Se conoce como scramjet un tipo de motor a reacción que carece de partes móviles como un motor convencional, en el cual debido a la velocidad de entrada del aire y al diseño interior del motor, se comprime el aire en la cámara de combustión lo que permite alcanzar velocidades hipersónicas, de Mach 10 o incluso más.
Historia y Desarrollo:
Originalmente la idea del hiperreactor o ramjet como se le conoció inicialmente fue patentada en 1913 por el ingeniero francés Rene Lorin. Este propuso las bases teóricas, empleando simplemente el ciclo termodinámico de compresión, combustión y expansión, por lo que inicialmente denominó a su idea Tobera Termopropulsora. De esta manera se podrían alcanzar velocidades que aún en estos días cuesta imaginar.
Dos décadas más tarde, la idea fue redescubierta por Rene Leduc, gracias al cual el Ramjet (Denominación dada en la Unión Soviética) vino a ser visto como el diseño de propulsor ideal, por su gran potencia, máxima eficiencia y su reducido costo de producción en comparación con otros diseños, ya que carece de partes móviles lo que facilita bastante su construcción. El ramjet sin embargo tiene un serio inconveniente el cual consiste en que es incapaz de despegar por si mismo ya que necesita ser acelerado a una velocidad mínima de Mach 3 para empezar a funcionar, por lo cual tiene que estar equipado con un motor híbrido que al despegue funcione como un motor jet convencional y en pleno vuelo a modo ramjet.
La idea principal sobre la que descansa el ramjet es acerca de un tubo que absorbe aire y lo comprime por la presión generada por la velocidad y el diseño del interior del tubo, mientras se suministra el combustible, el cual reacciona con el oxigeno del aire produciendo la combustión que produce el flujo que le brinda su impulso a la aeronave. Básicamente es un ciclo de compresión, combustión y expansión que brinda la posibilidad de alcanzar altas velocidades, sin que para ello intervenga ninguna parte mecánica móvil y que cuenta con un rendimiento bastante elevado. El ramjet en si es mecánicamente muy sencillo, su complejidad real radica en su diseño el cual es muy complicado aerodinámicamente hablando. En el diseño del ramjet, el aire entra a velocidades supersónicas por la entrada del motor, por lo cual es necesario reducir la velocidad de ese flujo a niveles subsónicos, usando para ello difusión aerodinámica mediante el diseño mismo del motor, lo cual contribuye a la complejidad de la que se hablo anteriormente. El aire al entrar en la cámara de combustión se mezcla con el combustible y se encienden generando un impulso de salida, el cual debe ser mayor al de la entrada para así impulsar al avión. Esto le permite al ramjet alcanzar velocidades hasta de Mach 6, la cual sin embargo es su velocidad límite debido a que por encima de esta velocidad el empuje generado por el propulsor deja de ser positivo, esto debido a la fricción que se genera por la desaceleración necesaria para la combustión (recordar que para que el ramjet funcione debe reducirse la velocidad del aire entrante), el aire llega a la cámara de combustión tan caliente que no puede reaccionar con el combustible para producir la combustión. La única manera de evitar este efecto es evitando la desaceleración del aire al entrar al motor, modificando para ello el ramjet. Dicha variante es conocida como scramjet (ramjet de combustión supersónica) la cual esta siendo utilizada en diseños prototipo como el X-43 A y el X-51 A entre otros.
Este diseño no reduce la velocidad del aire para producir la combustión, ya que esta se realiza directamente a través del flujo de aire supersónico entrante. Para ello es necesario emplear una reacción de combustión sumamente rápida, por lo cual se usa hidrógeno como combustible. Debido a que no se precisa reducir la velocidad del aire, no se crea ningún problema de fricción, por lo cual teóricamente no existe una velocidad limite, por lo cual podría alcanzarse hasta Mach 20. Mecánicamente el diseño es muy simple al igual que el ramjet sin embargo a nivel aerodinámico puede ser extremadamente complejo, incluso más que este. A pesar de esto, el scramjet es el diseño para alcanzar velocidades hipersónicas mas estudiado y probado hasta el momento, siendo investigado en varios países, dadas sus posibles aplicaciones tanto a nivel comercial como militar.
Futuro del Scramjet:
Dado el enorme potencial que tiene el scramjet, actualmente las principales potencias compiten por poder diseñar una aeronave que combine un despegue convencional turbojet con una propulsión de tipo scramjet que posibilite los vuelos hipersónicos. Tanto en Europa como en Rusia se desarrollan programas similares a los que se desarrollan en Estados Unidos (Programa Hiper-X) con la colaboración de sus más importantes empresas aeronáuticas. Los norteamericanos ya han desarrollado prototipos como el X-43 A con el que se han realizado pruebas en las que se han alcanzado velocidades de hasta Mach 10 por unos segundos, lo cual brinda una idea del enorme potencial del scramjet. Este proyecto se desarrolla en conjunto por la NASA y la empresa Boeing.
Para la NASA el scramjet brinda la posibilidad de reducir los costos de los vuelos espaciales, ya que se podría alcanzar velocidades suficientes para escapar a la fuerza de gravedad terrestre sin tener que emplear costosos y complicados cohetes que solo pueden ser usados una vez. Al reducirse el costo de las puestas en órbita, es posible realizar más misiones y de mayor duración. Sin embargo el scramjet no está exento de problemas, además de la velocidad mínima de encendido (Mach 3), para un vehículo espacial su uso esta limitado a operar en etapas atmosféricas ya que depende del oxígeno del aire. Para esto sería necesario emplear trayectorias largas y suaves dentro de la atmósfera (una trayectoria normal de cohete lo sacaría rápidamente de la atmósfera), lo cual implica sustentación, para lo cual se necesitan alas. La estructura debe ser capaz de soportar las enormes temperaturas que se producen por fricción a velocidades hipersónicas tanto a la hora de volar como de efectuar la reentrada atmosférica. Los cohetes no tienen este problema ya que cuando alcanzan altas velocidades, debido a su trayectoria vertical ya están prácticamente fuera de la atmósfera.
A pesar de estas dificultades, el scramjet y las aeronaves que vuelen a velocidades de Mach 10 o más son una posibilidad cada vez mas cercana, gracias a los recientes avances y a las investigaciones que se realizan en este campo. Prototipos como el X-43 A han demostrado que la tecnología es viable y que no esta lejano el día en que se pueda realizar un viaje de Nueva York a Tokio en 2 horas y que los vuelos espaciales sean algo de rutina gracias a la reducción de costos. Un lado negativo de esta tecnología es que ya está siendo estudiada en Estados Unidos la posibilidad de diseñar bombarderos con la capacidad de desarrollar velocidades hipersónicas y de atacar cualquier punto del planeta desde los Estados Unidos en menos de 2 horas con precisión total. Este tipo de aeronave, con velocidades de Mach 10 o más, volando casi al nivel del espacio exterior, sería prácticamente imposible de derribar, lo cual, la convertiría en un arma estratégica de un potencial devastador.
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