Exoreactor

Această intrare sau secțiune despre subiectele motoarelor aeronavei nu menționează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți . Puteți îmbunătăți această intrare adăugând citate din surse de încredere în conformitate cu liniile directoare privind utilizarea surselor . Urmați sfaturile de proiectare de referință .

Schema turbofanului cu un raport de diluție ridicat.

Termenul de exoreactor indică setul de motoare cu reacție care utilizează aerul înconjurător ca combustibil ^[1] , adesea folosit ca sistem de propulsie în avioane .

Este așa-numita deoarece, spre deosebire de alte motoare cu reacție, cum ar fi rachetele , are nevoie de aer sau de un fluid extern echivalent pentru a funcționa.

Operațiune

Principiul de funcționare al tuturor motoarelor cu reacție este în esență același: accelerează o masă (formată din aer și produse de ardere ) într-o direcție și prin al treilea principiu al dinamicii se produce o împingere în direcția opusă.

Aerul este aspirat de motor din față și intră (eventual) într-un compresor care îl aduce la presiunea dorită. Apoi intră în camera de ardere unde se amestecă cu combustibilul atomizat și, prin urmare, arderea are loc cu o creștere a temperaturii și a presiunii . Prin urmare, masa gazelor arse intră în general într-o turbină unde este extinsă (generând și energia necesară funcționării compresorului). În cele din urmă, la o presiune mai mare decât cea externă, aerul și produsele de ardere completează expansiunea în duze și sunt expulzați spre exterior, generând împingerea necesară.

Domeniul de aplicare al acestor motoare este extrem de vast, cu o difuzie deosebită în domeniul propulsiei aeronautice , în diferite domenii de propulsie navală și în generarea de energie în centralele electrice . În special, atunci când este aplicat pe avioane, motorul cu reacție este mai eficient pentru viteze mari și altitudini de zbor; pentru avioane mai lente sau pentru distanțe mai mici, devin mai convenabile motoarele de design „mixte” ( turbopropulsoare sau turbopropulsoare ) în care turbina acționează și o elice care acționează ca un organ de propulsie. Chiar și avioanele mai mici folosesc motoare tipice cu piston cu elice.

Este important de reținut că motorul cu reacție reunește sistemul motor care transformă energia chimică a combustibilului într-o formă utilă pentru propulsie și sistemul de propulsie constând din jetul care iese din duza de evacuare. Aceste elemente sunt separate în sisteme cu piston alternativ sau cu turbopropulsie. De fapt, în ambele cazuri elicea este constituită dintr-o elice: în primul caz este deplasată direct sau printr-o cutie de viteze de către arborele cotit și în al doilea de o cutie de viteze care reduce rotațiile unui arbore de turbină. Elicele au o eficiență propulsivă mai bună decât motoarele cu reacție, deoarece accelerează mase mari de aer la turații relativ mici, dar eficiența lor scade rapid atunci când capetele lamei devin sonice sau supersonice (viteza lamei este dată de suma vectorială dintre viteza aeronavei și viteza tangențială a lamei; prin urmare, pe măsură ce viteza aeronavei crește, posibilitățile de utilizare a elicei sunt reduse). Pentru a crește eficiența motoarelor cu reacție (numite și turboreactoare sau turboreactoare) au fost proiectate turboventilatoare .

Istorie

De la începutul istoriei avionului, motorul cu piston alternativ, în diferitele sale forme ( motor stea , motor în linie , în formă de V ) a fost singurul tip de motor disponibil pentru proiectantul aeronautic. Acest lucru a fost de înțeles atâta timp cât performanța scăzută poate fi considerată acceptabilă, dacă nu inevitabilă. Cu toate acestea, la sfârșitul anilor 1930, a început să se înțeleagă că, din punct de vedere conceptual, motorul alternativ în sine a pus limitări asupra performanței pe care a fost posibil să o atingă. Această limită a fost legată în esență de eficiența elicei (elice), care a atins valorile de vârf odată cu apropierea vitezei radiale a palelor la valorile supersonice. Evident, pentru a depăși această barieră tehnologică, a fost necesară o schimbare radicală a motorului cu piston sau introducerea unei tehnologii complet noi. Motorul cu reacție din acel moment reprezenta tocmai acea „nouă tehnologie” care permitea ingineriei aeronautice să facă un salt înainte poate comparabil cu cel al fraților Wright .

Primele încercări de a echipa un avion cu un motor cu reacție s-au bazat în esență pe conceptele de motor „hibrid”, în care o sursă mecanică externă (de obicei un motor alternativ) a deplasat compresorul și, în aval de această compresie, a avut loc amestecarea . combustibil, combustie și apoi expansiune în duză. Un prototip „zburător” cu acest concept a fost avionul italian Campini-Caproni CC2 proiectat de inginerul Secondo Campini la sfârșitul anilor 1930 și care a efectuat primul său zbor la 27 august 1940 . Acest tip de motor (conceput deja de Henri Coandă în 1910 ) se numește în general, conform nomenclaturii alese de însuși Campini, termojet sau, mai corect, motor-jet . Cu toate acestea, după primele aplicații de pionierat, termojetul nu a avut succes datorită complexității constructive ridicate și performanțelor reduse.

Ideea unui motor cu turbină nu a fost o idee a secolului nostru, autorul trebuie atribuit englezului John Barber în 1791.

Cheia de bază în utilizarea motorului cu reacție a fost, de fapt, utilizarea turbinei cu gaz în interiorul motorului în sine, utilizată pentru a produce energia necesară pentru a muta compresorul. Prima turbină cu gaz de acest tip a fost construită în 1903 de inginerul norvegian Ægidius Elling . Cu toate acestea, mai multe probleme, din punct de vedere tehnologic și, în special, de siguranță și rezistență a materialelor, nu au permis, pentru o lungă perioadă de timp, să înceapă o producție fără prototip a acestor motoare.

La 16 ianuarie 1930 , în Marea Britanie , Frank Whittle a obținut un prim brevet pentru un motor cu jet de avion. În 1935, Hans von Ohain , în Germania , a început să lucreze la un proiect similar, cel mai probabil neștiind de lucrările aproape contemporane ale lui Whittle.

Ohain l-a contactat pe Ernst Heinkel , unul dintre principalii industria aeronautică a vremii, care a văzut imediat perspectivele proiectului. Heinkel cumpărase recent fabrica de motoare Hirth și Ohain, iar mecanicul său șef Max Hahn a fost pus la conducerea unei noi divizii a lui Hirth. Primul lor motor HeS 1 funcționa în septembrie 1937 . Spre deosebire de proiectul lui Whittle, Ohain a folosit hidrogen , căruia i-a atribuit succesele inițiale, ca combustibil. Proiectele ulterioare au culminat cu motorul HeS 3 care oferă 498 kg (5 kN - 1.100 lb) de forță, primul turboreactor din istorie. Alimentat cu benzină, a fost zburat la bordul avionului Heinkel He 178 , un avion foarte simplu și compact, cu plecare de pe aeroportul Marienehe pe 27 august 1939 cu pilotul Erich Warsitz la comenzi, un timp foarte scurt pentru dezvoltare. Acest avion a fost primul avion cu reacție din lume.

În Anglia, Whittle se lupta cu problema strângerii de fonduri pentru cercetare, în timp ce Ministerul Aviației, care se confrunta cu probleme mai presante, i-a ignorat activitatea. Folosind fonduri private, Whittle a reușit să ruleze un motor experimental în 1937, dar acesta era foarte mare și nu putea fi folosit într-un avion. Până în 1939 lucrările au avansat și motorul a început să pară utilizabil. În acest moment, Power Jets Ltd. a început să primească fonduri de la minister. În 1941 a fost realizată o versiune de zbor a motorului care a fost numită W.1 . W.1 a oferit 453 kg (1.000 lb - 4 kN) de forță și a fost montat pe un Gloster E28 / 39 care a zburat în mai 1941.

Principala problemă a ambelor două modele inițiale, care au fost numite motoare cu compresor centrifugal , au fost dimensiunile transversale considerabile ale compresorului, care, de fapt, au necesitat instalarea motorului în interiorul fuselajului. Avantajul față de motoarele cu compresor axial a fost dat de experiența mai mare acumulată în studiul turbocompresoarelor și, prin urmare, în soluții tehnologice relativ mature pentru aplicații aeronautice. Un alt avantaj al acestei configurații a fost dat de rezistența mai mare a motorului în caz de ingestie de obiecte străine - Deteriorarea obiectelor străine în termeni aeronautici). Mai mult, deși secțiunea motorului era relevantă, lungimea sa era foarte scurtă, un avantaj care nu ar trebui subestimat.

Anselm Franz, inginerul Jumo (Junkers Motoren), divizia Junkers care se ocupa de motoare, a încercat să folosească un compresor axial în loc de unul centrifugal. În această configurație, un disc cu lamă ( rotor ) este rotit rapid pentru a comprima aerul, urmat de o secțiune cu palete fixe ( stator ). Cuplarea unui rotor cu un stator se numește etapă . Raportul de compresie al unei trepte de compresor axial este mult mai mic decât cel al unui compresor centrifugal, dar prin plasarea mai multor trepte de compresor axial în serie unul după altul este posibil să se obțină raportul de compresie necesar, cu avantajul de a avea un front foarte redus secțiune, cu același raport de compresie și debit comparativ cu un compresor centrifugal.

Junkers Jumo 004 a reprezentat primul motor axial care a intrat în serviciu operațional fiind montat, în perechi, pe vânătorul Messerschmitt Me 262 , folosit de germani, în număr redus, în faza finală a celui de-al doilea război mondial. După conflict, luptătorul și motorul acestuia vor fi studiate pe larg de către aliați.

Motoarele britanice, precum Nene , vor fi produse în schimb sub licență în diferite țări, inclusiv în Statele Unite și URSS , unde au fost utilizate pe MiG-15 .

Clasificare

Există mai multe tipuri de motoare cu reacție, principalele sunt enumerate mai jos:

Componentele principale

Principalele componente ale unui motor cu reacție sunt, în general, întotdeauna aceleași pentru diferitele tipuri de motoare abia văzute. Acestea includ:

• Snorkel

Sarcina admisiei de aer este de a transporta fluxul uniform și la viteză redusă la compresor (sau la arzător în cazul statorului-reactor ) fără a provoca separarea stratului limită (posibil, deoarece odată cu încetinirea fluxului presiunea statică crește cu rezultatul unui gradient de presiune advers). Mai mult, admisia dinamică trebuie proiectată astfel încât să asigure debitul necesar motorului și în așa fel încât la ieșire debitul care intră în compresor să fie uniform, stabil și de bună calitate.

• Compresor

Compresorul este format dintr-una sau o serie de etape, adică statori și rotoare. Compresorul poate fi centrifugal sau axial, în primul caz compresorul va folosi forța centrifugă pentru a comprima aerul, în al doilea un rotor cu pale, al cărui profil este similar cu profilul aripii și folosește același principiu pentru a comprima fluxul.

• Copac

Transportă puterea de la turbină la compresor sau chiar, eventual, la motor. De asemenea, pot exista mai mulți arbori coaxiali, care se rotesc la viteze diferite și conectează diferite etape ale turbinei și compresorului.

• Combustor sau cameră de ardere

Este camera în care are loc arderea staționară între combustibilul atomizat injectat în arzător și aerul comprimat care ajunge din compresor.

• Turbină

Este organul care permite extragerea energiei din amestecul de aer și gaze arse care ies din arzător, astfel încât să poată „muta” compresorul sau, eventual, un ventilator de by-pass sau o elice (turbopropulsor sau turbosuflant).

• Afterburner (opțional, de obicei pe avioane militare)

Un arzător suplimentar, amplasat în aval de primul, care permite obținerea unei forțe suplimentare prin arderea părții de gaz încă ne-arsă, în faza de descărcare.

• Duza de evacuare

Aerul, după ce a renunțat la o parte din presiune și temperatură în turbină, este expulzat în partea din spate a motorului printr-o duză în care energia potențială reziduală a fluidului poate fi transformată în energie cinetică pentru a produce o împingere netă.

• Duza supersonică

Aerul care trece în interiorul motorului trebuie neapărat să fie încetinit la viteze subsonice pentru a fi încălzit eficient în camera de ardere. În cazul vitezelor de croazieră supersonice, aerul care iese din motor trebuie, prin urmare, să fie accelerat din nou într-o duză supersonică cu o formă convergentă-divergentă, denumită duza de Laval , pentru a transforma toată energia potențială a fluidului.

Notă

Alte proiecte

• Wikționarul conține dicționarul lema « exoreactor »
• Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere pe exoreactor

linkuri externe

• Analiză aprofundată pe turboreactorul portalului de aviație www.ilvolo.it , pe ilvolo.it .

V · D · M Motoare de aeronave
Motor cu combustie interna	Rotary cu motor inline cu motor în formă de U cu motor V cu motor W- cu motor H- cu motor X- cu motor orizontal opus cilindri cu motor radial (stelar)
Motor cu reacție (sau motor cu reacție)	Endoreactor combustibil solid · combustibil lichid · hibrizi Exoreactor Motorjet · turboreactoare · exhaustor · turbopropulsor · turboexhaustor · propfan motor · statoreactor · scramjet · Autoturboreattore · Pulsejet · Motor pentru detonare val Motoare hibride Rachetă mărită cu aer · Turborazzo · Motor cu jet pre- răcit / Motor cu ciclu de aer lichid
Componente	Piston · Cilindru · Camă · Admisie de aer · Compresor · Compresor centrifugal · Compresor axial · Arborele · Un combustor sau o cameră de ardere · Lumanare · Injector · Turbină · Arzător post · Duză de evacuare

Portalul aviației

Portal de inginerie