Hoy hablaremos de esos asombrosos motores que montan los aviones de combate y que les permiten ir asombrosamente rápido o, incluso, despegar de la cubierta de un portaaviones armados hasta los dientes. Hablamos de la postcombustión.
Los motores de un avión de caza son ligeramente diferentes a los turbofán (hablando de motores de reacción) que montan los aviones comerciales. Veamos un ejemplo de turbofán visto por dentro:
Que junto con esta imagen de ejemplo concreto del flujo de aire en el interior de un turbofán CFM56 que llevan algunos Airbus y Boeing comerciales.
El aire entra impulsado por el ventilador en la admisión de aire a un compresor a baja presión. Parte del aire es derivado y otra es comprimido en en la cámara donde se efectúa la combustión y otra parte del aire se mezcla con los gases de escape, antes de expandirse. Finalmente es expulsado a alta presión de la turbina saliendo de la tobera y efectuando el empuje.
Este es el esquema básico de un turbofán: admisión (inlet), compresor, cámara de combustión, turbina y tobera de expulsión (nozzle) de gases que se ven representados en la imagen superior.
La temperatura de operación de la turbina de admisión es fundamental a la hora de diseñar un motor. Para tener una combustión a mayor temperatura el diseño debe adaptarse para permitir que se enfríen los álabes de las turbinas. Esta técnica inyecta una pequeña cantidad de aire saltándose la etapa del compresor para enfriar la turbina.
Los aviones militares poseen también motores de este tipo, pero se les añade una etapa más para obtener la potencia extra que pueden requerir en ciertas situaciones. Se considera “potencia militar” al motor operando al 100% sin hacer uso de la etapa de postcombustión.
Sin embargo un caza, como ya comenté antes, puede requerir más potencia en algunas situaciones comprometidas ya sea para remontar altura a mayor velocidad o para despegar en una distancia muy corta como puede ser la cubierta de un portaaviones.
Los turbofan son eficientes y pueden dar mucha potencia de salida durante largo tiempo pero necesitan tamaños muy grandes. Esto limita bastante en el diseño de un caza. Para poder conseguir la misma potencia que generaría un motor más grande se añade la etapa de postcombustión.
La etapa de postcombustión consiste en la inyección de combustible directamente en la última etapa, en la salida de gases. Eso produce una gran deflagración que da un impulso extra a la nave.
La temperatura máxima del gas en el motor se produce justo antes de la turbina. Cuando el gas atraviesa la turbina se expande adiabáticamente, y por consiguiente, disminuyendo su temperatura. Ahí es donde radica el quid de la cuestión. El postquemador inyecta ombustible en esta etapa y recalienta el gas de escape, lo caul provoca un aumento de la presión justo antes de ser expulsado por la tobera a mayor velocidad.
Esto es lo que hace que cuando se activa la etapa de postcombustión se haga visible la pluma de plasma caliente emergiendo de las toberas:
En la siguiente imagen se muestra una prueba de postquemador donde se aprecia claramente el inyector de combustible en la etapa de postcombustión que incendia los gases de escape produciendo la característica deflagración en forma de pluma:
Los cazas no deben abusar del postquemador. Es algo para utilizar en situaciones concretas ya que la violenta deflagración que se produce puede dañar seriamente las toberas en una exposición prolongada. Y no solo eso, el postquemador gasta muchísimo combustible por lo que su abuso podría derivar en la situación llamada “bingo fuel” que ocurre cuando ya no se va a tener suficiente combustible para volver a la base.
Y para terminar este breve post os dejo con un video que muestra el test del motor Pratt & Whitney F135 que genera nada menos que 128 kN de empuje en seco y 191 kN con poscombustión.
Referencias
- Some Interesting Military Photos, en Bob’s Junkmail.
- The SR-71 Pratt & Whitney JT11D-20B J58 Engine, en THE 456th FIGHTER INTERCEPTOR SQUADRON.
- Afterburner, en Purdue AAE Propulsion.
- Estratorreactor, en Wikipedia.es.
- Afterburner, en Wikipedia.org.
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