Avion a reacción

El "avión a reacción" vuelve a dirigir aquí. Para el álbum Rumania Montevideo, vea Jet Plane .

Clase de aeronave propulsada por motores de propulsión a reacción

McDonnell Douglas DC-10 de Northwest Airlines .

USAF Lockheed Martin F-35 Lightning II

Un avión a reacción (o simplemente a reacción ) es un avión (casi siempre un avión de ala fija ) propulsado por motores a reacción .

Mientras que los motores de las aeronaves propulsadas por hélice generalmente alcanzan su máxima eficiencia a velocidades y altitudes mucho más bajas, los motores a reacción alcanzan la máxima eficiencia a velocidades cercanas o incluso muy superiores a la velocidad del sonido . Los aviones a reacción generalmente navegan de manera más eficiente a aproximadamente Mach 0.8 (981 km / h (610 mph)) y en altitudes alrededor de 10,000-15,000 m (33,000-49,000 pies) o más.

La idea del motor a reacción no era nueva, pero los problemas técnicos involucrados no pudieron comenzar a resolverse hasta la década de 1930.Frank Whittle , un inventor inglés y oficial de la RAF , comenzó a desarrollar un motor a reacción viable en 1928, ^[1] y Hans von Ohain en Alemania comenzó a trabajar de forma independiente a principios de la década de 1930. En agosto de 1939, el Heinkel He 178 propulsado por turborreactor , el primer avión a reacción del mundo, realizó su primer vuelo. Existe una amplia gama de diferentes tipos de aviones a reacción, tanto para fines civiles como militares.

Historia

Heinkel He 178 , el primer avión en volar con turborreactor, en agosto de 1939

Caproni Campini N1 en vuelo

Gloster E.28 despegando

Después de la primera instancia de vuelo propulsado, se sugirió una gran cantidad de diseños de motores a reacción. René Lorin , Morize, Harris propusieron sistemas para crear un chorro de salida. ^[2]

Después de que se pusieron en funcionamiento otros motores a reacción, el inventor rumano Henri Coandă afirmó haber construido un avión a reacción en 1910, el Coandă-1910 , sin embargo, para respaldar esta afirmación, tuvo que hacer modificaciones sustanciales en los dibujos que utilizó para respaldar su posteriormente desacreditaron afirmaciones. ^[3] De hecho, el motor del ventilador con conductos fracasó, prendiendo fuego a la aeronave antes de que se realizara ningún vuelo, y carecía de casi todas las características necesarias para un motor a reacción, incluida la falta de inyección de combustible y cualquier preocupación por el calor. El chorro de salida se dirige a una superficie de tela altamente inflamable. ^[3]

Durante las décadas de 1920 y 1930 se probaron varios enfoques. Se diseñaron una variedad de aviones propulsados ​​por motores a reacción , turbohélice , pulsos y cohetes . La investigación de motores de cohetes se estaba llevando a cabo en Alemania y el primer avión en volar con propulsión de cohetes fue el Lippisch Ente , en 1928. ^[4] El Ente había volado previamente como planeador. Al año siguiente, en 1929, el Opel RAK.1 se convirtió en el primer avión cohete construido especialmente para volar.

El turborreactor fue inventado en la década de 1930, de forma independiente por Frank Whittle y más tarde Hans von Ohain . El primer turborreactor en volar fue el Heinkel He 178 , el 27 de agosto de 1939 en Rostock (Alemania). ^[5] Esto fue en gran parte una prueba de concepto, ya que el problema de la " fluencia " (fatiga del metal causada por las altas temperaturas dentro del motor) no se había resuelto y el motor se quemó rápidamente.

El primer vuelo de un avión propulsado a reacción que llamó la atención del público fue el prototipo de motorjet italiano Caproni Campini N.1 que voló el 27 de agosto de 1940. ^[6] Fue el primer avión a reacción reconocido por la Fédération Aéronautique Internationale (en el vez que el programa alemán He 178 todavía se mantenía en secreto). Campini comenzó a desarrollar el motorjet en 1932, que se diferenciaba de un verdadero turborreactor, en que el aire era impulsado por un motor de pistón, en lugar de los gases de escape, una solución mucho más compleja.

El experimental británico Gloster E.28 / 39 despegó por primera vez el 15 de mayo de 1941, propulsado por un turborreactor de Sir Frank Whittle . ^[7] El Estados Unidos produjo la Campana XP-59A usando dos ejemplos de una versión del motor de Whittle construido por General Electric , que voló el 1 de octubre de 1942. El Meteor fue el primer avión de producción, con los primeros pedidos de los ejemplos de producción realizado el 8 de agosto de 1941, ^[8] el prototipo voló por primera vez el 5 de marzo de 1943 y el primer fuselaje de producción voló el 12 de enero de 1944, ^[9] mientras que los primeros pedidos de aviones de producción Me 262 no se emitieron hasta el 25 de mayo de 1943, ^{[ 10]}y la primera producción Me 262 no voló hasta el 28 de marzo de 1944 ^{[11] a} pesar de que el programa Me 262 había comenzado antes que el del Meteor, como Projekt 1065, con planes iniciales elaborados por el equipo de diseño del Dr. Waldemar Voigt en abril de 1939.

Una reproducción moderna del Me 262 en vuelo en 2006. El primer avión turborreactor operativo, el Messerschmitt Me 262, entró en servicio en abril de 1944.

El Messerschmitt Me 262 fue el primer caza a reacción operativo , ^[12] fabricado por Alemania durante la Segunda Guerra Mundial y que entró en servicio el 19 de abril de 1944 con el Erprobungskommando 262 en Lechfeld, al sur de Augsburgo. Un Me 262 obtuvo la primera victoria de combate para un caza a reacción el 26 de julio de 1944. El Me 262 había volado por primera vez el 18 de abril de 1941, pero la producción en masa no había comenzado hasta principios de 1944 con los primeros escuadrones operativos ese año, demasiado tarde para un efecto decisivo sobre el resultado de la Segunda Guerra Mundial . Era el avión convencional más rápido de la guerra, aunque había aviones más rápidos propulsados ​​por medios no convencionales, como el Messerschmitt Me 163 Komet propulsado por cohetes .

Gloster Meteor F.3s. El Gloster Meteor fue el primer caza a reacción británico y el único avión a reacción de los Aliados en realizar operaciones de combate durante la Segunda Guerra Mundial.

Alrededor de este tiempo, a mediados de 1944, el Gloster Meteor del Reino Unido se estaba comprometiendo con la defensa del Reino Unido contra la bomba voladora V-1  , en sí misma un avión impulsado por chorro de pulso y antepasado directo del misil de crucero , y luego operaciones de ataque terrestre en Europa. en los últimos meses de la guerra. En 1944, Alemania introdujo en servicio el avión de reconocimiento y bombardero Arado Ar 234 , aunque se usó principalmente en el papel anterior, y el caza ligero de un solo jet Heinkel He 162 Spatz se estrenó al final de 1944. La URSS probó su propio Bereznyak-Isayev BI-1 en 1942, pero el proyecto fue descartado por Joseph Stalin.en 1945. La Armada Imperial Japonesa también desarrolló aviones a reacción en 1945, incluido el Nakajima J9Y Kikka , una versión modificada y ligeramente más pequeña del Me 262 que tenía alas plegables. A finales de 1945, EE. UU. Había puesto en servicio su primer caza a reacción, el Lockheed P-80 Shooting Star , y el Reino Unido su segundo diseño de caza, el de Havilland Vampire .

El Boeing 737-300, parte de la familia Boeing 737, es el avión a reacción más producido que todavía está en funcionamiento.

Estados Unidos introdujo el norteamericano B-45 Tornado , su primer bombardero a reacción, en servicio en 1948. Aunque era capaz de transportar armas nucleares, se utilizó para el reconocimiento sobre Corea. El 8 de noviembre de 1950, durante la Guerra de Corea , el teniente de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos Russell J. Brown, volando en un F-80 , interceptó dos MiG-15 norcoreanos cerca del río Yalu y los derribó en el primer jet-to. -Jet pelea de perros en la historia. El Reino Unido puso en servicio el English Electric Canberra en 1951 como bombardero ligero . Fue diseñado para volar más alto y más rápido que cualquier interceptor .

BOAC Comet 1 fue el primer avión de pasajeros a reacción

Boeing 707

BOAC operó el primer servicio de jet comercial, de Londres a Johannesburgo , en 1952 con el avión de pasajeros de Havilland Comet . Este avión altamente innovador viajaba mucho más rápido y más alto que el avión de hélice, era mucho más silencioso, más suave y tenía elegantes alas combinadas que contenían motores a reacción ocultos. Sin embargo, debido a un defecto de diseño y al uso de aleaciones de aluminio, la aeronave sufrió una fatiga del metal catastrófica que provocó varios accidentes. ^[13]

La serie de choques dio tiempo para que el Boeing 707 entrara en servicio en 1958 y esto llegó a dominar el mercado de aviones civiles. Se descubrió que los motores suspendidos eran ventajosos en caso de una fuga de propulsor, por lo que el 707 se veía bastante diferente del Comet: el 707 tiene una forma que es efectivamente la misma que la de los aviones contemporáneos, con una marcada similitud aún evidente hoy para ejemplo con el 737 (fuselaje) y el A340 (un piso, ala en flecha, cuatro motores debajo del ala).

Los aviones Turbofan comenzaron a entrar en servicio en las décadas de 1950 y 1960, aportando una eficiencia de combustible mucho mayor , y este es el tipo de jet de uso generalizado en la actualidad.

Tu-144 , el primer avión de transporte supersónico comercial (SST) del mundo

El transporte supersónico Tu-144 fue el avión a reacción comercial más rápido a Mach 2,35 (2.503 km / h (1.555 mph)). Entró en servicio en 1975, pero se retiró del servicio comercial poco después. El Mach 2 Concorde entró en servicio en 1976 y voló durante 27 años.

El avión a reacción militar más rápido fue el SR-71 Blackbird a Mach 3,35 (3661 km / h (2275 mph)).

Otros jets

La mayoría de la gente usa el término 'avión a reacción' para denotar motores a reacción basados ​​en turbinas de gas , pero los cohetes y los scramjets también son propulsados ​​por propulsión a chorro.

Los misiles de crucero son aviones a reacción no tripulados de un solo uso, propulsados ​​predominantemente por estatorreactores o turborreactores o, a veces, turboventiladores, pero a menudo tendrán un sistema de propulsión de cohetes para la propulsión inicial.

El avión a reacción más rápido con respiración de aire es el scramjet X-43 no tripulado con aproximadamente Mach 9-10.

El avión tripulado (cohete) más rápido es el X-15 a Mach 6,85.

El transbordador espacial , aunque es mucho más rápido que el X-43 o el X-15, no se consideró un avión durante el ascenso, ya que fue transportado balísticamente por el empuje del cohete, en lugar del aire. Durante el reingreso fue clasificado (como un planeador) como un avión sin motor. El primer vuelo fue en 1981.

El Bell 533 (1964), Lockheed XH-51 (1965) y Sikorsky S-69 (1977-1981) son ejemplos de diseños de helicópteros compuestos en los que los gases de escape se suman al empuje hacia adelante. ^[14] El Hiller YH-32 Hornet y el helicóptero ultraligero Fairey se encontraban entre los muchos helicópteros en los que los rotores eran impulsados ​​por propulsores de propulsión .

Propulsión a chorro wingsuits existen - impulsado por motores a reacción de los aviones modelo - pero de corta duración y la necesidad de ser lanzado a la altura. ^[15]

Aerodinámica

Un McDonnell Douglas DC-10 , un ejemplo de configuración Trijet

Debido a la forma en que funcionan, la velocidad de escape típica de los motores a reacción es transónica o más rápida, por lo que la mayoría de los aviones a reacción necesitan volar a altas velocidades, ya sean supersónicas o velocidades justo por debajo de la velocidad del sonido (" transónico ") para lograr una eficiencia vuelo. Por tanto, la aerodinámica es una consideración importante.

Los aviones a reacción generalmente se diseñan utilizando la regla del área de Whitcomb , que dice que el área total de la sección transversal de la aeronave en cualquier punto a lo largo de la aeronave desde la nariz debe ser aproximadamente la misma que la de un cuerpo Sears-Haack . Una forma con esa propiedad minimiza la producción de ondas de choque que desperdiciarían energía.

Motores a reacción

Artículo principal: motor a reacción

Los motores a reacción vienen en varios tipos principales:

• turborreactor
• turbofan (que vienen en dos formas principales turbofan de derivación baja y turbofan de derivación alta )
• cohete

Los diferentes tipos se utilizan para diferentes propósitos.

Los cohetes son el tipo más antiguo y se utilizan principalmente cuando se necesitan velocidades extremadamente altas o altitudes extremadamente altas. Debido a la velocidad de escape extrema, típicamente hipersónica , y a la necesidad de llevar un oxidante a bordo, consumen propelente extremadamente rápido. Por esta razón, no son prácticos para el transporte de rutina.

Los turborreactores son el segundo tipo más antiguo; tiene una velocidad de escape alta, generalmente supersónica, y una sección transversal frontal baja, por lo que se adapta mejor a vuelos de alta velocidad, generalmente supersónicos. Aunque alguna vez se usaron ampliamente, son relativamente ineficientes en comparación con los turbohélice y los turbofan para vuelo subsónico. Los últimos aviones importantes en utilizar turborreactores fueron los transportes supersónicos Concorde y Tu-144 .

Los turboventiladores de derivación baja tienen una velocidad de escape más baja que los turborreactores y se utilizan principalmente para velocidades sónicas, transónicas y supersónicas bajas. Los turboventiladores de alto bypass se utilizan para aviones subsónicos y son bastante eficientes y se utilizan ampliamente para aviones de pasajeros.

Características de vuelo

Los aviones a reacción vuelan de manera considerablemente diferente a los aviones de hélice.

Una diferencia es que los motores a reacción responden con relativa lentitud. Esto complica las maniobras de despegue y aterrizaje. En particular, durante el despegue, los motores de los aviones de hélice soplan aire sobre sus alas y eso les da más sustentación y un despegue más corto. Estas diferencias atrajeron a algunos de los primeros pilotos de BOAC Comet. ^[13]

Eficiencia propulsora

Artículo principal: eficiencia propulsora

En las aeronaves, la eficiencia propulsora general es la eficiencia, en porcentaje, con la que la energía contenida en el propulsor de un vehículo se convierte en energía útil, para reemplazar las pérdidas debidas al arrastre del aire , la gravedad y la aceleración. También se puede indicar como la proporción de energía mecánica realmente utilizada para propulsar la aeronave. Siempre es inferior al 100% debido a la pérdida de energía cinética en el escape y la eficiencia inferior a la ideal del mecanismo de propulsión, ya sea una hélice , un escape de chorro o un ventilador. Además, la eficiencia de propulsión depende en gran medida de la densidad del aire y la velocidad del aire.${\displaystyle \eta }$

Matemáticamente, se representa como ^[16] donde es la eficiencia del ciclo y es la eficiencia de propulsión. La eficiencia del ciclo, en porcentaje, es la proporción de energía que puede derivarse de la fuente de energía que el motor convierte en energía mecánica .${\displaystyle \eta =\eta _{c}\eta _{p}}$${\displaystyle \eta _{c}}$${\displaystyle \eta _{p}}$

Dependencia de la eficiencia de propulsión ( ) de la relación velocidad del vehículo / velocidad de escape (v / c) para cohetes y motores a reacción${\displaystyle \eta _{p}}$

Para los aviones a reacción, la eficiencia de propulsión (esencialmente eficiencia energética ) es más alta cuando el motor emite un chorro de escape a una velocidad que es igual o casi igual a la velocidad del vehículo. La fórmula exacta para motores que respiran aire como se indica en la literatura, ^{[17] [18]} es

${\displaystyle \eta _{p}={\frac {2}{1+{\frac {c}{v}}}}}$

donde c es la velocidad de escape y v es la velocidad de la aeronave.

Rango

Artículo principal: Alcance (aviones)

Para un jet de largo alcance que opera en la estratosfera , la velocidad del sonido es constante, por lo tanto, volar con un ángulo de ataque fijo y un número de Mach constante hace que la aeronave ascienda, sin cambiar el valor de la velocidad local del sonido. En este caso:

${\displaystyle V=aM}$

¿Dónde está el número de Mach de crucero y la velocidad local del sonido? Se puede demostrar que la ecuación de rango es:${\displaystyle M}$${\displaystyle a}$

${\displaystyle R={\frac {aM}{c_{T}}}{\frac {C_{L}}{C_{D}}}ln{\frac {W_{1}}{W_{2}}}}$

que se conoce como la ecuación de rango de Breguet en honor al pionero de la aviación francesa Louis Charles Breguet .

Ver también

• Coandă-1910
• Aviación comercial
• Estela
• Avión de pasajeros
• Ruido de chorro
• Jumbo jet
• Jet muy ligero
• Lista de aviones a reacción de la Segunda Guerra Mundial

Referencias

Citas

1. CWN, Chris Studman para. "Sir Frank Whittle - inventor del motor a reacción - nacido en Coventry" . www.cwn.org.uk . Archivado desde el original el 20 de octubre de 2017 . Consultado el 6 de mayo de 2018 .
2. Jet Propulsion of Aircraft Part III Archivado el 5 de noviembre de 2012 en el vuelo de Wayback Machine G Geoffrey Smithel 25 de septiembre de 1941
3. Winter, Frank H. (6 de diciembre de 2010). "La afirmación de Coanda: la historia de un vuelo en jet en 1910, sólo siete años después de Kitty Hawk, puede ser demasiado buena para ser verdad" . airspacemag.com .
4. "Lippisch Ente". ^{[ enlace muerto permanente ]} The Internet Encyclopedia of Science: Experimental Aircraft. Consultado: 26 de septiembre de 2011.
5. Warsitz, Lutz: El primer piloto a reacción: la historia del piloto de pruebas alemán Erich Warsitz (p. 125), Pen and Sword Books Ltd., Inglaterra, 2009 Archivado el 3 de junio de 2010 en la Wayback Machine.
6. " Vuelo 28 de agosto de 1941" . flightglobal.com . Archivado desde el original el 20 de octubre de 2017 . Consultado el 6 de mayo de 2018 .
7. "No se necesita una hélice ..." Archivado el25 de octubre de 2012en el Wayback Machine Flight (flightglobal.com), 27 de octubre de 1949 p554
8. Mayordomo, 2006, p.8
9. Mayordomo, 2006, p.23
10. Radinger, 1996, p. 33
11. Radinger, 1996, p.49
12. Hecht, Heinrich. El primer caza turborreactor del mundo: Messerschmitt Me 262 . Atglen, Pensilvania: Schiffer Publishing, 1990. ISBN 0-88740-234-8 . ^{[ página necesaria ]} 
13. Jet! Cuando Gran Bretaña gobernaba los cielos - BBC
14. Thomas Lawrence y David Jenney (31 de agosto de 2010). "El helicóptero más rápido de la Tierra" . Espectro IEEE . Archivado desde el original el 30 de enero de 2017 . Consultado el 1 de agosto de 2017 .
15. " ' Jetman' Yves Rossy nos muestra cómo volar su ala Jet de fibra de carbono" . Cableado . 31 de julio de 2013. Archivado desde el original el 2 de enero de 2017 . Consultado el 1 de agosto de 2017 .
16. ch10-3 Archivado el 14 de septiembre de 2010 en la Wayback Machine.
17. K.Honicke, R.Lindner, P.Anders, M.Krahl, H.Hadrich, K.Rohricht. Beschreibung der Konstruktion der Triebwerksanlagen. Interflug, Berlín, 1968
18. Saliva, Peter. "Tecnología de turbinas de gas" Archivado el 31 de octubre de 2014 en la Wayback Machine p507, Rolls-Royce plc , 2003. Consultado el 21 de julio de 2012.

Bibliografía

• Mayordomo, Phil; Buttler, Tony (2006). Gloster Meteor: el famoso jet de primera generación de Gran Bretaña . Surrey, Reino Unido: Midland Publishing. pag. 23. ISBN 1-85780-230-6.
• Lutz Warsitz: El primer piloto a reacción: la historia del piloto de pruebas alemán Erich Warsitz , Pen and Sword Books Ltd., Inglaterra, 2009, ISBN 978-1-84415-818-8 , edición en inglés 
• Radinger, Will; Schick, Walter Schick (1996). Me 262 (en alemán). Berlín: Avantic Verlag GmbH. ISBN 978-3-925505-21-8.

Enlaces externos

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Aeronaves con motores a reacción .

• El sitio web oficial de Erich Warsitz (el primer piloto de jet del mundo), videos raros incluidos (Heinkel He 178) y comentarios de audio