Métodos de Propulsión en Aeronaves: Tipos y Características

Métodos de Propulsión

Cohete

Usado en el espacio, donde no hay oxígeno. Es de combustible sólido.

Sistemas Propulsores Completos

Estatorreactor

Rendimiento bajo, gran velocidad. Carece de compresor y turbina. Régimen continuo. Ram-jet subsónico, scram-jet supersónico.

Pulsorreactor

Sin compresor-turbina. Empuje discontinuo. Usado solo en misiles.

Turborreactor

Etapa rotativa de compresión y expansión. Combustión permanente y continua. Tobera de propulsión. Produce gases a alta velocidad. Durante la compresión, el aire aumenta la presión y la temperatura. La mezcla aire-combustible es 15/1. La parte del compresor llega hasta los 600 °C (sección fría). Cámara de combustión y escape (sección caliente). Ventajas: elevada relación potencia-peso, rendimiento aceptable (M=0.7, M=0.9). Los hay de un solo compresor y una sola turbina, y de dos compresores y dos turbinas. Características: empuje bajo a velocidades lentas, consumo específico de combustible (SFC) alto a bajas altitudes y velocidades (disminuye a medida que la velocidad y la altitud aumentan), largas carreras de despegue. Es mejor para alta velocidad, gran altitud y vuelos de largo alcance.

Turborreactor de Doble Flujo

No todo el aire pasa por el compresor. Pasa por el de baja y el de alta, que introduce en el compresor (ambos independientes). Ventajas: disminución de peso, más económicos, más silenciosos y menos contaminantes. El flujo primario: compresor-cámara de combustión-turbina-conducto de salida. Flujo secundario: proviene del fan directamente a la salida.

Turbofan

Conectada a una de las turbinas que lo hace girar. Mueve un gran volumen de aire sin quemar combustible. No todo el aire que genera pasa por el compresor. El rendimiento es mayor que un reactor puro. Es la turbina más usada. Low by-pass ratio hasta 1.5:1, intermedio ratio de 1.5:1 a 3.5:1, high mayor de 3.5:1 (permiten SFC más bajos), última generación 9:1. Un bajo índice de derivación 1:1. El alto índice de derivación de 5:1 nos dice que el 80% del empuje lo produce el fan. Los bordes del difusor a bajas velocidades se comportan como un aspirador; a medias, solo absorbe el aire que tiene delante; a altas, se desvía hacia el exterior, las líneas de aire se separan y el aire se ralentiza, lo que produce aumento de presión estática. Ventajas: bajo consumo, empuje aceptable a baja velocidad, bajo nivel de ruido, mayor empuje en general, mayor aceleración y deceleración, buenas características de puesta en marcha, flujo de aire secundario refrigera el motor. Desventajas: gran complejidad, motores de mayor diámetro, palas más pesadas, mayor exposición a FOD, la velocidad rotacional está limitada. Los motores turbofan que tienen más de un eje (spool): doble eje (twin-spool): la turbina de baja mueve el compresor de baja y el fan, la turbina de alta mueve el compresor de alta. Triple eje (triple-spool): la turbina de baja mueve el fan, la turbina intermedia mueve el compresor de baja, la turbina de alta mueve el compresor de alta. Es el más adecuado para altas velocidades de avance.

Sistemas Compuestos

Motor más Propulsor

Turbina de gas que suministra energía mecánica a un árbol. Opera a una velocidad constante. La ventaja es el tiempo mínimo de respuesta. Dos familias de motores: turbohélices o turbopropulsor, turbomotor o turboeje.

Turbomotor Turbina Libre

Dos etapas de turbina independientes. La turbina libre o productora de potencia está unida al eje de salida. N1 productora de gas, N2 de potencia. Ventajas: mejor arranque, mayor flexibilidad operacional, reduce la torsión en la puesta en marcha, freno de hélice.

Turboeje

Se utilizan en helicópteros. Canaliza el flujo de salida de gases y se les agrega una turbina libre. La potencia de salida se mide en caballos o shaft horsepower. Se usan como unidades de potencia auxiliar (APU).

Turbopropulsor o Turbohélice

Sistema de gases al que se acopla una hélice. Se puede montar en un motor de un solo eje o con un sistema de turbina libre. Alto rendimiento propulsor y gran empuje a bajas velocidades. Carreras de despegue más cortas. Diseño más complicado y pesado que un turborreactor. Consumo específico es el más bajo. Posibilidad de inversión de empuje eficaz. Levanta cargas en pistas cortas. Empuje: 90% hélice. Ventajas: alta eficiencia a velocidades subsónicas, bajo consumo. Inconvenientes: velocidad limitada, elevado ruido, complejidad, disminuye prestaciones a mayor altitud.

El UDF (Unducted Fan) tiene una relación de paso 35:1, produce 25,000 lbs de empuje, consumo de combustible un 25% más bajo que un turbofan.

Turbo-estatorreactor

Alta velocidad, crucero de alto número de Mach, admisión variable, tubo de descarga, postquemador.