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La historia y el desarrollo de los motores Ramjet de la Segunda Guerra Mundial a la presentación
El desarrollo de motores de ramjet representa una piedra angular de propulsión aeroespacial de alta velocidad. A diferencia de turbojets o cohetes, los ramjets no tienen partes móviles, no compresores, no turbinas. En lugar de ello, dependen totalmente de la velocidad avanzada del vehículo para comprimir el aire entrando antes de mezclarlo con combustible y desgarrarlo.
Origen y conceptos iniciales
La base teórica para el ramjet se estableció mucho antes de que cualquier motor práctico volara. En 1913, el inventor francés René Lorin patentó un diseño para un "ducto propulsivo" que utilizó el movimiento del vehículo para comprimir aire. Sin embargo, el concepto de Lorin no pudo realizarse en ese momento porque no existía un avión que pudiera alcanzar las velocidades necesarias —ypically por encima de Mach 0.5— para que el motor funcionara.
Los primeros intentos serios de construir un ramjet de trabajo llegaron en los años 1930. En la Unión Soviética, el ingeniero Mikhail Bondaryuk desarrolló el GIRD-08, un ramjet de combustible líquido probado en un cohete trineo en 1939. Al mismo tiempo, investigadores alemanes en el DVL (Instituto de Investigación de Aviación de Alemania) comenzaron a explorar diseños de ramjet bajo el nombre del código
La Segunda Guerra Mundial fue la que aceleró el desarrollo de ramjet. La necesidad de armas de alta velocidad y largo alcance empujaron a los ingenieros en Alemania, el Reino Unido y los Estados Unidos a convertir los diseños teóricos en hardware práctico.El alemán Fieseler Fi 103] (mejor conocido como la bomba voladora V-1) utilizó un pulsajet, no un verdadero chorro de propulsión, pero la experiencia operativa
Desarrollo durante la Segunda Guerra Mundial y después de la Segunda Guerra Mundial
Contribuciones británicas
El Reino Unido hizo algunos de los avances más importantes.El Real Aircraft Establishment (RAE) y Metropolitan-Vickers colaboraron en el Metropolitan-Vickers F.2/40, un ramjet destinado a los combatientes de potencia a alturas extremas. Aunque el motor nunca fue equipado con un avión de producción, proporcionó datos extensos sobre la combustión de misiles supersjeLT
Progresos americanos
Los Estados Unidos entraron en el campo durante los últimos años de guerra.La Estación de Armas Navales en el Lago de China comenzó a probar el KAN (Kaiser-North American) ramjet en 1944. Después de la guerra, captó documentos alemanes y científicos, especialmente el Dr. Adolf Busemann, que había trabajado en tomas supersónicas en el DVL, dio un impulso a la investigación estadounidense[LT]
La era de la posguerra: Ramjets entra en servicio
Los sistemas de carga de aire de la Fuerza [FLT] [4]] de la Fuerza de seguridad de los Estados Unidos [4] [4]] de la serie de sistemas de control de la fuerza [4] [4]] de la fuerza de la energía de la energía, de la energía, de la energía, de la energía, de la energía, de la energía, de la energía, de la energía, de la energía, de la energía, de la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía, la energía,
Avances tecnológicos: De Ramjets a Scramjets
Desafíos de la combustión
El reto técnico central del ramjet es mantener una combustión estable a altas velocidades supersónicas. En un ramjet de combustión subsónica, el aire que entra en la toma debe ser ralentizado a velocidades subsónicas antes de entrar en la cámara de combustión. Esta desaceleración crea ondas de choque y pérdidas de presión que limitan la eficiencia.
Sistemas de combustible y gestión térmica
El combustible [LT] se ha diseñado en forma muy significativa.El vuelo de alta velocidad genera calor intenso. En Mach 3 y más, el motor de la radio y el motor se calienta tanto que el combustible convencional puede descomponer o provocar el coque en líneas de combustible. Esto llevó al desarrollo combustibles endotérmicos que absorben el calor a través de la grieta química.
El avance del Scramjet
El próximo salto mayor llegó con el scramjet (combustión supersónica). En un scramjet, el flujo de aire sigue siendo supersónico en todo el motor, eliminando la necesidad de un difusor subsónico y reduciendo la arrastre. El concepto fue propuesto por primera vez en los años 60, pero la realización práctica resultó extraordinariamente difícil. La combustión en Mach 5 o superior ocurre en milisegundos, que requieren sistemas de encendido y inyección de combustible precisos.
El NASA X-43A], volado en 2004, fue el primer avión para lograr un vuelo sostenido utilizando un scramjet, alcanzando el Mach 9.6 en su tercer y último vuelo. Este hito fue seguido por el X-51A Waverider, un proyecto conjunto de Fuerza Aérea-NAje que demostró el funcionamiento de scramjem
Materiales y Protección Termal
Los sistemas de refrigeración de carbono [LT4] se utilizan para la operación de los sistemas de refrigeración de los sistemas de refrigeración de los sistemas de energía de los sistemas de cargas térmicas [LT].
Aplicaciones de regalo
Sistemas de misiles militares
Los motores de Ramjet siguen impulsando algunos de los sistemas de misiles más avanzados del mundo. El MBDA Meteor, un misil de aire a aire de alcance más allá utilizado por varias fuerzas aéreas de la OTAN, integra un cohete de flujo variable (un tipo de lanzacohetes) que le permite mantener el impulso durante maniobras de alta velocidad en los que los cohetes convencionales se quemarían.
El sistema de defensa Aegis utiliza el NM-161 Standard Missile 3 (SM-3) con un motor de cohetes de doble pulso, pero su sucesor, el SM-6[Marina] incorpora un soporte de chorro para el desarrollo de la velocidad y el rendimiento kinefenmático.
Vehículos de investigación hipersónicos
Los programas experimentales siguen empujando fronteras. El Boeing X-20 Dyna-Soar , cancelado en 1963, fue un candidato temprano para la propulsión de ramjet en un plan espacial. Hoy, el DARPA Falcon programa y el Lockheed Martin SR72
En el sector civil, la colaboración de Australia y Reino Unido en el motor SABRE (Synergetic Air-Breathing Rocket Engine) toma un enfoque diferente, combinando un pre-cooler con un ciclo similar a un ramjet para operar de cero a Mach 5.4 antes de pasar a modo de cohete para el acceso al espacio.
Futuros aspectos
Transporte hipersónico
La aplicación más ambiciosa para la tecnología de punta y scramjet es el transporte hipersónico punto a punto. Empresas como Hermeus y Venus Aerospace están desarrollando conceptos de aviones que utilizarían híbridos de turbo-ramjet para transportar pasajeros a través del Atlántico en menos de dos horas.
Acceso al espacio
Los vehículos de Ramjet y scramjet también podrían reducir el costo de lanzamiento de las cargas de pago a la órbita. Al utilizar el oxígeno atmosférico durante el ascenso temprano, una primera etapa hipersónica podría evitar llevar tanques de oxidación pesados, potencial duplicando la capacidad de carga útil.El concepto
Defensa y Deterrence
Las demandas militares casi seguramente conducirán a la inversión a corto plazo. Los adversarios, incluyendo China y Rusia, están desarrollando vehículos de óxido hipersónico y misiles de crucero que dependen de la propulsión de rábanos o ráfagas.El Departamento de Defensa de EE.UU. ha priorizado armas hidráulicas en su presupuesto, programas de financiación como el
Permanecer obstáculos técnicos
A pesar de décadas de progreso, quedan desafíos importantes.El vuelo hipersónico sostenido produce temperaturas superiores a 2.500 °C (4.500 °F) en los bordes principales, que requieren refrigeración activa o ablación. La inyección y mezcla de combustible deben ser controlados precisamente para evitar el fuego o el descomposición de los motores (una condición en la que el sistema de choque desperdicia y el motor deja de combote de tierra)
La carretera de frente
La historia del ramjet es un testimonio de cómo una idea simple — aire comprimido al moverse lo suficientemente rápido— puede evolucionar en una tecnología con profundas implicaciones para la guerra, el transporte y la exploración espacial. Desde los prototipos de trituración de los años 30 hasta el vuelo Mach 9.6 de la X-43A, cada generación ha mejorado la eficiencia, la fiabilidad y la velocidad.
Para más información sobre los fundamentos de ramjet, la Institución de los hongos ofrece una excelente visión histórica del desarrollo de cohetes y ramjets. Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica (AIAA) publica documentos técnicos detallados sobre combustión de scramjet y gestión térmicaLT[4]
El ramjet puede ser uno de los conceptos de motores más simples que se hayan concebido, pero su realización ha requerido algunos de los más sofisticados ingeniería jamás emprendida. A medida que el vuelo de alta velocidad se convierte en una prioridad estratégica y comercial, el trabajo iniciado en los años 40 seguirá produciendo resultados que una vez se limitaron al ámbito de la ciencia ficción.