ramjet

Un estatorreactor es un motor a reacción sin piezas móviles en su núcleo. En lugar de un compresor accionado por una turbina, depende completamente del movimiento de avance de la aeronave para forzar la entrada de aire al motor a alta presión. A medida que aumenta la velocidad, el efecto de ariete (presión dinámica del flujo de aire relativo) comprime el aire lo suficiente para la combustión del combustible. El aire comprimido entra en una cámara de combustión donde el combustible se enciende, y los gases de escape salen por una tobera para producir empuje. Esta simplicidad hace que los estatorreactores sean mecánicamente robustos, pero de alcance operativo limitado.

Los estatorreactores solo son efectivos a velocidades sostenidas superiores a Mach 2 o 3, dependiendo del diseño. Por debajo de ese umbral, el aire de entrada no está lo suficientemente comprimido para soportar la combustión ni se mueve lo suficientemente rápido para generar un empuje significativo en relación con el peso de la aeronave. Por esta razón, los estatorreactores nunca han impulsado aeronaves subsónicas convencionales y aparecen principalmente en vehículos especializados: aeronaves de investigación supersónicas, misiles de crucero y vehículos de prueba hipersónicos. El motor es inútil en el despegue y a baja velocidad, por lo que cualquier aeronave que transporte un estatorreactor debe ser acelerada a la velocidad de operación por otro método de propulsión primero.

La cámara de combustión de un estatorreactor opera a velocidades de flujo subsónicas, típicamente Mach 0.1 a 0.3, aunque el aire entra por la admisión a velocidades supersónicas. Esto requiere una sección difusora inmediatamente detrás de la admisión para desacelerar el aire entrante sin que se produzca una pérdida de sustentación o una separación del flujo. El difusor es un conducto cuidadosamente diseñado que convierte la energía cinética (alta velocidad, baja presión) en presión estática, elevando la temperatura del aire. Un diseño deficiente del difusor provoca pérdida de presión y combustión inestable. El combustible se introduce generalmente a través de inyectores o estabilizadores de llama para establecer una zona de llama estable en la cámara de combustión.

Límites termodinámicos y materiales

La temperatura del aire de admisión aumenta drásticamente a medida que aumenta la velocidad. A Mach 3, el aire que entra en el difusor puede alcanzar de 300 a 400 grados Celsius solo por el calentamiento de la compresión, antes de que se queme cualquier combustible. A Mach 5 y más allá, las temperaturas de admisión superan los 1000 grados Celsius. Este entorno térmico severo exige materiales exóticos: aleaciones de titanio para la admisión y el difusor, superaleaciones a base de níquel o cerámicas para las paredes de la cámara de combustión y la tobera. Los sistemas de enfriamiento, como la circulación de combustible a través de conductos de camisa, son comunes en los diseños de alta velocidad. Aun así, la operación sostenida de estatorreactores a velocidades extremas está limitada por la fluencia y la oxidación de los materiales.

El nombre estatorreactor (ramjet en inglés) proviene directamente de su principio de funcionamiento: el efecto de ariete del movimiento de avance realiza el trabajo de un compresor mecánico. El desarrollo temprano ocurrió entre las décadas de 1920 y 1940, pero los estatorreactores prácticos no volaron hasta la década de 1950 en aeronaves experimentales y misiles de crucero. Los misiles de crucero modernos a menudo utilizan estatorreactores o scramjets de modo dual (estatorreactores de combustión supersónica que extienden la operación a regímenes hipersónicos) porque los motores son ligeros, fiables a velocidad y no requieren piezas móviles que se corroan o fallen. En contextos de mantenimiento industrial, los estatorreactores rara vez aparecen fuera de las instalaciones de prueba aeroespaciales o aplicaciones militares, pero sus principios sustentan el diseño de la propulsión y los sistemas de admisión de vehículos hipersónicos modernos.