O que é um pós-combustor e quanto tempo um jato pode voar no pós-combustor?

Um pós-combustor é um sistema de combustão secundária que queima combustível adicional a jusante da câmara de combustão, para aumentar ainda mais o empuxo em detrimento do consumo de combustível muito maior.

Este é o Pratt & Whitney F100 turbofan de pós-combustão, cujas variantes alimentam a frota de 4ª geração de F-15 e F-16 da USAF:

A última coisa que parece um raio, logo além das aletas da turbina, mais todo o espaço entre o núcleo da turbina e o bico de exaustão, é o pós-combustor. Nesta área, o combustível é pulverizado diretamente no fluxo de exaustão do núcleo da turbina, onde o calor do ar que sai do núcleo é suficiente para inflamar. Essa pressão adicional aumenta o empuxo produzido pela turbina.

Como eu disse, porém, a desvantagem é o aumento do consumo de combustível, às vezes normalmente de maneira dramática. O F-16 a plena potência militar e baixas altitudes queima cerca de 8000 quilos de combustível por hora, o que, com uma configuração completa do tanque, dá cerca de 2 horas de voo. Cruzando em altitudes mais altas, o tempo de voo pode ser estendido ainda mais, já que tanto a altitude mais alta quanto a aceleração mais baixa (cerca de 80%) reduzem a taxa de fluxo de combustível em até 40% em vôo de baixa altitude.

Em pós-combustão total em baixas altitudes, o F-16 pode queimar mais de 64.000 libras por hora. Em plena aceleração, uma variante dos EUA F-16 com reservas de combustível externas máximas tem cerca de 20 minutos até que esteja em reservas de emergência (o que duraria apenas um minuto a mais no pós-combustor total). O ganho de velocidade é mínimo; o F-16 cruza entre 450 e 550 nós, enquanto o pós-combustor total apenas aumenta para cerca de 700-800 nós, com um típico carregamento submerso. Então, queimando 8 vezes o combustível, você obtém um aumento de velocidade de 50%.

Ao usar o pós-combustor, o combustível é injetado na jusante da turbina. A velocidade de saída fica mais alta - > Mais empuxo.

Comparação do empuxo gerado em um Hornet F / A-18C:

• Impulso máximo sem afterburner 10,440 daN (cada 5'220 daN)
• Impulso máximo com afterburner 15,660 daN (cada 7'830 daN)

(O F / A-18C Hornet usa 2 turbofans da General Electric F404-GE-402)

Alguns aviões precisam do pós-combustor para atingir a velocidade supersônica porque o uso "normal" da turbina a jato não gera empuxo suficiente. Usando a turbina no modo "normal" (sem pós-combustor) também é chamado de "poder militar" ou "seco". Usando a turbina com afterburner também é chamado de "potência total" ou "molhado".

De este artigo da wikipedia:

Due to their high fuel consumption, afterburners are usually used as little as possible; a notable exception is the Pratt & Whitney J58 engine used in the SR-71 Blackbird. Afterburners are generally used only when it is important to have as much thrust as possible. This includes during takeoffs from short runways, assisting catapult launches from aircraft carriers and during air combat situations.

É verdade que um caça raramente acelera o pós-combustor porque usa quantidades extremas de combustível. Às vezes até o fator 10 para o uso normal de combustível. É por isso que eles não o usam o tempo todo: a faixa de operação do jato de combate é drasticamente reduzida usando o pós-combustor.

O piloto pode usar o pós-combustor em diferentes estágios para encontrar a relação perfeita de uso de combustível / velocidade / alcance.

Source (em inglês): link

É possível projetar uma aeronave que possa navegar em velocidades supersônicas sem usar pós-combustão (por exemplo, Concorde, a aeronave britânica de ataque / reconhecimento TSR-2 e a Tu-144). A força de arrasto aerodinâmica é maior em velocidades transônicas do que quando supersônico, e o uso de pós-combustores para acelerar a faixa de velocidade transônica pode reduzir a queima total de combustível. Esse foi definitivamente o caso do Concorde. Os pós-combustores também foram usados para encurtar o rolo de decolagem no Concorde.

A maioria dos caças a jato não é projetada para "cruzeiros supersônicos eficientes em linha reta a uma velocidade constante", portanto o vôo supersônico sem pós-combustão não é a principal consideração do projeto.

A resposta é que depende da sua altitude. Muito.
Por exemplo, vou pegar um F16 já que perguntei isso para alguém que se identificou como ex-chefe de equipe da F16 online. Um F16 voando a pleno estocagem militar no nível do mar consome quase tanto combustível quanto cheio após o queimador no FL400 (40000 pés). No teto de serviço F16 do FL500, após o queimador estará usando um pouco menos de combustível do que o empuxo militar no nível do mar. Assim, o caminho para o alto, cheio após o queimador, pode ser usado por até 30 minutos se a subida for feita de forma eficiente e o tanque grande de queda da linha central for usado. É assim que o F16 pode realmente chegar a Mach 2. Vai demorar um pouco no after burner para acelerar tanto.
Isso também significa que o queimador após o queimador não produzirá muito impulso extra, mas como o ar é tão fino, terá um efeito substancial na velocidade do ar real obtida.