vineri, 12 ianuarie 2018

Motoarele avioanelor din WWII (II)


 Evolutiile avioanelor in luptele aeriene pe parcursul WWII, au generat permanent noi cerinte de imbunatire a performantelor motoarelor .


 Primele versiuni ale motorului Rolls Royce Merlin, aveau un carburator cu flotor  model SU, care si-a aratat deficientele constructive in luptele aeriene din Franta si apoi in batalia Angliei.
La manevre cu acceleratie negativa, benzina era transferata in amontele carburatorului, in loc sa ajunga la motor, iar la sarcini prelungite, flotorul se bloca pe deschis, inundand camera plutitorului.
Motorul se ineca  sau chiar se oprea in astfel de conditii, ducand la dezavantaje evidente in lupta.
Germanii, care aveau motoare cu injectie , nu intampinau aceste probleme si foloseau frecvent evolutii cu g negativ, in timp ce englezii trebuiau sa execute jumatate de tonou in plus pentrru a evita acceleratiile negative.
 Problema nu a fost rezolvata de RR, ci de o tanara inginera, Beatrice 'Tilly' Shilling ,  printr-o solutie simpla : instalarea unui orificiu calibrat in carburator , denumit cu umor englezesc, orificiul domnisoarei Shilling.
 A fost introdus rapid pe toate avioanele si a rezolvat partial dezavantajele fata de cele germane, in special fata de Messeschmitt Bf 109E, echipat cu motorul Daimler Benz DB 601 .
 Americanii au capturat in 1942 un Mitsubishi A6M Zero si pe parcursul testelor in zbor, au gasit aceeasi deficienta a carburatorului, ca si la motorul de pe Spitfire. In consecinta, pilotii americani au fost instruiti sa speculeze aceasta deficienta in luptele aeriene.
 Solutia care a rezolvat aceasta problema , a fost folosirea carburatoarelor cu injectie , dezvoltate de RR si Bendix Stromberg in SUA incepand cu 1943.
  
Schema principiu carburator cu injectie


  Injectia directa a fost dezvoltata de Bosch pe motoarele Junkers Jumo 210, DB 601 si BMW 801
Tehnologia a fost transferata si japonezilor, fiind utilizata pe unele variante ale Mitsubishi Kinsei si    Kasei .

  Necesitatea unei puteri mai mari in conditiile de dogfight, a condus la dezvoltarea mai multor solutii tehnice specifice.
  Cum americanii sunt specialisti in acronime, au folosit termenul  WEP -War Emergency Power pentru regimul de functionare la puteri de peste 100% din cea normala, in situatii de urgenta, de obicei pe o perioada limitat de timp. Nemtii foloseau termenul Notleistung.
  De obicei, puterea maxima normala era limitata de pozitia manetei de gaze, printr-o sarma de sigurantare . La o actionare mai in forta, sarma se rupea si motorul intra in regimul WEP.
  Cresterea de putere putea fi realizata prin marirea presiunii compresorului - motorul Merlin in 1940, realiza prin aceasta metoda o putere de 1310 CP, cu 250 CP peste valoarea normala. Timpul de functionare era limitat la 5 minute.
  Pentru a evita detonatia amestecului in cilindru la marirea gradului de compresie, s-a folosit injectia de apa, apa in amestec cu metanol.
  Performante foarte bune s-au realizat pe Mustang P 51H,  a carui putere WEP era de 2218 CP, cu 62% mai mare decat cea normala . In cazul F4U Corsair, cresterea a fost de 410 CP (17%).

MW-50 a fost sistemul de injectie apa metanol folsit de nemti. Imi place denumirea cu spritzung..

Methanol-Wassereinspritzung

Un amestec de 50/50 apa metanol este injectat in compresor pentru a limita detonatia si a raci compresorul si motorul. Apa produce prin evaporare un efect de micsorare a presiunii maxime in cilindru si evitarea detonatiei. In realitate proportia de apa este doar 49.5% , restul de 0.5% fiind un ulei anticoroziv. Aceste efecte permit cresterea gradului de comprimare a compresorului, ducand la cresteri de pana la 500 CP. Sistemul era eficace pana la inaltimi de 6000 m, dupa care cresterea puterii era de doar 4%. Timpul de utilizare era de maxim 10 minute.

GM-1 (Goring Mischung 1) a fost un sistem de injectie protoxid de azot folosit de Luftwaffe.
Efectul este de crestere a cantitatii de oxigen din amestecul de combustibil , imbunatatind performantele motoarelor la altitudini mari. Dezvoltat in 1940, a fost folosit initial pe Me 109 E/Z.
Protoxidul de azot a fost initial stocat in butelii la presiune,mai tarziu fiind folosit lichefiat.
Era injectat la intrarea in compresor, simultan cu cresterea debitului de combustibil.

Injectia protoxid de azot (nitrous sau NOS)



Desi initial era destinat pentru toate avioanele Luftwaffe, a fost folosit mai mult pe intercetptoarele de mare altitudini.
Motorul JUMO 213, un V 12 inversat, montat pe Focke Wulf 152 TA (produse cca. 50 din ian. 1945)
folosea ambele sisteme MW 50 si GM 1.
Viteza maxima 755 km/h la altitudine maxima 13 000 m , folosind GM-1 si 560 km/h la nivelul marii cu MW 50.

FW 152 TA


Au existat si numeroase probleme legate de supapele de admisie si evacuare ale cilindrilor motoarelor cu piston. Pentru motoarele radiale este foarte dificila folosirea de patru supape pe cilindru, limitand astfel gradul de umplere cu amestec carburant si evacuarea eficienta.
In plus, supapele de evacuare sunt foarte solicitate termic.
Una din solutiile folosite, a fost supapa de evacuare umpluta cu sodiu, vare asigura o racire mai buna.

Supapa de evacuare cu sodiu 



Englezii au dezvoltat o solutie originala, motorul cu admisie si evacuare prin camasi mobile.
Prin miscarea camasii mobile, sunt eliminate toate supapele si sistemele de actionare a lor.



  Motoarele care au folosit acest sistem :

Bristol Hercules  - radial cu 14 cilindri pe doua randuri, 38.7 l, 1356 CP, compresor mecanic.
Au fost fabricate 57 000 motoare.
Bristol Hercules


Halifax B III



 Bristol Centaurus  - motor derivat din Hercules cu 18 cilindri , putere de pana la 2600 CP, cilindree 53.6 l.
Au fost construite 2500 bucati.

Bristol Centaurus

Halifax B III


Napier Sabre - motor H 24 (adica 24 cilindri montati sub forma de H) , racit cu aer, putere de pana la 3500 CP. 37 l



                                     
A fost unul din cele mai puternice motoare cu piston.
A propulsat celebrele Hawker Typhoon si Hawker Tempest .




Am lasat la urma cel mai puternic motor radial cu piston produs in serie mare :

   Pratt&Whitney R 4360


Conform codificarii  P&W, 4360 este cilindreea exprimata in inch cubi, deci 71 480 cm3.
Numarul de cilindri este de 28, asezati in stea pe patru randuri.
Puterea este de  3500 CP . A echipat B 50 SuperfortressC 97 Stratofighter si celebrul H 4 Hercules.


Hughes H 4 Hercules Spruce Goose 
in actualul display


Spruce goose,  a fost cel mai mare hidroavion construit si totodata avionul cu cea mai mare anvergura - 97.74 m, fiind propulsat de 8 motoare P&W R 4360 .
Desi a facut un singur zbor de 21 secunde la o inaltime de maxim 21 m, ramane o ciudata realizare , un proiect ce a fost stopat la terminarea razboiului .
Celebrul Howard Hughes, s-a aflat la mansa acestui urias avion, ce trebuia sa transporte 750 soldati complet echipati , construit din lemn de mesteacan sub forma de compozit realizat cu procedeul Duramold.

Hughes H 4 Spruce Goose 

                                            


Si un final de Hollywood



Dupa WWII , suprematia motoarelor cu piston a luat sfarsit , fiind inlocuite de cele cu reactie sau turbopropulsoare.
O mare parte din tehnologiile dezvoltate atunci, au fost preluate cu succes in industria auto.

sâmbătă, 9 decembrie 2017

Rachetele lui KIM

  Dupa aproape doua luni de pauza,  nord coreenii au lansat pe 29 noiembrie o noua racheta cu raza lunga de actiune.
  Cum se obisnuieste, dupa fiecare reusita a lui Kim, poporul nord coreean a fost informat prin discursul doamnei Ri Chun - hee (74 ani), favorita a dictatorului. Prezentatoare la televiziunea nationala a noutatilor in domeniul miltar, apare imbracata totdeauna in roz pentru a transmite minunatele vesti .
  Stilul de prezentare este inconfundabil . Imi aminteste de un prieten care avea o pasiune ciudata : viziona la cinematograf toate filmele nord coreene, considerandu-le niste comedii foarte reusite, care il amuzau copios. In plus, ii placea sa le povesteasca cu mult umor, incat si eu am "vizionat " cateva filme in acest mod. Oricum povestile erau cu marele lider de atunci, conducatorul mult iubit ...




  Din nefericire, ce prezinta doamna Ri acum cu mult dramatism si patos , este legat numai de inarmare nucleara si diverse tipuri de rachete. Nu mai e nimic de gluma.

       

A fost cea de 16-a lansare de rachete efectuate de Coreea de Nord  anul acesta
Bucuria poporului coreean a fost imensa , fiind sarbatorita cu focuri de artificii si un spectacol  pe masura, in stilul specific, pe care il invatasem si noi fortat prin anii '80. 


Racheta Hwasong - 15 a fost lansata in timpul noptii  de pe o platforma mobila. Televiziunea nationala nord coreeana a prezentat multe imagini, bineinteles cu Kim in rolul principal.





  Traiectoria a fost mult loftata, atingand 4500 km altitudine, iar zborul a durat 54 minute.   Distanta de zbor a fost de 960 km, racheta prabusindu-se in apropierea Japoniei. Intr-o lansare pe traiectorie balistica, racheta ar fi parcurs 13 000 km , adica ar putea atinge orice tinta de pe teritoriul SUA.


                  Progresul fata de lansarile anterioare este evident ca si traiectorie in primul rand.
 

                   Lansarea se face de pe un transportor produs de coreeni , care nu arata rau de loc.(probabil  chinezesti , cu motoare Cummins americane fabricate sub licenta si transmisie gemana ZF- vandute in 2011 pentru transport busteni)

                           

Volumul conului din varful rachetei a fost marit si rotunjit


                                   

      Bineinteles ca nu se cunoaste sarcina utila, reintrarea in atmosfera nu a fost inca testata si lipsesc inca multe alte detalii tehnice, dar analistii isi dau cu parerea.
   Exista fel si fel de comentarii ale specialistilor despre performante, stadiu de dezvoltare, limite, proiectii ale evolutiei programului, etc.. 
 Unul din comentarii Michael Elleman - IISS) :
Hwasong -15 este o racheta cu doua trepte, propulsata cu combustibil lichid. Din fotografii, se vede ca prima treapta foloseste doua motoare , de acelasi tip cu cel folosit pe Hwasong -14.
Configuratia cu doua camere de combustie este asemanatoare cu RD-251, motorul produs in URSS. Se presupune ca poate dezvolta o  tractiune de 80 tf, la o masa estimata de 40 -50 t.
Nu se stie configuratia treptei a IIa, dar dupa dimensiuni , poate avea cu 50% mai mult combustibil decat Hwasong -14.
Pe baza acestor estimari, Hwasong 15 ar putea transporta o sarcina utila de 1000 kg in orice punct de pe teritoriul SUA.
Este aproape o certitudine ca nord coreenii au dezvoltat o arma nucleara de 700 kg, sau chiar mai usoara.
Racheta foloseste un sistem de comenzi de zbor mult mai simplu si mai eficient decat modelele anterioare ; cele derivate din Scoud foloseau sisteme de deviere a jetului, Hwasong 12 si 14 utilizau 4 motoare mai mici pentru directionare, iar Hwasong 15 are cele doua motoare pivotante , fiecare fiind orientat separat.
Este posibil ca racheta sa aiba pe langa sarcina utila si sistem de contramasuri , gen tinte false. 
Oricum,  este evident ca nord coreeni fac niste pasi mult mai rapizi decat se astepta, iar tehnologia se dovedeste a fi fiabila. Mai sunt necesare cateva teste cu reintrare in atmosfera si rachetele balistice sunt cam gata de a deveni operationale. Se estimeaza ca ar fi nevoie de 6 luni si 2-3 teste.


 Masurile de aparare americane

Trump a cerut o suplimentare de buget cu 821 mil $ pentru rachetele antibalistice GBI , componente a sistemului defensiv Ground Based Midcourse Defense (GMD). Pana la sfarsitul anului, un numar de 44 vor fi operationale in bazele din Alaska si California. 
Alte 465 mil $ au fost alocate dezvoltarii si testarii RKV - Redesigned Kill Vehicle  folosit la interceptarea ICBM.
Catre AEGIS se aloca 1.6 mld $ pentru suplimentarea de Standard Missile-3 Block IB .
O suma de 1.4 mld $ este destinata dezvoltarii sistemului de sateliti de observatie in infrarosu pentru detectie lansari rachete SBRIS. si inca 1.6 mld $ pentru rachetele necesare lansarii noilor sateliti.
Pentru un eventual razboi cu nord coreenii, americanii pregatesc si Long-Range Stand-Off missile,  LRSO - AGM-86 ALCM , o racheta de croaziera subsonica cu incarcatura nucleara, ce poate fi lansata din B 52 si B1. Se estimeaza ca poate deveni operationala in 2022, iar acum au fost alocate 450 mil $.

Oricati bani ai investi , orice sistem de aparare are limitarile sale, mai ales in cazul ICBM. 
Am avut o lunga perioada de pace , tocmai datorita lipsei unei masuri eficiente contra ICBM, distrugerea reciproca ( Mutual Assured Destruction  MAD) , fiind asigurata.

O incarcatura nucleara este de obicei de marimea unei persoane medii, sau chiar mai mica.
Probabil cam de dimensiunea aceasta a fost si bomba cu hidrogen recent testata de nord coreeni.
Este astfel posibil, folosind Hwasong -15, sa fie lansate mai multe incarcaturi. Tehnologia nu este noua, fiind folosita din anii '60, cand de exemplu o racheta Polaris lansata de pe submarin, purta catre tinta 3 lovituri W 58 de cate 200 kt,  fiecare avand avand diametru de 40 cm, lungime 1 m si masa de 117 kg.
La dimensiunile actuale ale conului , Hwasong 15 probabil poate purta 3 lovituri , chiar mai voluminoase si poate nu asa performante .
Este estimat ca pentru fiecare vehicul desprins din ICBM, sistemul antibalistic trebuie sa lanseze 4-5 rachete.  Aceasta valoare este data de rata de 50 % reusita din cele 18 teste de interceptare efctuate pana in prezent. Matematic, cu o racheta sansa este de 50%, cu doua 75% iar cu cinci ajunge la 96,75%.  Multi specialisti sustin ca testele nu au simulat exact conditiile unor interceptari reale.
Pentru a fi saturat sistemul american care detine 44 rachete , nord coreenii au nevoie de 11 Hwasong -15 cu cate o lovitura sau patru rachete cu cate trei lovituri ( unele chiar false). 
Pentru a dubla numarul de interceptori din GMD, sistem care a costat deja 40 mld $, suma este considerabila, iar probabil nord coreenii isi pot creste mult mai usor numarul de Hwasong 15, utlizand mai ales  si sisteme sofisticate de contramasuri.
Este o cursa absurda a inarmarilor.
Nord coreenii nu au fost opriti la timp in dezvoltarea tehnologiei nucleare si a ICBM, iar acum trebuie gasite solutii politice pentru evitarea unui conflict armat care poate deveni foarte periculos pentru toata lumea.