sâmbătă, 17 februarie 2018

Motorul pulsoreactor

 Pulsoreactorul este un tip de motor cu reactie in care arderea are loc in mod ciclic.
Desi a fost patentat prima data in 1864 de inventatorul rus  N. Teleshov, a  fost dezvoltat la inceputul  anilor '30 , in mod independent in Franta si Germania .
Pulsoreactoarele sunt motoare foarte simple constructiv, costul de fabricatie fiind relativ redus.
Raportul tractiune/ masa este excelent, insa consumul specific de combustibil este foarte ridicat.
Functioneaza pe baza ciclului Lenoir si difera fata de motoarele cu piston tip Otto sau turbomotoarele bazate pe ciclul Bryton, compresia amestecului carburant fiind generata prin fenomenul de rezonanta acustica. 
Arderea este realizata in secvente scurte, diferind astfel fata de turboreactoare, motoarele racheta sau statoreactoare, la care arderea este continua. 
In interior are loc o alternanta intre presiune joasa la admisie si presiune inalta in timpul arderii, 
Valoarea maxima a compresiei este de 1.2 : 1, ceea ce conduce la un randament scazut .
Din punct de vedere constructiv sunt motoare pulsoreactoare cu supape, ce realizeaza la deschidere admisia  si se inchid la detenta, sau motoare fara supape, neavand piese in miscare.
Acestea din urma sunt cele mai simple motoare aeroreactoare ce pot sa functioneze static, deci cu viteza zero de inaintare.
Caracteristic motoarelor pulsoreactoare este zgomotul specific, datorat rezonantei in tubul de ardere si frecventei de completare a ciclului.


Pulsoreactorul cu supape

File:Pulsoreactor.gif


 La acest tip de motor, supapele, cand sunt inchise, controleaza curgerea gazelor arse, fortandu-le sa curga spre tubul ejector. In momentul cand se deschid, are loc admisia de aer proaspat in camera de ardere. 
Supapele sunt de tip sens unic, fiind confectionate din lamele elastice  si sunt actionate de diferenta de presiune intre priza de admisie si camera de ardere.


Pulsoreactorul fara supape

Pulsoreactoarele fara supape nu au nici o piesa in miscare, folosind doar propria geometrie pentru a controla ciclul de functionare . Desi o parte din gazele de ardere sunt eliminate si prin priza de admisie, majoritatea curg prin tubul ejector, generand forta de tractiune.
Principiul de functionare foloseste efectul Kadenacy  , care apare la iesirea gazelor arse dintr-o camera de ardere . In momentul evacuarii are loc o scadere a presiunii, care favorizeaza admisia aerului proaspat.

Efectul Kadenacy la un "borcan" cu reactie

Motorul Argus AS 014

 Cel mai cunoscut pulsoreactor a fost  patentat in 1931 de germanul Paul Schmidt.
Incepand cu 1933, a inceput dezvoltarea motorului pentru a echipa o "bomba zburatoare".
Desi a fost prezentat in 1938, proiectul nu a fost aprobat.  
In acelasi an, compania Argus a inceput dezvoltarea bombei zburatoare cu motorul AS 014, devenind apoi cunoscuta sub numele de V 1 - Vergeltungswaffe 1.
Motorul a fost produs sub licenta in Japonia in WWII sub numele de Ka10.
Dupa razboi, americanii l-au copiat si a fost produs sub denumirea Ford PJ31, echipand rachetele de croaziera Republic Ford JB 2  .

Sectiune motor

Functionarea supapelor tip grila



Test pe banc 


Motorul este un exemplu de constructie simpla, fabricata cu costuri minime, realizat dintr-o tabla de otel moale, roluita in forma de tub. In partea din fata se afla supapele cu arc, montate in forma de grila, un injector de combustibil si o bujie de  automobil. 
Putea functiona cu orice fel de combustibil derivat din petrol. 
Resursa totala de functionare era de circa o ora. 
Motorul functiona si la punct fix,  neavand nevoie de o viteza initiala pentru  pornire.
Startul era realizat cu acetilena sub presiune, dupa care motorul intra in regim normal de functionare cu aproximativ 45-55 cicli/ minut, generand sunetul specific.
Englezii au poreclit din acest motiv V1, "buzz bomb".
Bujia era necesara doar la pornire, ulterior nefiind necesare surse de elctricitate.
Tractiunea realizata era de circa 270 kgf.
In total au fost produse circa 31 000 motoare de acest tip.
A fost testat pe diverse tipuri de avioane.

Testare in 1941 pe avionul Gotha Go 145





In timpul WWII, motorul a fost folosit in principal pentru echiparea V1.
  
Manufacturer
Unit cost
5,090 RM[1]
Specifications
Weight
2,150 kg (4,740 lb)
Length
8.32 m (27.3 ft)
Width
5.37 m (17.6 ft)
Height
1.42 m (4 ft 8 in)

Warhead
Warhead weight
850 kg (1,870 lb)

Engine
Operational range
               250 km (160 mi)[2]
Speed
640 km/h (400 mph) flying between 600 to 900 m (2,000 to 3,000 ft)
Guidance
system

In total au fost lansate 9521 catre Anglia si 2448 catre tinte din Belgia, in special portul Antwerp.

V1 - prezentare generala


V1 - motor


V1 - sistem ghidare (pilot automat)



Sunetul original al motorului




 Motorul AS 014 a fost utilizat si pentru echiparea Me 328 . In total au fost construite 9 prototipuri , fiind lansate de pe bombardiere .( avioane parazit)

Me 328



La fel ca si Me 328, Fi 103 a fost gandit ca avion pentru misiuni sinucigase. Este de fapt un V 1 , modificat pentru a fi pilotat. (japonezii au folosit Ohka).
Misiunile trebuiau efectuate de Luftwaffe Kampfgeschwader 200 - denumita Leonida squadron , teoretic pilotul avand si varianta parasutarii inainte de atingerea tintei.
In lupta nu au fost niciodata folosite aceste avioane.


Fieseler Fi 103 Reichenberg



Me 328 si Fi 103 au fost testate in zbor de celebra Hanna Reitsch , cea mai cunoscuta aviatoare din Germania in anii WWII.  
Mai jos este o secventa din filmul Operatiunea Crossbow, reconstituind zborul de incercare al Fi 103.






Motoarele pulsoreactoare au fost testate si pentru propulsarea elicopterelor, fiind montate la varful paleleor - XH - 26 JET JEEP



Dupa testarea a 5 prototipuri, s-a renuntat datorita zgomotului produs si a dificultatilor elicopterului de a intra in regim de autorotatie.

Motorul pulsoreactor cu detonatie PDE (puls detonation engine)

In motoarele aerorectaore, arderea are loc in mod continuu la viteze subsonice.
PDE  este un nou tip de motor, in care arderea are loc ciclic la viteze supersonice.
Teoretic poate functiona la viteze de pana la M 5, cu eficienta mai buna decat turboreactoarele.
Are avantajul de a functiona in orice regim de zbor, intre subsonic si hipersonic.
S-au facut pana in prezent cateva teste.



Rutan LONG EZ  



Primul zbor a fost facut de Air Force Research Laboratory cu un avion compozit Rutan Long EZ, modificat si dotat cu motor PDE, format din 4 tuburi producand 89 kgf.
In prezent sunt continuate cercetari de NASA  in domeniul civil si in paralel de GE si P&W pentru utilizarea pe avioane de recunoastere cu raza lunga. 
Exista multe speculatii referitoare la diverse proiecte secrete, dar sa asteptam rezulatele practice. 
In mod sigur exista o competitie acerba pentru realizarea unei generatii de motoare PDE foarte performante, care ar permite realizarea zborurilor hipersonice intr-un mod eficient.






marți, 30 ianuarie 2018

MOTOREACTORUL

  In cazul motoarelor cu reactie sunt multi termeni care desi par asemanatori, reprezinta fiecare un alt sistem constructiv. Sunt nenumarate confuzii, traduceri gresite, pe care din nereficire si celebra wikipedia le perpetueaza .

Sa facem o mica recapitulare :

- motorul cu reactie  - este un motor care produce tractiune prin expulzarea  unui  mase  de fluid,  in conformitate cu legea a treia a dinamicii (principiul actiunii si reactiunii - de aici si denumirea "cu reactie") .

 Principalele tipuri de motoare cu reactie in aviatie sunt : motoreactoare,  turboreactoare, pulsoreactoare, statoreactoare.  (Turbopropulsorul si turbomotorul , nu genereaza  ca efect principal forta de tractiune prin reactie, ele actionand o elice.)

Acestea sunt motoare care folosesc oxigenul din aer pentru arderea combustibilului si sunt  numite aeroreactoare.

- motoreactorul  - este primul model de motor cu reactie, in care compresorul este antrenat de un motor cu piston si nu de turbina, arderea avand loc prin injectie de combustibil intr-o camera de ardere ( asemanator postcombustiei turboreactoarelor)
- turboreactorul - este un motor cu reactie format dintr-un compresor , o camera de ardere , o turbina care antreneaza compresorul si un ajutaj de reactie. Functioneaza conform ciclului Bryton.
Termenul de "turbo" , semnifica  o turbina care antreneaza compresorul  . Mai apar si termeni ca turboventilator, care reprezinta o subcategorie de turboreactor.
- pulsoreactorul, statoreactorul - motoare cu reactie simple, fara turbina sau compresor

Motoare cu reactie sunt si motoarele racheta, care folosesc oxidant aflat in propriile rezervoare in locul oxigenului din aer.

Principala confuzie este aceea de a folosi termenul de motor cu reactie numai pentru turboreactoare, Astfel, in mod uzual, cand spunem avion cu reactie, ne referim la avioane cu motoare turboreactoare.
Nu este o mare greseala, daca tinem cont ca aproape toate avioanele cu reactie militare sau civile folosesc de fapt numai turboreactoare. 
In trecut au fost si alte sisteme de propulsie cu reactie, cum este posibil in viitor sa se foloseasca si alt tip de motoare decat turboreactorul.

Nu as fi facut aceasta introducere aparent scolastica, daca aceste confuzii nu ar avea o mare importanta pentru istoria aeronauticii romane.

Primul avion propulsat de un motor cu reactie, a fost cel al lui Coanda in 1910.
In general istoricii au discutat mai mult de faptul daca avionul a zburat sau nu.  
O alta polemica este legata si de faptul daca motorul folosit de Coanda este sau nu un motor cu reactie.

Avionul era propulsat de un motor cu reactie si anume un motoreactor foarte simplu.
Un motor cu piston Clerget de 50 CP, antrena printr-un multiplicator de turatie un compresor centrifugal, avand turatia de 4000 rot/min. Debitul acestuia putea fi reglat printr-un "iris" (obturator similar cu cel de la aparatele foto).




Fluxul de aer generat de compresor  era canalizat catre doua camere de ardere inelare laterale, in care se injecta combustibil generand prin ardere si ejectie, forta de tractiune. In plus si gazele de evacuare ale motorului cu piston erau amestecate cu fluxul de aer generat de compresor.
Forta de tractiune astfel generata era de 220 kgf.

Compresorul motorului Coanda


 Exista si critici care sustin faptul ca nu exista dovezi ale  montarii pe avion a camerelor de ardere si deci  acesta este un avion cu ventilator carenat (ducted fan). In acest caz, ar lipsi arderea combustibilului in fluxul de aer  aval de compresor, iar propulsia nu poate fi considerata ca fiind generata de un motor cu reactie.
Cred ca e mai bine sa lasam aceste dispute in sarcina istoricilor de specialitate.

Cum vorbeam de confuzii, probabil faptul ca motorul acesta era denumit de Coanda, "turbo propulseur", a generat multe idei gresite. Sa nu uitam ca era un pionerat, iar denumirile si clasificarile motoarelor cu reactie au aparut ulterior.

Motoreactorul  a fost dezvoltat mult mai tarziu, fara a avea mare succes.
Asa cum a spus Gustav Eiffel despre Coanda - " acest baiat trebuia sa se nasca cu 30 de ani mai tarziu"
In 1910  avea doar 24 de ani.
Motorul nu prezenta un interes economic imediat si a fost rapid uitat datorita dezvoltarii spectaculoase a propulsiei folosind motorul cu piston ce antrena o elice. 
Coanda a colaborat in realizarea motorului  cu Giovanni Caproni , in a carui ateliere din Taliedo, o suburbie din Milano, a fost produs si testat. Impreuna mai realizasera planoare si hidroavioane.
Cei doi fusesera colegi si buni prieteni la Institutul Montefiori din Liege. 

 Proiectul motoreactorului a fost reluat incepand cu 1931 de  Secondo Campini , care impreuna cu Giovanni Caproni, au construit avionul Caproni-Campini N1 , cunsocut si sub denumirea CC2 .

    CC2 



Propulusia este realizata de un sistem similar ce cel incercat de Coanda. Un motor cu piston antreneaza un compresor , iar fluxul de aer sub presiune este transvazat catre camera de ardere in care are loc combustia, iar gazele arse sunt ejctate generand forta de tractiune.
A zburat prima data in 27 august 1940. 
Intru-cat zborul lui Henkel 178 din 27 august 1939 , primul avion cu reactie functional, a fost tinut secret de nemti, CC 2  era considerat spre mandria italienilor , ca o premiera a zborului cu reactie .
Propaganda lui Mussolini a folosit din plin acest proiect .
Datorita debitului de aer redus, genera doar 700 kgf, avionul avand viteza maxima de 375 km/h.



Au fost realizate doua prototipuri , programul fiind intrerupt datorita razboiului.




Si nemtii au incercat acest sistem de propulsie.  Cele mai cunoscute sunt motoreacterele dezvoltate de Heinkel.


                                                                           tractiune                 cu postcombustie
    HeS 50d24 cilindri, Diesel678 kg950 kgf a 0 km/h       
    325 kgf a 800 km/h
    1800 kgf a 0 km/h
    2000 kgf a 800 km/h
    HeS 50z16 cilindri, doi timpi370 kg550 kgf a 0 km/h     
    400 kgf a 800 km/h
    850 kgf a 0 km/h
    700 kgf a 800 km/h
    HeS 6032 cilindri, doi timpi800 kg525 kgf a 0 km/h     
    425 kgf a 800 km/h
    1200 kgf a 0 km/h
    1100 kfg a 800 km/h


    Japonezii au dezvoltat motorul Ishikawajima Tsu-11, destinat avioanelor Ohka 22  , folosite pentru atacuri sinucigase . Erau lansate de pe bombardiere.

Japanese Ohka rocket plane.jpg



Tsu 11


Imagine similară


Motorul cu piston era de tip 4 cilindri inversat , racit cu aer  si antrena o singura treapta de compresor.

Rusii au incercat si ei sistemul, depasind cu mult ca performante modelul italian CC2.
A fost dezvoltat  MIG I-250 care a zburat prima data pe 3 martie 1945.
Daca ar fi  intrat in productie de serie, ar fi fost denumit MIG 13.
Motorul cu piston era un Klimov VK 107R  de tip V12 racit cu lichid si dezvoltand 1650 CP.


I 250 



Power-plant scheme


Mikoyan/Gurevich MiG-13 (I-250)


Avionul era propulsat atat de elice , cat si de sistemul VRDK (Vozdushno reakyivny dvigatyel kompressorny- motor aeroreactor cu compresor). Acesta functiona ca un booster, adaugand circa 300 kgf tractiune si crescand viteza cu 100 km/h.
S-au realizat 16 avioane si desi au avut succes, aparitia motorului turboreactor a condus la stoparea programului.

Un alt avion dotat cu motoreactor a fost si Sukhoi Su 5



Sukhoi Su-5 (I-107)

A avut o  constructie similara cu cea lui I 250, folosind acelasi motor cu piston
A fost realizat un singur prototip , care a atins 793 km/h , fiind testat in 1945 si apoi abandonat.

Americanii au avut in 1942 un program pentru constructia unui motoreactor , fara rezultate concrete, acesta fiind destinat unui avion numit NACA Jeep , care a ramas la nivel de schita.

O alta idee, a fost folosirea fortei de tractiune generate de gazele evacuate din uriasele turbocompresoare ale motoarelor  P&W 4360 montate pe bombardiere.



Pratt&Whitney 4360 -51VDT (Variable discharge turbine)



 S-au facut cateva modificari : a fost eliminat compresorul mecanic si a fost folosita injectia directa de benzina in locul carburatorului. Iesirea din turbina turbocompresorului a fost prevazuta cu un ajutaj pentru reactie.
Destinat initial  pentru YB 50C Superfortress, nu fost folosit ulterior pe alte modele, datorita aparitiei turboreactorului ce a echipat B 47 si B 52.
La  capacitatea  de 71 l a celor 28 cilindri, debitul de gaze arse era impresionant.
Forta de tractiune generata era echivalenta cu o crestere a puterii motorului de aproape 800 CP. (putere max. 4300 CP)

La unele avioane s-a folosit si forta reactiva de la gazele de evacuare, prin profilarea tubulaturii la iesirea din motor, sub forma unor mici ajutaje.

Mitsubishi 0  cu esapament modificat


Solutia a fost aplicata pe avioanele americane dotate cu Allison V 12 , respectiv P 40 si P 51.

Un alt fenomen interesant, a fost descoperit de inginerul englez  F.W. Meredith, efectul  purtandu-i numele . Avioanele care foloseau motoare racite cu lichid, aveau bineinteles nevoie de un radiator , care genera o forta apreciabila de rezistenta la inaintare. Efectul Meredith, consta in incalzirea aerului ce traverseaza celulele radiatorului si folosirea acestuia in generarea unei forte de tractiune suplimentare. Astfel, priza de admisie si sistemul de evacuare au fost proiectate pentru acest scop, formand un mic motor cu reactie.

Efectul Meredith folosit pe un P 51 Mustang

In final am lasat cele mai sofisticate motoreactoare, construite bineinteles de englezi
Napier Nomad a fost dezvoltat pentru o maxima eficienta, incercand sa concureze fara succes in fata motoarelor turboreactoare si turbopropulsoare.
Cred ca este unul din cele mai complexe motoare realizate vreodata.
In primul rand este un motor Diesel in 2 timpi supraalimentat, cu intercooler ( semanand cu jumatate dintr-un Sabre) ce antreneaza prima elice , un turbocompresor ce antreneaza a doua elice si un fel de afterburner , ce injecteaza combustibil dupa turbina. E un fel de 3 in 1.
Genera 3000 CP si 170 kgf tractiune.


NAPIER NOMAD 1


Napier Nomad 1 Diesel 2-Stroke Aero Engine Motor Schematic Diagram Operation Drawing
Napier Nomad 1 Diesel 2-Stroke Aero Engine Motor Schematic Diagram Operation Drawing

NAPIER NOMAD I




 Nomad 2 era ceva mai simplu, antrenand o singura elice . Motorul era mai simplu si mai usor.
Au fost testate cu succes, dar au ramas la nivel de prototipuri.

 Toate aceste motoare au fost considerate de multi ca primitive si in consecinta, in mod gresit, nu au fost incluse in categoria motoarelor cu reactie. Au combinat tehnologii diferite si in final au pierdut in fata turboreactoarelor.
 Motoreactoarele au avut o viata scurta . Cel al lui Coanda a aparut prea devreme, iar celelate prea tarziu. 

Acum poate intelegem mai bine de ce sunt atatea dispute legate de extraordinarul avion al lui Coanda si al sau motoreactor.