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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA

INFORME N08

RAMJET SUBSONICO

PROFESOR

ING. CESAR UGARTE

INTEGRANTES

SANDOVAL CHAVEZ, HENRY

ORE GOMEZ, MISAEL

BORDA VELASQUEZ, YOEL

LUCAS LUCAS , DIEGO

LIMA PERU

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INDICE

INTRODUCCIN ........................................................................................................ 4

OBJETIVOS ............................................................................................................... 5

FUNDAMENTO TERICO ......................................................................................... 7

INSTRUMENTOS Y MATERIALES .......................................................................... 15

PROCEDIMIENTO ................................................................................................... 18

PRECAUCIONES ..................................................................................................... 34

CONCLUSIONES ..................................................................................................... 35

BIBLIOGRAFA ........................................................................................................ 37

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CAPITULO I

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INTRODUCCIN

El RAM JET abarca todos los principios bsicos de las mquinas

trmicas, las cuales operan de una manera similar, es decir que un aire o gas

comprimido se le entrega calor, causando una expansin que puede realizar

trabajo, en el RAM JET, esta se realiza sin la ayuda de ninguna parte

mecnica mvil y demuestra convincentemente, como solamente la adicin

de calor a una corriente de aire que se ha hecho pasar previamente por un

difusor para aumentar su presin, puede producir trabajo.

El RAM JET, cumple como se mencion anteriormente, cumple con un

ciclo Brayton abierto. Esta concepcin ms simple de propulsin de

aeronaves. Se le conoce tambin como ESTATORREACTOR. A velocidades

supersnicas (M>1) este tipo de motor adquiere mejores ventajas.

Un avin de reaccin, o jet, aspira aire a travs de un orificio delantero

y lo empuja hacia afuera, a grandes velocidades, por un orificio posterior. Esto

empuja al avin hacia adelante. A esto se le llama "propulsin a chorro".

Las naves espaciales utilizan "propulsin con cohetes" para moverse

para adelante y hacia arriba. Los cohetes hacen uso del empuje creado por el

combustible al quemarse. A diferencia de los motores utilizados en los

aviones de propulsin a chorro, los cohetes no utilizan aire, puesto que en el

espacio no hay aire.

Un avin de propulsin a chorro utiliza menos combustible que un

cohete. El motor de propulsin a chorro utiliza aire y combustible para

empujar el vehculo hacia adelante; el cohete, en cambio, debe utilizar

combustible solamente. Ya sea que se est hablando de un cohete o de un

motor de propulsin a chorro, el empuje hacia adelante es creado por el

llamado "principio del empuje por reaccin".

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OBJETIVOS

Demostracin del Ciclo Brayton abierto en motores aeronuticos.

Determinar la fuerza de arrastre y empuje neto por efecto de

cambio en la cantidad de movimiento.

Realizar el estudio completo referido a los estatoreactores y

verificar experimentalmente ese conocimiento terico.

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CAPITULO II

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FUNDAMENTO TERICO

El empuje es la fuerza que mueve los aviones en el aire. El empuje es

generado por el sistema de propulsin de la aeronave. Los diferentes

sistemas de propulsin de empuje en el desarrollo de diferentes maneras,

pero todas de empuje se genera a travs de alguna aplicacin de la tercera

ley de Newton del movimiento. Por cada accin hay una reaccin igual y

opuesta. En cualquier sistema de propulsin, un fluido de trabajo es acelerado

por el sistema y la reaccin a esta aceleracin produce una fuerza en elsistema. Una derivacin general de la ecuacin de empuje muestra que la

cantidad de empuje generado depende del flujo de masa a travs del motor y

la velocidad de salida del gas. Los ingenieros utilizan un anlisis

termodinmico del estatorreactor para predecir el flujo de empuje y de

combustible para un diseo particular.

A principios de 1900 algunas de las ideas originales sobre la propulsin

estatorreactor se desarrollaron por primera vez en Europa. El empuje se

produce haciendo pasar el gas de escape caliente procedente de la

combustin de un combustible a travs de una boquilla. La boquilla acelera el

flujo, y la reaccin a esta aceleracin produce empuje. Para mantener el flujo

a travs de la boquilla, la combustin debe ocurrir a una presin que es mayor

que la presin en la salida de la tobera. En un estatorreactor, la alta presin

es producida por el apisonado de aire exterior en la cmara de combustin

mediante la velocidad de avance del vehculo. El aire exterior que entra en el

sistema de propulsin se convierte en el fluido de trabajo, al igual que un

motor turborreactor. En un motor turborreactor, la alta presin en la cmara de

combustin es generada por una maquina llamada compresor (en nuestro

caso fue un ventilador). Pero no hay compresores en un estatorreactor. Por lo

tanto, estatorreactores son ms ligeros y ms simples que un turborreactor.

Ramjets produce empuje slo cuando el vehculo se est moviendo;

estatorreactores no puede producir empuje cuando el motor est parado o

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esttica. Desde un estatorreactor no puede producir empuje esttico, algn

otro sistema de propulsin debe ser utilizado para acelerar el vehculo a una

velocidad donde el estatorreactor comienza a producir empuje. Cuanto mayor

sea la velocidad del vehculo, mejor un estatorreactor funciona hasta que las

prdidas aerodinmicas son convertidas en un factor dominante.

La combustin que produce el empuje en la estatorreactor se produce a una

velocidad subsnica en la cmara de combustin. Para un vehculo que viaja

a velocidades supersnicas, el aire que entra al motor debe ser frenado a

velocidades subsnicas por la entrada de las aeronaves. Las ondas dechoque presentes en las prdidas de rendimiento de entrada son causa del

sistema de propulsin. Por encima de Mach 5, propulsin estatorreactor se

hace muy ineficiente. La nueva estatorreactor de combustin supersnica, o

scramjet, resuelve este problema mediante la realizacin de la combustin

supersnica en el quemador.

Figura N1. Fluido de trabajo es el aire circundante

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Arriba se muestran imgenes de un X-15 propulsado por cohetes avin con

un estatorreactor colgada debajo del cuerpo y una prueba de tnel de viento

de una entrada de estatorreactor utilizada en un misil. Debido a que el

estatorreactor utiliza aire para la combustin externa, es un sistema de

propulsin ms eficiente para el vuelo dentro de la atmsfera de un cohete,

que debe llevar a la totalidad de su oxgeno. Ramjets son ideales para el

vuelo de muy alta velocidad dentro de la atmsfera.

Figura N2. Empuje

Un motor de estatorreactor ofrece un sistema simple, la propulsin de luz para

vuelos de alta velocidad. Asimismo, el ramjet de combustin supersnica, o

scramjet, ofrece gran empuje y el peso bajo para velocidades de vuelo

hipersnico. A diferencia de un motor turborreactor, estatorreactores y

scramjets no tienen partes mviles, slo una entrada y una cmara de

combustin que se compone de un inyector de combustible y un soporte para

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la llama, y una boquilla. Cmo trabajan los estatorreactores y scramjets?

Cuando se monta en un avin de alta velocidad, grandes cantidades de aire

circundante son continuamente llevado a la entrada del motor debido al

movimiento hacia adelante de la aeronave. El aire que se hace ms lenta va a

travs de la entrada, y la presin dinmica debido a la velocidad se convierte

en una mayor presin esttica. A la salida de la entrada, el aire est a una

presin mucho ms alta que de flujo libre. Mientras que la velocidad de flujo

libre puede ser subsnica o supersnica, el caudal de salida de la entrada de

un estatorreactor siempre es subsnico. El flujo que sale de una entrada descramjet es supersnico y tiene menos prdidas de choque que una entrada

de estatorreactor a la velocidad de un mismo vehculo. En el quemador, una

pequea cantidad de combustible se combina con el aire y se enciende. En

un motor tpico, 100 libras de aire / seg. se combina con slo 2 libras de

combustible / seg. La mayora de los gases de escape caliente ha llegado

desde el aire circundante. Titulares de la llama en el quemador de localizar el

proceso de combustin. La combustin ocurre en la subsnica y supersnicaestatorreactor en el scramjet. Saliendo del quemador, el gas de escape

caliente pasa a travs de una boquilla, que est conformado para acelerar el

flujo. Debido a que la velocidad de salida es mayor que la velocidad de flujo

libre, el empuje se crea como se describe mediante la ecuacin de empuje en

general. Para los motores estatorreactores y scramjet, el caudal msico de

salida es casi igual a la corriente de flujo de masa libre, ya que muy poco

combustible se aade a la corriente.

La ecuacin de empuje para estatorreactores y scramjets contienen tres

trminos: el empuje bruto, arrastre de RAM, y una correccin de la presin. Si

las condiciones de flujo libre se denota por un "0" subndice y las condiciones

de salida por una "e" subndice, el empuje F es igual a la tasa de flujo de

masa dot m veces la velocidad V en la salida menos la tasa de flujo de la

corriente libre de masa veces la velocidad y los tiempos de diferencia de

presin p de la zona salida de la boquilla:

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F = [dot m * V] e - [dot m * V] 0 + (PE - p0) * Ae

Aerodinmica a menudo se refieren al primer trmino (la masa de salida del

caudal veces la velocidad de salida) como el empuje bruto, ya que este

trmino est asociado en gran medida con las condiciones de la boquilla.

El segundo trmino (masa libre flujo de caudal veces la velocidad de flujo

libre) se llama el arrastre carnero. Este trmino puede ser bastante grande

para los motores scramjet.

Para estatorreactores y scramjets, la velocidad de salida de la tobera essupersnica, y la presin de salida depende de la relacin entre el rea de la

garganta de la tobera y la salida de la tobera. Slo para una condicin de

diseo nico es la presin de salida igual a la presin de la corriente libre de

esttica. Para todas las dems condiciones, debemos incluir el tercer trmino

de la ecuacin de presin (presin de salida menos libres de veces la presin

de flujo la zona de salida). Esta correccin de la presin suele ser pequea en

comparacin con el primer trmino de la ecuacin de empuje. Sin embargo,para completar, este trmino generalmente se incluye en el empuje bruto.

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Figura N3. Partes del Ramjet

Para el vuelo supersnico de alta o hipersnico, el sistema de propulsin ideal

es un estatorreactor. Un estatorreactor utiliza la velocidad de avance de la

aeronave para comprimir el aire entrante y, por tanto, tiene menos piezas

mviles que un motor de turbina.

Se muestra un dibujo por ordenador de un motor Ramjet tpico. En el dibujo

ordenador, cortaramos una porcin del motor para tener un aspecto interior.En la parte delantera del motor, a la izquierda, es la entrada, lo que trae aire

del exterior en el motor. A la salida de la entrada, el aire est a una presin

mucho ms alta que las condiciones de flujo libre. El combustible se inyecta y

se mezcla para la combustin justo aguas abajo de la entrada. La llama

resultante se estabiliza en el motor por el anillo de soporte de llama roja. Esta

parte es muy similar a una cmara de postcombustin en un motor de avin

de combate. El gas de escape caliente y luego pasa a travs de la boquilla,

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que est conformado para acelerar el flujo y producir empuje. La ecuacin de

empuje para un estatorreactor se muestra en una diapositiva diferente.

Para analizar el funcionamiento del estatorreactor, los ingenieros han

adoptado un esquema de numeracin para las distintas partes. El esquema

de numeracin para la estatorreactor es idntica a la del motor de turbina. Sin

embargo, el ramjet no tiene compresor o turbina. Por lo tanto, algunas de las

etapas numeradas se omiten en un anlisis estatorreactor.

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CAPITULO III

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INSTRUMENTOS Y MATERIALES

- SOPLADOR CENTRFUGO: Marca Tornado Keith Blackman Ltd.Engineers London

Figura N 4.

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Figura N.5

TABLERO DE CONTROL

Figura N.6 Tablero de Control

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CAPITULO IV

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PROCEDIMIENTO

a. Determinar la temperatura de suministro de aire y la presin

atmosfrica.

b. Para una determinada presin total de aire de suministro y un

determinado flujo de combustible, encontrar su empuje neto y hacer

variar el tubo de Pitot, antes de la entrada de aire al ram jet (2 pulg), y

luego en la entrada y posteriormente tomar las medidas cada 2 pulg de

espaciamiento hasta 16 pulg tanto para determinar la P total como la Pesttica.

c. Variar el flujo de aire y de combustible y realizar el mismo

procedimiento anterior, tomando las presiones a 2 de la boca del RJ,

en la boca de entrada del RJ, a 6 de la boca y a la salida del RJ

(principalmente).

Nota: Verificar la posicin del tubo de pitot para cada empuje.

d. Teniendo un flujo de combustible constante, hacer variar el flujo deaire, para obtener varios empujes netos.

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CAPITULO V

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CALCULOS Y RESULTADOS

Datos obtenidos en el laboratorio:

mc (Kg/s) Tc (K) Ps (KN/m2) Pe (KN/m2) Fe (N) Pt (cmH2O)

0.0108333 275 290 26 7 24

LS

(cm)

P1

(Pa)

Po1

(Pa)

P1 (Pa) Po1

(Pa)

P3 (Pa) Po3

(Pa)

P7

(Pa)

Po7

(Pa)5 196.28 1961.277LE 980.638 1961.2775 1176.766 1912.245

10 1470.957 980.63815 1372.894 1569.02125 1078.702 1372.89430 980.638 1176.76635 784.511 1078.70240 784.511 1029.6745 245.16 980.638


0.0130555 279 350 45 14 44

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LS(cm

)

P1(Pa)

Po1(Pa)

P1 (Pa) Po1(Pa)

P3 (Pa) Po3(Pa)

P7(Pa)

Po7(Pa)

5 196.128

3726.42

5

LE 1765.149

3726.42

5

5 2157.404

3628.63

2

10 2745.787

3530.29

8

15 2745.787

3334.17

252255.46

8

2843.85

30 2059.34 2353.532

35 1716.117

2206.43

6

40 1225.798

2157.40

45 392.255

2059.3

4


0.016666 275 285 48 15.5 50

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LS(cm

)

P1(Pa)

Po1(Pa)

P1 (Pa) Po1(Pa)

P3 (Pa) Po3(Pa)

P7(Pa)

Po7(Pa)

5 196.128

4216.74

5

LE 2059.34 4167.713

5 2451.596

4118.68

1

10 3039.979

4020.61

7

15 2941.915

3334.17

252549.66 3138.04

30 2255.46 2647.723

35 1961.277

2451.59

6

40 1372.894

2353.53

2

45 392.255

2255.46

8

Calculo:

Para mc=39 kg/h

En el punto 1 y 1:

( )

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23

(

)

Para el punto 3:

( )

En el punto 7:

( )

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24

Calculo del empuje interno:

Xi= Xi=

Calculo del arrastre externo:

Xn=7ND=0.1144-7=-6.88N

D=-4.911-7=-11.911N

Calculo del coeficiente de empuje:

Respecto al empuje interno:

Respecto al empuje externo:

Coeficiente de arrastre:

Eficiencia:

Para mc=47 kg/h

En el punto 1 y 1:

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( )

()

Para el punto 3:

( )

En el punto 7:

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26

()


Xi= Xi=


Xn=14N

D=-10.832-14=-24.832ND=-30.9-14=-44.9N




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Coeficiente de arrastre:

Eficiencia:

Para mc=60 kg/h

En el punto 1 y 1:

( )

( )

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28

Para el punto 3:

( )

En el punto 7:

( )

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Xi=Xi=


Xn=15.5ND=-35.29-15.5=-50.79N

D=-91.63-15.5=-107.13N




Coefieciente de arrastre:

Eficiencia:

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TABLA DE RESULTADOS:

mc M1 V1 M1 V1 W1 M3 V3 W3 M7 V7 W7 nRJ

39 2.156 560.03 1.046 322.81 0.021187 0.44 144.181 0.03202 1.59 187.79 0.03202 0.33

47 2.568 627.18 1.09 336.87 0.069145 0.534 175.11 0.0822 1.768 151.59 0.0822 0.30

60 2.648 706.99 1.054 324.86 0.14744 0.426 139.719 0.1641 1.82 0.1641 76.8 0.319

GRAFICOS:

-

Grafico N.1

Velocidad de entrada vs coeficiente de empuje interno

0

0.5

1

1.5

2

500 550 600 650 700 750coeficientedeempu

jeinterno

velocidad de entrada

velocidad de entrada vs coeficiente

de empuje interno

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- Grafico N.2

Velocidad de entrada vs coeficiente de empuje neto

- Grafico N.3

Velocidad de entrada vs coeficiente de arrastre

0.6

0.65

0.7

0.75

0.8

500 550 600 650 700 750coeficientedeempujeneto


Velocidad de entrada v.s. coeficientede empuje neto

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

500 550 600 650 700 750

coeficientedearrastre


Velocidad de entrada v.s. coeficiente

de arrastre

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- Grafico N.4

Velocidad de entrada vs flujo de combustible

- Grafico N.6

Velocidad de entrada vs rendimiento

20

30

40

50

60

70

500 550 600 650 700 750

Flujo

decombustible

Velocidad de entrada

velocidad de entrada v.s. flujo de

combustible

0.295

0.3

0.305

0.31

0.315

0.32

0.325

0.33

0.335

500 550 600 650 700 750

rendimiento

Velocidad de entrada

Velocidad de entrada v.s.

rendimiento

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CAPITULO VI

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PRECAUCIONES

- Debido a que est trabajando con un combustible altamente inflamable,

se deben tomar las mximas precauciones en el manipuleo del mismo.

- Asegurarse que el agua de refrigeracin est circulando libremente por

el tubo de Pitot en todo momento de la experiencia.

- Ver que el tubo de pitot est bien asegurado al sistema de

accionamiento por cadena, y en correcta posicin horizontal, para que

se mueva libremente.- En ningn momento la vlvula de combustible debe estar abierta, sin

que el ventilador centrfugo est funcionando y que est circulando

agua de refrigeracin por el tubo de pitot.

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CONCLUSIONES

Se comprob que era un Ram Jet subsnico debido que los nmeros

de match obtenidos en la experiencia son pequeos, cercanos a 1.

Los Ramjet liberan los gases a una alta velocidad lo cual les permite

generar un alto impulso para vencer la fuerza de arrastre.

Se logr apreciar los parmetros que influyen en el Ram Jet y como

varan stos conforme se cambia la cantidad de combustible y la

posicin del tubo de pitot. Aunque no se not gran cambio en el nmero de mach, pudimos

observar el cambio de presiones, de manera experimental.

Se observ que el Ram Jet es la aplicacin del ciclo Brayton en un

motor real el cual se usa en la aeronutica.

La precisin al momento de tomar los datos conllevan a un mejoranlisis de los resultados ya que estos se tienen que tomar en un brevelapso de tiempo.

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CAPITULO VIII

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BIBLIOGRAFA

Ramjet subsonico. Guia de Laboratorio. Facultad de Ingeniera

Mecnica. Universidad Nacional de Ingeniera.

www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/airplane/ramjet.html

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Documents