O que faz um motor a jato sem fumaça?

Fumaça resulta da fuligem nos gases de combustão, então a parte de carbono do combustível de hidrocarboneto foi queimada incompletamente.

A literatura (desculpe, paywalled, mas você pode ler a primeira página) relata que nas primeiras décadas de projeto de motores a jato, muito desenvolvimento de combustores foi tentativa e erro. Especificamente, para chegar a um combustor sem fumaça, a equipe JT9D precisou realizar 465 modificações e 140 testes completos de mecanismo. Principalmente, esses truques ajudam:

• Velocidades de fluxo lento pelo projeto cuidadoso do difusor na saída do compressor
• Agitação do fluxo na entrada do combustor para melhorar a mistura de ar e combustível
• Influxo medido de ar para o combustor, de modo que a área de injeção de combustível tenha uma mistura essencialmente estequiométrica para melhor estabilidade da chama. Em seguida, mais ar é adicionado em uma região secundária e uma terceira região de diluição. Esta diluição ajuda a baixar a temperatura do gás, de modo que o fluxo de gás é palatável para a turbina.
• Câmens mais compridos, para que 99% da combustão possa ser alcançada no final da região secundária.

Selecionar o combustível certo também ajuda. Se você queimar metanol ou etanol, um combustor sem fumaça é mais fácil de ser alcançado, mas a densidade de energia do combustível sofre . Combustíveis mais leves com correntes de hidrocarbonetos mais curtas ajudam, mas são mais caros para produzir e reduzir a densidade de energia, então o querosene era preferido mesmo se sua combustão produz fuligem.

Geralmente, a fumaça vem de combustível queimado incompleto.

Normalmente, um motor a jato queima uma mistura muito pobre (devido a restrições de temperatura da turbina). No entanto, obter todo o combustível para queimar é um desafio considerável, principalmente porque o ar / mistura flui mais rápido no motor do que a frente da chama. Assim, a fim de fornecer queima estável, muitos truques entram em jogo: a câmara de combustão expande após o compressor; há geradores de vórtice especiais que forçam a mistura a circular e circular de volta; o ar pode ser alimentado em etapas ao longo da câmara, etc.

Essa complicada dinâmica de gás é difícil de otimizar, especialmente nos anos 70, quando os motores do MiG-29 (RD-33) foram projetados. O que geralmente acontece é que há bolsões de mistura rica demais na câmara de combustão, e o combustível extra se decompõe devido à alta temperatura antes de ter a oportunidade de queimar.

Pelo que eu sei, o RD-33MK recebeu uma câmara de combustão redesenhada (entre outras coisas), mas o que exatamente são as mudanças é difícil de dizer. Posso especular que a fonte do problema original era que o RD-33 tinha um exemplo inicial da câmara de combustão anular, que não foi bem estudada na época. Mas o problema era ruim o suficiente para tornar o MiG-29 mais facilmente detectável na luta visual.