DIFUSOR SUPERSÓNICO (I)

El paso de una corriente subsónica a una supersónica, como el que tiene lugar en una tobera, se realiza suavemente, variando las propiedades del fluido de una manera continua. El paso de una corriente supersónica o subsónica, como el que tiene lugar en un difusor, es siempre brusco. Si por la forma del conducto la corriente no cambia sensiblemente de dirección, tubo cilíndrico, se produce un choque normal; la corriente supersónica se va decelerando, produciéndose un
choque en el paso brusco del número, M > 1 a M < 1, actuando el cilindro como difusor.
En un difusor supersónico-subsónico, formado por un conducto convergente-divergente, si la presión final es superior a la presión crítica se produce una onda de choque en la garganta; a través de la onda hay una discontinuidad en la presión y en la velocidad, pero no en la temperatura de estancamiento, que permanece constante antes y después de la onda. La onda de choque va acompañada de grandes pérdidas de presión, por lo que el proyecto de un difusor supersónico exige el conocimiento de estas pérdidas para reducirlas a un mínimo.
El choque normal se puede dar a la entrada o en el interior de un difusor en vuelo supersónico y puede ocurrir también en compresores de gran velocidad.
Existe formulación que permite calcular la velocidad después del choque normal cj en función de la velocidad antes del choque ci como el producto de la velocidad antes y después del choque igual al cuadrado de la velocidad del sonido, es decir:
ci cj = cs 2
apareciendo una discontinuidad en las propiedades del fluido, por lo que existirá una relación entre las presiones, temperaturas y densidades antes y después del choque.
Aunque teóricamente el choque normal se podría dar en un conducto de sección constante, en la práctica, y a causa de los efectos de la capa límite, que no se han tenido en cuenta, el choque oscila axialmente en el conducto. Para que el choque sea estable es necesario que exista una discontinuidad o cambio de sección en el conducto. El difusor supersónico se tiene que diseñar teniendo en cuenta el aumento considerable de las pérdidas y disminución del rendimiento, que se origina al producirse las ondas de choque. Si el difusor se diseña sin tener ésto en cuenta, es decir, si se diseña como difusor subsónico, pero se utiliza como difusor supersónico, a la entrada se origina una onda de choque.
En la Fig VI.15a se representa un difusor de entrada subsónico en la admisión de aire del compresor de un turborreactor con las curvas de variación de, p, ptot, T, Ttot y c, desde la admisión hasta la entrada de la primera corona móvil; y en la Fig VI.15b, se representa esto mismo para una corriente supersónica. Si el número M es pequeño, de 1 a 1,5 aproximadamente, las pérdidas por choque son pequeñas, y todavía se pueden utilizar difusores subsónicos. A mayores velocidades de vuelo estas pérdidas aumentan rápidamente con perjuicio de la economía del motor.