Però el ramjet té l'inconvenient que és incapaç d'enlairar per si mateix. Un avió amb una propulsió hipersònic d'aquest tipus necessita ser accelerat per un altre fins a una velocitat mínima (Mach 3) o estar equipat amb un motor híbrid que pogués funcionar com un turboreactor per a l'enlairament i aterratge, que no existeix de moment, i permetés una manera ramjet, durant el vol. Per tenir una idea del salt entre aquest reactor i la resta hem de tenir en compte que el propulsor atmosfèric més ràpid és el SR-71 Blackbird que arriba Mach 3, mentre el ramjet podria aconseguir Mach 10.

Un simple tub buit[modifica | modifica el codi]

La idea bàsica de René Lorin era un tub que mentre va absorbint aire el comprimeix per la mateixa pressió generada per la seva velocitat i el disseny aerodinàmic de l'interior, llavors se li subministra un combustible que reacciona amb l'oxigen i la combustió crea l'expansió, el flux, que impulsava la nau. Un "simple" cicle de compressió, combustió, i expansió que permet assolir altíssimes velocitats, sense cap part mòbil necessària per a la compressió, i amb un altíssim rendiment. Sent mecànicament senzilla la major complexitat es troba en el seu disseny aerodinàmic del qual depèn tot.

Exemple d'un motor ramjet.
Exemple d'un motor scramjet.

Podem veure el disseny d'un reactor ramjet, l'aire entra a velocitats supersòniques per la boca del reactor, només entrar cal reduir la seva velocitat fins a nivells subsònics per mitjà de difusió aerodinàmica creada per l'istme i el difusor. L'aire entra a la cambra de combustió i es barreja amb el combustible, calen generant un flux de sortida que, si és més gran que el d'entrada, impulsarà la nau. Un dels límits del ramjet és que fins a velocitats de Mach 3 no funciona, per la qual cosa necessita d'altres propulsors per començar a funcionar, però també està limitat en velocitat màxima a Mach 6. Els propulsors ramjet no poden superar aquest límit. L'empenta deixa de ser positiu, a causa de la fricció generada per la desacceleració necessària per a la combustió, l'aire arriba tan calent que no pot cremar-se amb el combustible. L'única forma d'evitar això és no desaccelerar l'aire d'entrada i és aquí on entra el scramjet X-43A.

Scramjet (Supersonic combustió ramjet), tipus de reactor del X-43A, no redueix la velocitat de l'aire per a la seva combustió, sinó que aquesta es realitza a través d'ell. Cal fer una combustió molt ràpida, generalment s'usa hidrogen, però no crea el problema de la fricció i la seva velocitat límit està encara per veure, potser mach 20. És mecànicament molt simple però extremadament complex en aerodinàmica, fins i tot més que el ramjet. Els tres exemplars, amb petites diferències cada un, que es van provar en els assajos del projecte Hyper-X han estat els primers scramjets de la història de l'aerodinàmica, i encara està per veure tot el seu potencial.

Present i futur[modifica | modifica el codi]

La discapacitat dels motors hipersònics han estat un fre per al seu ús en l'aeronàutica, però no els ha condemnat a l'oblit, des del final de la 2 ª Guerra Mundial s'han desenvolupat míssils tàctics amb aquesta propulsió. Però el futur del ramjet no es troba únicament en els míssils, i en ambdós costats de l'Atlàntic es competeix per aconseguir un avió que combini un enlairament turbojet, amb les velocitats supersòniques del ramjet. Tant Europa, com Rússia, units a les seves respectives empreses aeronàutiques desenvolupen programes semblants al Hiper-X dels EUA Aquest projecte desenvolupa evolucions del ramjet com el scramjet (Supersonic combustió ramjet) de l'X-43A que desenvolupen en conjunt la NASA i Boeing.

Esquema de funcionament del Scramjet.

El futur en ment de la NASA és la possibilitat de reduir els costos de les llançadores, propulsors com el X-43A arribarien velocitats suficients per vèncer l'atracció terrestre (Mach 10). Reduint el cost de la posada en òrbita, la possibilitat d'enviar més missions i més grans seria viable, però davant aquest futur ens trobem amb el problema endèmic del ramjet, la velocitat mínima d'ignició, i en el cas d'una llançadora espacial seu ús està limitat a etapes atmosfèriques, com diu el professor Manuel Martínez Sánchez professor del MIT " ... per poder utilitzar l'aire ambient es necessita una trajectòria llarga i suau dins de l'atmosfera, perquè les trajectòries normals de coets se surten d'ella de seguida, i ens quedaríem sense oxigen abans d'hora. Això implica sustentació, és a dir, ales que suporten el pes de la nau, i si no recordo malament, el percentatge de massa per a aquestes ales camina per l'11%. A més, l'estructura ha de ser capaç d'aguantar fluxos tèrmics enormes, com els d'una reentrada. Això no passa amb els coets llançadors, per la mateixa raó d'abans, és a dir, per quan s'aconsegueixen nombres de Mach de l'ordre de 6-8 i començarien els problemes tèrmics, el coet ja està fora de l'atmosfera. "[Quan?]

L'únic projecte seriós fins a la data per al desenvolupament d'un transbordador amb una estructura d'ales i trajectòria llarga d'enlairament que aguantés velocitats de l'ordre de Mach 20 per mitjà de reactors scramjet per posar-se en òrbita va ser el fallit NASPE (National Aerospacial Plane). Somni aeroespacial de l'administració Reagan als anys 80 que pretenia posar a Tòquio de Nova York en 2 hores i reduir el cost dels viatges espacials. Però el projecte va fracassar perquè no existien en aquell temps les tecnologies necessàries, i el 1994 el congrés dels EUA escurçà els fons al projecte. El programa Hiper-X és hereu d'aquest i el X-43A la demostració que és possible.

Vegeu també[modifica | modifica el codi]

Referències[modifica | modifica el codi]

Enllaços externs[modifica | modifica el codi]

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Scramjet Modifica l'enllaç a Wikidata