En esta nueva entrada, vamos a introducir un poco el concepto de turborreactor, que no hay que confundir con turbofan (siendo ambos motores a reacción), para enlazarlo con el J79 del Starfighter. Para ello, nos valdremos de una imagen de libre descarga (wikipedia) que resume bastante bien cómo funciona un turborreactor de flujo axial.
Turborreactor (Jeff Dahl – traducción de Xavigivax
En todos los turborreactores puros, como el J79-GE-11A del Starfighter, la admisión del aire se produce gracias al difusor del avión (el cono de la anterior entrada en el Blog), llamada tobera de admisión de geometría fija, cuya misión es disminuir la velocidad del aire y aumentar la presión del mismo, presión que aumenta todavía más conforme pasa por las diferentes etapas del compresor, hasta que a través de un inyector se mezcla en las cámaras de combustión, de tipo anular (distribuidas formando un anillo), con combustible pulverizado, llegando a alcanzar temperaturas de hasta 1200 grados. No todo el aire comprimido pasa directamente a la cámara de combustión, sino que una parte mínima lo hace alrededor de las paredes de la cámara de combustión, que están a su vez perforadas de tal forma que ese aire secundario a muy alta presión sirva tanto para refrigerar las paredes de la cámara como para introducirse y mezclarse con el principal. Por cada kilogramo de combustible, entran aproximadamente 60 kilogramos de aire.
Tras la combustión, el aire pasa a la turbina, comunicada con el compresor y encargada de transmitir el movimiento que adquiere gracias a los gases de combustión al compresor mediante un eje principal. Las presiones y velocidades de los gases de combustión remanentes tras el paso de la turbina es lo que “empuja” al avión que lleva montado el motor en cuestión, saliendo los gases por la tobera de escape o salida. Sin embargo, existe un factor limitante: la temperatura de los gases de combustión a la entrada de los álabes de la turbina puede ser tan alta que deforme los álabes, siendo uno de los factores limitantes de lo primeros turborreactores.
A finales de los años 1950, se comenzó a estudiar la implementación de una cámara de combustión extra en el motor, a la salida de la turbina, de forma que se pudieran aprovechar la temperatura, velocidad y presión de los gases de escape y mezclar con combustible pulverizado antes de la tobera de salida; el desarrollo de toberas convergentes-divergentes, ayudaría a aumentar el empuje sin la necesidad de este sistema, llamado postquemador, al disminuir el área (convergente) por la que saldrían los gases a potencia militar (antes de meter postquemador). Con el postquemador metido, el área se agrandaría al máximo (divergente), ya que el empuje realmente vendría dado por la mezcla final gases de escape-combustible pulverizado, que proporcionaría tal velocidad a los gases de escape que aumentaría considerablemente el empuje sin dañar a la tobera. Para controlar la apertura-cierre, se emplearía aceite del motor a modo de líquido hidráulico.
Esta nueva etapa de la aviación de combate ya estaba en pleno desarrollo, sin embargo, pese a que ya existían a principios de los años 1950 e incluso un poco antes, motores a reacción con postquemador implementados en algunos aviones, el Starfighter fue un máximo exponente, hasta tal punto que cuando el avión se presentó al público a mediados de los años 1950, el difusor de entrada y la tobera de geometría variable estaban completamente tapados por medio de lonas protectoras.
El J79 disponía (y dispone) en el compresor de un conjunto de álabes guías en el compresor, que previenen que este entre en pérdida (como sucedía con el J47 del Sabre) a elevados ángulos de ataque o cuando el flujo de aire normal no sea uniforme, como podemos ver en este detalle de una imagen original de AlfvanBeem. No obstante, y bajo ciertas condiciones, puede seguir haciéndolo (nada es infalible).

Detalle del J79 de una imagen original de AlfvanBeem.
El postquemador se accionaba mediante el mando de gases, al igual que en todas las aeronaves, disponiendo de 4 etapas de postcombustión que se notaban físicamente, tanto por los escalones del mando de gases como por el empuje que proporcionaba. Los actuadores, cuya fuerza dependía de la presión ejercida por el aceite motor (que hacía y hace las funciones de fluido hidráulico) actúan sobre las nozzles o pétalos de la tobera de escape. La particularidad de Starfighter, el “gruñido” que hacía en vuelo, se debe a la existencia de dos secciones de nozzles, la interior y la exterior; el chorro de gases en condiciones de alta velocidad se encuentra con dos secciones de diferente geometría muy próximas entre sí, según la demanda del piloto en el mando de gases, lo que producía el sonido característico del Starfighter.
La temperatura de entrada al compresor (CIT, Compressor Inlet Temperature) era uno de los factores críticos del Starfighter, no su aerodinámica: cuando esta llegaba a 120 ºC (a Mach 2.0) se avisaba al piloto mediante una indicación visual en cabina, en la línea de visión de este, en el panel superior izquierdo, con la palabra SLOW, que indicaba al mismo que había llegado al límite de velocidad del avión (limitada por el motor, no por la aerodinámica del mismo). Precisamente para contrarrestar la pérdida en alta del compresor, cuando la temperatura de entrada llegaba a 100 ºC, se iniciaba el T2 RESET del mismo, moviéndose los álabes guía del mismo y aumentando levemente las RPM´s físicas del motor. Tal era la tecnología del Starfighter, que al accionar el cañón, dado que la salida de gases del mismo estaba a la entrada del compresor (y por tanto este podría verse afectado por el aire turbulento generado al disparar la munición), un dispositivo de coordinación movía levemente dichos álabes guía para adecuarlos a la admisión de los gases del cañón cuando el cañón estaba seleccionado como armamento y se apretaba el gatillo.
Se resumen las cualidades de este gran motor, que ha tenido múltiples versiones montadas en múltiples aeronaves:
  • Un compresor axial de 17 etapas con una proporción de compresión 12:
  • Una turbina de 3 etapas, encargada de mover el compresor.
  • Cámara de combustión de tipo anular.
  • Sistema de postquemador y tobera convergente divergente.
Nuevamente, si gusta, en la siguiente entrada hablaremos de la aviónica del caza de las estrellas.

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