Scramjets: símbolo de vanguardia en la industria aeroespacial.

En la última década, hemos podido apreciar un gran esfuerzo por parte de la industria aeroespacial en alcanzar un concepto viable en el desarrollo de aeronaves más rápidas y ligeras. Para tal fin, los ingenieros se han centrado en el estatorreactor de combustión supersónica, teorizado como un tipo de motor clave para los aviones del futuro, dada su capacidad de alcanzar velocidades hasta cinco veces la del propio sonido.

A raíz de las últimas pruebas realizadas por Boeing con el X-51A Waverider, ha dado una nueva vida al concepto del scramjet. La ocasión merece que examinemos detalladamente en fierasdelaingenieria.com la tecnología que hay detrás en este tipo de motores supersónicos de alto alcance y, descubriremos, que futuro podría tener su implementación en la próxima generación de aviones de pasajeros.

El prototipo X-51A Waverider, resultado de la cooperación entre los ingenieros de la empresa Boeing y Pratt & Whitney Rocketdyn, ha comenzado a demostrar que el uso de motores scramjet puede ser algo más que teórico. Midiendo sólo 8 metros de largo y con un peso en vacío de no más de 1.800 Kg, el X-51A se implementó por primera vez con éxito bajo el ala de un B-52 Stratofortress como si se tratara de un motor estándar convencional.

Scramjet

Mediante un perfil discreto y elegante, su diseño aerodinámico oculta lo que promete ser un motor scramjet inmensamente poderoso, apreciado como una posible respuesta al futuro de los vuelos espaciales. Los aviones propulsados por este tipo de motores, son capaces de alcanzar altas velocidades precisamente por el hecho de que trabajan de forma diferente a los motores convencionales. La combustión necesaria para el funcionamiento de la aeronave se produce a través del flujo de aire supersónico, lo que reduce la necesidad de un depósito que albergue oxígeno líquido a bordo para contribuir en el impulso, debido a que el avión absorbe el oxígeno de la propia atmósfera circundante.

Los scramjets dependen del desplazamiento para comprimir y desacelerar el oxígeno entrante antes de la combustión, a través del flujo de aire supersónico que pasa a lo largo del motor. Es decir, el aire entra en la cámara de combustión y se mezcla con el combustible, prenden generando un flujo de salida que, si es mayor que el de entrada, impulsará la nave. Este tipo de motores crecieron en notoriedad cuando las proyecciones teóricas iniciales situaron su máxima velocidad entre Mach 12 y 24, una inmensa mejora con respecto a la velocidad crucero Mach 3,2 que alcanzó tiempo atrás el SR-71 Blackbird, que rompió el récord de velocidad máxima absoluta al alcanzar los 3.529,56 km/h.

Scramjet

Teniendo en cuenta las velocidades teóricas de los motores scramjets, garantiza una serie de beneficios potenciales que conduciría a la NASA a considerar que valdría la pena investigarlos.
Sin piezas giratorias, los motores son más fáciles de fabricar, mantener y poseen un empuje superior por unidad de propulsor, que podría resultar en un aumento muy por encima de los impulsos específicos con respecto a los motores convencionales. Citando la posibilidad de un acceso más barato al espacio exterior usando scramjets, la NASA estuvo inmediatamente interesada ​en su viabilidad.

Durante la década de 1990, la Air Force Research Laboratory (AFRL) inició su programa conocido como HyTECH de propulsión hipersónica. Como resultado, los ingenieros de Pratt & Whitney recibieron un contrato para desarrollar un hidrocarburo como combustible para el Estatorreactor de Combustión Supersónica, motor que más tarde sería designado como SJX61 y diseñado para su uso en el programa X-43 de la NASA.

Scramjet

La versión inicial de la nave, la X-43A, se diseñó específicamente para operar a velocidades superiores a Mach 7, lo que representa alrededor de 8.000 km/h en una altitud de 30.000 metros. Mediante los vehículos de uso único, diseñados para estrellarse en el océano sin recuperación después de su utilización, obtuvieron unos resultados muy diversos. Después de un fracaso inicial con el primer prototipo (al estrellarse antes de tiempo), los siguientes dos vehículos estuvieron totalmente operativos antes de impactar intencionadamente en el Océano Pacífico. Cuando se realizó la tercera prueba del X-43A, lanzada el 16 de noviembre de 2004, consiguió batir el récord establecido por su predecesor, logrando una nueva marca de velocidad al alcanzar los 12.000 kilómetros por hora, equivalente a Mach 9,8.

Después de las pruebas, los ingenieros del Centro Dryden de la NASA esperaban que el programa culminará con un vehículo tripulado con dos etapas orbitales, listo para su lanzamiento dentro de los próximos 20 años. Tras la cancelación de la variante X-43C, el motor se fabricó más tarde aplicado al programa de demostración de AFRL Scramjet Engine en 2003. El programa X-51, lo integra un consorcio formado por Boeing y Pratt & Whitney Rocketdyne, a raíz de un encargo realizado por la AFRL y la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), para demostrar un escalable y robusto sistema de propulsión scramjet endotérmico.

El vehículo de vuelo que integró el scramjet, designado como X-51 el 27 de Septiembre del 2005, se sometió a pruebas vehiculares y de motor, seguido de ensayos en túnel de viento en Julio del 2006, con un primer vuelo cautivo llevado a cabo durante Diciembre del 2009. El X-51 fue llevado a 50.000 pies por un B-52 Stratofortress, y luego liberado sobre el Océano Pacífico. La aeronave fue propulsada por un cohete sólido hasta alcanzar Mach 4,5 antes de que el motor scramjet SJY61 se iniciara, impulsándolo a una velocidad de hasta Mach 6.

El 26 de mayo de 2010, el X-51A completó su primer vuelo, volando más de 200 segundos mientras alcanzaba velocidades de hasta Mach 5. Aunque la nave no pudo alcanzar la velocidad demostrada por su predecesor, el X-51A logró establecer un nuevo récord para el tiempo total de vuelo de un scramjet a combustión de 140 segundos. Una segunda prueba, celebrada el 13 de junio de 2011, se finalizó antes de tiempo cuando el motor falló en una transición a los combustibles JP7, que se utilizan para alimentar el motor a altas velocidades. Después de intentar reiniciar varias veces de forma infructuosa, el vehículo se abandonó en el océano como estaba previsto.

Scramjet

Aunque técnicamente es un fracaso, el equipo del X-51A fue capaz de recoger datos significativos de la prueba y, gracias a ello, Boeing ha asegurado que próximamente el programa se reactivará con dos vuelos de prueba adicionales previstos.

Se ha generado muchas expectativas respecto al uso de motores scramjet en el mercado aeroespacial, en particular debido a sus grandes ventajas en la reducción de las horas de vuelos internacionales con respecto a la actualidad. La idea de volar de Londres a Nueva York en menos de una hora tendría un impacto significativo en las empresas, y la “Institution of Mechanical Engineers” ha incluido dichas aeronaves en su informe denominado “Aero 2075″.

El informe cita que, debido a la evolución en el diseño de aeronaves, las propulsadas por scramjet podrían entrar en producción a finales de siglo, e incluso con nuevos avances inspirados en el reino animal para recortar aún más los tiempos de vuelo. Como ejemplo de ello, copiando la formación en V que los gansos adoptan en su migración, ha dado pie a nuevos diseños que podrían utilizar el flujo de aire frontal de la aeronave para reducir los tiempos de vuelo y, aumentar la eficiencia en el uso del combustible.

Fuente: http://www.fierasdelaingenieria.com

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