La ineficiencia (necesaria) del postquemador

Un postquemador es un sistema de combustión secundario que quema combustible adicional, aguas abajo de la cámara de combustión, para aumentar aún más el empuje a expensas de un consumo de combustible mucho mayor. Este es el turboventilador con postcombustión Pratt & Whitney F100, cuyas variantes impulsan la flota de F-15 y F-16 de cuarta generación de la USAF:

La parte trasera que se extiende más allá de la turbina (descontando la salida de gases), es el quemador posterior. En esta área, el combustible se rocía directamente en la corriente de gases de escape desde el núcleo de la turbina, donde el calor del aire que sale del núcleo es suficiente para encenderlo. Esta presión adicional se suma al empuje producido por la turbina.

Mucho consumo y poca eficiencia ...pero necesario

Un parámetro muy importante al diseñar motores a reacción es la potencia específica: la cantidad de potencia de salida dividida por la masa del motor. En general, se debe tener en cuenta, que al diseñar cualquier cosa que se mueva hay que maximizar la potencia de salida por unidad de masa. 

Esto lleva sin duda a un diseño más eficiente. La postcombustión es una excepción a esta regla. Sí, la postcombustión proporciona más empuje y, por lo tanto, proporciona más performance por cada gramo de motor a reacción, pero es terriblemente ineficiente en combustible. La postcombustión, a veces también, es un medio de aumentar el empuje de un motor a reacción para mejorar el rendimiento de despegue y ascenso de los aviones, acelerar más allá de la barrera del sonido o en un entorno militar para mejorar el rendimiento de combate. 

Por supuesto, podríamos simplemente aumentar el empuje construyendo un motor más grande y potente, pero esto naturalmente conduce a un área frontal mayor y, por lo tanto, aumenta la resistencia. Aunque la postcombustión es increíblemente ineficiente en términos de combustible, es la mejor solución para permitir grandes cantidades de empuje adicional con solo presionar un botón. Esto significa que un motor puede funcionar en dos modos: una configuración de bajo consumo de combustible y una configuración de alto empuje con mayor consumo de combustible.

Los postquemadores producen un incremento significativo del empuje, así como unas largas llamaradas en la parte trasera del motor. Los postquemadores se emplean casi exclusivamente en aeronaves militares. Las únicas aeronaves para transporte de civiles que emplearon el postquemador fueron el Concorde y el trasporte supersónico Tupolev Tu-144, que empleaban postquemadores para en el despegue y para minimizar el tiempo en régimen transónico.

El caso del F-16

El F-16 es un caza de combate extraordinario. Parte de su rendimiento se debe al magnífico motor que monta con su gran postcombustor. La parte negativa del uso del postcombustor es un mayor consumo de combustible, a veces exagerado. El F-16 a plena potencia militar (sin postcombustión) y a baja altitud quema alrededor de 3600 kg de combustible por hora, lo que con el depósito lleno al completo le da aproximadamente 2 horas de tiempo de vuelo. Al volar a gran altitud, ese tiempo de vuelo puede extenderse aún más, ya que tanto la altitud como la configuración más baja de potencia (alrededor del 80%) reducen el flujo de combustible hasta en un 40% en comparación con el vuelo a baja altitud.

En postcombustión completa a bajas altitudes, el F-16 puede quemar más de 30000 kg (¡30 toneladas!) por hora. A toda velocidad, una variante del F-16 de la USAF, con el máximo almacenamiento externo de combustible tiene aproximadamente solo 20 minutos de vuelo hasta que alcance las reservas de emergencia (que solo duraría un minuto más o menos con el quemador). La ganancia de velocidad es mínima; el F-16 normalmente vuela entre 450-550 nudos, mientras que el postquemador completo solo aumenta esa velocidad a aproximadamente 700-800 nudos con una carga típica. En este ejemplo queda claro que al quemar 8 veces el combustible, se obtiene un aumento de velocidad del 50%.