Scramjet

Ventajas

1. No tiene que llevar el oxígeno.
2. No hay piezas giratorias, lo cual hace más fácil su fabricación.
3. Tiene un impulso específico más alto (cambio en el momento por unidad de propulsante) que un motor convencional, podría proporcionar entre 1000 y 4000 segundos, mientras que un cohete sólo proporciona 600 segundos o menos.
4. Mayor velocidad podría significar un acceso más barato al espacio exterior en el futuro.

Refrigeración y materiales especiales

A diferencia de un cohete que pasa vertical y rápidamente a través de la atmósfera o de un turborreactor o estatorreactor que vuela a velocidades mucho más bajas, un vehículo hipersónico alimentado de aire vuela de manera óptima en una "trayectoria deprimida", quedando dentro de la atmósfera a velocidades hipersónicas. Debido a que los scramjets sólo tienen relaciones mediocres empuje / peso, la aceleración sería limitada. Por lo tanto el tiempo en la atmósfera a una velocidad hipersónica sería considerable, posiblemente 15-30 minutos. Igual que sucede en una reentrada atmosférica, el aislamiento del calor se convierte en una tarea formidable. El tiempo en la atmósfera sería mayor que la de una típica cápsula espacial, pero menor que la del transbordador espacial.

Los nuevos materiales ofrecen un buen aislamiento a alta temperatura, pero a menudo se sacrifican en el proceso. Una alternativa podría ser la "refrigeración activa", donde se utilizaría un refrigerante que circularía a través de la piel del vehículo impidiendo que se desintegrase. Se estudia que el refrigerante sea el propio combustible de la misma manera que los cohetes modernos usan su propio combustible y oxidante como refrigerante de los motores. Todos los sistemas de refrigeración añaden peso y complejidad a un lanzamiento. El enfriamiento de scramjets de esta manera puede resultar en una mayor eficiencia, ya que el calor se agrega al combustible antes de la entrada en el motor, pero el resultado es un aumento de la complejidad y el peso que en última instancia podría superar cualquier mejora de rendimiento.

Motor peso y la eficiencia

El texto que sigue es una traducción defectuosa.

El rendimiento de un lanzamiento del sistema es complejo y depende en gran medida de su peso. Normalmente los vehículos están diseñados para maximizar el alcance (${\displaystyle R}$), orbitales radio (${\displaystyle R}$) o fracción de masa de carga útil (${\displaystyle \Gamma }$) para un motor en concreto y combustible. Este es el resultado de las compensaciones entre la eficiencia del motor (Peso de despegue de combustible) y la complejidad del motor (Peso de despegue seco), que puede ser expresado por la siguiente fórmula:

${\displaystyle \Pi _{e}+\Pi _{f}+{\frac {1}{\gamma }}=1}$

Dónde:

• ${\displaystyle \Pi _{e}={\frac {m_{\text{empty}}}{m_{\text{initial}}}}}$ es la fracción de masa en vacío, y representa el peso de la superestructura, tanques y el motor.
• ${\displaystyle \Pi _{f}={\frac {m_{\text{fuel}}}{m_{\text{initial}}}}}$ es la fracción de masa de combustible, y representa el peso de combustible, oxidante y cualquier otro material que se consumen durante el lanzamiento.
• ${\displaystyle \gamma ={\frac {m_{\text{initial}}}{m_{\text{payload}}}}}$ es la relación masa inicial, y es la inversa de la fracción de masa de carga útil. Esto representa la cantidad de carga útil el vehículo puede entregar a un destino.

Un scramjet aumenta la masa del motor ${\displaystyle \Pi _{e}}$ por un cohete, y disminuye la masa del combustible ${\displaystyle \Pi _{f}}$. Puede ser difícil decidir si esto se traducirá en un aumento de ${\displaystyle \gamma }$ (lo que sería una carga mayor entregados a un destino para un despegue constante de vehículos de peso). La lógica detrás de los esfuerzos de la conducción de un scramjet es (Por ejemplo) que la reducción de combustible disminuye la masa total en un 30%, mientras que el peso del motor aumentó añade 10% de la masa total del vehículo. Por desgracia, la incertidumbre en el cálculo de las masas o la eficiencia cambios en un vehículo es tan grande que un poco diferente hipótesis de eficiencia de los motores o de comunicación pueden proporcionar buenas razones a favor o en contra de alimentación scramjet los vehículos.

Además, el arrastre de la nueva configuración debe ser considerado. El arrastre de la configuración total puede ser considerado como la suma de la resistencia del vehículo (${\displaystyle D}$) y el arrastre del motor de instalación (${\displaystyle D_{e}}$). El arrastre de instalación tradicional los resultados de los pilones y el flujo acoplado debido a la motores a reacción, y es una función de la posición del acelerador.

Por lo tanto, muchas veces se escribe como:

${\displaystyle D_{e}=\phi _{e}F}$ Dónde:

• ${\displaystyle \phi _{e}}$ es el coeficiente de pérdidas
• ${\displaystyle F}$ es el empuje del motor

Para un motor muy integradas en la aerodinámica cuerpo, puede ser más conveniente pensar en (${\displaystyle D_{e}}$) como la diferencia en la resistencia de un conocido base de configuración.

El general motor de la eficacia puede ser representada como una valor entre 0 y 1 (${\displaystyle \eta _{0}}$), en términos de el impulso específico del motor:

${\displaystyle \mathrm {H} _{0}={\frac {}{g_{0}V_{0}H_{PR}}}\cdot I_{SP}={\frac {\mbox{empuje de energía}}{\mbox{La energía química tasa}}}}$

Dónde:

• ${\displaystyle G_{0}}$ es la aceleración de la gravedad en nivel del suelo
• ${\displaystyle V_{0}}$ es la velocidad del vehículo
• ${\displaystyle I_{SP}}$ es el impulso específico
• ${\displaystyle H_{PR}}$ es el combustible [calor [la reacción]]

El impulso específico se utiliza a menudo como la unidad de la eficiencia para cohetes, ya que en el caso del cohete, hay un relación directa entre el impulso específico, [de combustible [específicas consumo (empuje) | consumo específico de combustible]] y velocidad de escape. Esta relación directa no es general impulso actual para los motores de airbreathing, y específicas para es menos utilizada en la literatura. Tenga en cuenta que para una airbreathing motor, tanto ${\displaystyle \eta _{0}}$ y ${\displaystyle I_{SP}}$ son una función de la velocidad.

El impulso específico de un [cohete] [] motor valores independientes de la velocidad, y son comunes entre 200 y 600 segundos (450S para el transbordador espacial principal motores). El impulso específico de un scramjet varía con la velocidad, reduciendo a velocidades más altas, a partir de unos Año 1200, aunque los valores en la literatura varían.

Para el caso simple de un vehículo de una sola etapa, el combustible fracción de masa se puede expresar como:

${\displaystyle \Pi _{f}=1-\exp \left[-{\frac {\left({\frac {V_{initial}^{2}}{2}}-{\frac {V_{i}^{2}}{2}}\right)+\int {g}\,dr}{\eta _{0}h_{PR}\left(1-{\frac {D+D_{e}}{F}}\right)}}\right]}$

Cuando esto se puede expresar de [[de una etapa a órbita|Traslado de una sola etapa de] la órbita] como:

${\displaystyle \Pi _{f}=1-\exp \left[-{\frac {g_{0}r_{0}\left(1-{\frac {1}{2}}{\frac {r_{0}}{r}}\right)}{\eta _{0}h_{PR}\left(1-{\frac {D+D_{e}}{F}}\right)}}\right]}$

o de nivel de vuelo atmosférico a partir de aire lanzamiento ([Misiles []] de vuelo):

${\displaystyle \Pi _{f}=1-\exp \left[-{\frac {g_{0}R}{\eta _{0}h_{PR}\left(1-\phi _{e}\right){\frac {C_{L}}{C_{D}}}}}\right]}$

Cuando ${\displaystyle R}$ es la Rango, y el cálculo se puede expresar en la forma de la Breguet fórmula de gama:

${\displaystyle \Pi _{f}=1-e^{-BR}}$

${\displaystyle B={\frac {g_{0}}{\eta _{0}h_{PR}\left(1-\phi _{e}\right){\frac {C_{L}}{C_{D}}}}}}$

Dónde:

• ${\displaystyle {C_{L}}}$ es el coeficiente de sustentación
• ${\displaystyle {C_{D}}}$ es el coeficiente de arrastre

Esta formulación es extremadamente simple, y se ha asumido:

• Vehículo de una sola etapa
• No hay sustentación aerodinámica para el levantador transatmosférico

Sin embargo lo anteriormente explicado es cierto en general para todos los motores.