¿Por qué los motores Mig 25 se queman después de Mach 3.2?

Answer 1

Ya se publicaron dos respuestas excelentes, aquí hay otro aspecto: retroalimentación y control.

Los motores utilizados en el MiG-25 eran Tumansky R-15, extremadamente potentes y extremadamente hambrientos de combustible, de esta foto tienes una idea de la enorme cantidad de estos motores:

Sip…

Estos motores eran grandes y pesados ​​y tenían una relación de compresión bastante baja (aproximadamente 4.75: 1, en comparación, el J-58 utilizado en el A-12 y el SR-71 tiene una relación de 7.5: 1 en el despegue) Si comprendemos por qué los motores estaban marcados en rojo en Mach 2.8, necesitamos profundizar en alguna teoría.

Imagine que está manejando una bicicleta por una carretera recta y recta, cuanto más fuerte bombee con los pies, más rápido irá.

Si su transmisión por cadena está configurada incorrectamente, los pedales se moverán junto con las ruedas a plena potencia, los pedales comenzarán a conducir sus piernas en lugar de al revés . Esto es retroalimentación mecánica. Si golpeas una pendiente pronunciada, te encontrarás con un mundo de dolor …

En un motor a reacción, una vez que el disco del compresor de la primera etapa gira, las bombas de combustible comienzan a rociar queroseno ‘atomizado’ en la cámara de combustión, cuando se enciende, esta mezcla se expande y se expulsa por el otro extremo, en el camino, también llega al final Los rotores de la etapa giratoria, que a su vez están conectados al rotor de la primera etapa, es esta retroalimentación la que permite que el motor a reacción se “equilibre” y genere un empuje útil.

Aquí hay animación:

Ahora, las bombas de combustible y los inyectores están siendo accionados por el propio motor giratorio, el acelerador se regula alterando el flujo de combustible hacia las cámaras de combustión, en otras palabras, el “acelerador” es un nombre inapropiado, porque los aceleradores en los motores IC funcionan regulando la cantidad de aire que se envía al motor, mientras que aquí, estamos alterando la cantidad de combustible que ingresa a las cámaras de combustión.

La cantidad de energía transferida desde el motor a las bombas de combustible debe mantenerse dentro de límites manejables, las generaciones anteriores de motores a reacción tenían control de combustible accionado hidromecánicamente, reemplazado gradualmente por control electrónico analógico y finalmente por FADEC (control electrónico digital de autoridad completa), El motor equivalente a volar por cable.

El R-15 no tenía control electrónico. El primer motor soviético con control electrónico vendría más de una década después. Esto significaba que el control de “aceleración” en el R-15 era un asunto muy delicado; este no era un motor de “apuntar y disparar”. Los rápidos cambios del acelerador se hicieron aún más problemáticos por otra razón.

El R-15 no estaba destinado a ser utilizado en un avión con calificación de hombre.

El propósito original de este motor era impulsar un misil / dron de crucero supersónico de gran altitud, ya que operaría en una región ‘estrecha’ de altitudes y velocidades para la mayoría de su misión, era un diseño ‘puntual’, optimizado para funcionar más eficientemente dentro de un sobre limitado.

La adaptación de este diseño de ‘punto’ para un avión de combate tripulado estaba lejos de ser una solución óptima, pero los soviéticos tenían pocas opciones; Los estadounidenses parecían imparables en su búsqueda para desarrollar bombarderos e interceptores Mach-3. El R-15 era, por lo tanto, una versión modificada de este diseño anterior.

A velocidades superiores a ~ Mach 2.5, la presión dinámica que experimenta el compresor de la primera etapa es terrible. Los estadounidenses usaron conos de entrada sofisticados controlados a través de computadoras analógicas para mantener las ondas de choque fuera de la toma, los soviéticos no lo hicieron. A tales velocidades, una gran parte de la compresión del motor estaba siendo proporcionada por el efecto de aire del pistón que actuaba en la primera etapa y toda la masa del rotor y todas las partes internas actuaban como un freno, las enormes velocidades de flujo harían que el disco del rotor alcanzan muy altas revoluciones por minuto, lo que hace que las bombas de combustible se sobrecarguen y envíen cada vez más combustible a la cámara de combustión, como un amplificador de guitarra mantenido frente a un micrófono, la retroalimentación positiva teóricamente continuaría hasta que el motor literalmente se quemara como Kurt Cobain.

En la práctica, el motor comenzaría a comerse mucho antes de que tales cosas pudieran suceder, la inmensa succión de este motor franken, junto con el debilitamiento inducido por el calor de los accesorios internos, causaría que la carcasa del motor se deforme o se ‘deformara’. Las palas del rotor detrás del compresor comenzarían a derretirse y ‘ablacionarse’ y el piloto pronto se encontraría volando un trozo aerodinámico de metal con la relación de deslizamiento de un bloque de ceniza, como fue descubierto por un ruso durante un vuelo de reconocimiento sobre Israel en 1971

Answer 2

En una palabra: aleaciones.

Russian Engineering sabe cómo diseñar motores de alto rendimiento. Fabricarlos no es uno de sus puntos fuertes. Puede parecer una solución simple para resolver, pero no lo es. Los motores de turbina equipados con capacidad de postquemador generan cantidades extremas de calor. El diseño del postquemador depende de cómo la turbina desarrolle el empuje.

Los turborreactores de la época a menudo usaban relaciones de derivación muy bajas que resultaban en temperaturas de escape más altas. Cuando se aplica el uso de un postquemador, las temperaturas se disparan. La mayoría de los fabricantes de turbinas enfrentaron este problema y desarrollaron aleaciones avanzadas capaces de soportar estas temperaturas. Pero estos primeros diseños fueron pesados. Muy pesado y experimentado importantes desafíos técnicos. A principios de la década de 1990, se desarrollaron turbofans de alta (er) relación de derivación para su uso en aviones militares. Cuando estas turbinas tenían una sección de postquemador, las temperaturas de escape se redujeron drásticamente. Esto permitió el uso de materiales más livianos y el uso (en ese momento) de aleaciones exóticas como el titanio capaces de soportar temperaturas de escape después del quemador y, como resultado, un aumento dramático del rendimiento.

El procesamiento de aleaciones avanzadas (a veces conocidas como aleaciones compuestas) requiere experiencia especializada en fundición que no existía en Rusia para su uso en la producción en masa, cuando se desarrolló la serie R-15–300. La informatización requerida para operar el equipo de fundición es increíblemente compleja y sofisticada.

Cuando se desarrolló por primera vez el MiG 25, utilizaba técnicas y estándares, que ya se consideraban antiguos entre 1950 y 2000. El avión tiene una estructura de aire fuerte y bien construida. Pero los motores Tumansky fueron construidos en bruto. Los componentes clave de la turbina utilizaron acero grueso ordinario que no puede soportar el calor severo durante largos períodos de tiempo. Incluso los nuevos 15–300 solo tienen una calificación de 1,000 horas antes de que se requiera una revisión. Es incluso menor si los ciclos de postcombustión exceden los límites permitidos. Se descubrió que algunos de los motores del antiguo MiG 25 de Alemania Oriental no podían repararse y no eran reconstruibles después de 500 horas de uso por la Fuerza Aérea de Alemania Occidental después de la reunificación en 1990 e inspeccionados.

Los rusos actualmente tienen en desarrollo algunas turbinas muy buenas. El tiempo dirá si tienen éxito. Los chinos también han comenzado a invertir en el espacio. Pero el desarrollo todavía parece carecer de algunos fundamentos básicos, como una turbina comercial moderna (sin quemador posterior) que funciona tan bien como las turbinas de diseño occidental utilizadas en aviones. El Irkut MC-21 todavía está en desarrollo. Para colmo de males, la compañía seleccionó la turbina Pratt & Whitney PW1000G. (Al igual que el Comac chino C-919, probablemente con un modelo de la serie CFM56).

Eso debería decirle el estado actual del desarrollo de la turbina en Rusia.

Answer 3

Esto es todo acerca de la compresión de aire del ariete (el aire es forzado al motor debido a la alta velocidad). El aire necesita ser ralentizado de la ciudad a condiciones subsónicas para la cámara de combustión. Esto significa que la presión aumentará dramáticamente, pero también la temperatura subirá mucho. En un punto, se calentará lo suficiente como para quemar el motor (a pesar de todos los dispositivos de refrigeración dentro del motor). Hay motores que pueden ir más rápido (aviones a reacción). Estos funcionan a una velocidad supersónica dentro del motor y no usan cuchillas para comprimir el aire (todo se hace mediante compresión de aire de pistón). Inconveniente de este motor: no funciona a bajas velocidades, por lo que requiere que la nave tenga un cohete para alcanzar una cierta velocidad

Answer 4

La configuración de entrada de aire no era capaz de desacelerar el flujo de entrada a velocidades subsónicas a una velocidad de fuselaje de M3.2. En consecuencia, el aire supersónico entró en las etapas del compresor y las aspas comenzaron a sobrecalentarse y fallar.