Statoreactor

Ramjet , de asemenea , a spus dinamogetto ^[1] (un termen acum abandonat), în engleză ramjet este un motor cu reacție și, conceptual, cel mai simplu motor cu reacție . Statorjet reduce complexitatea turbojetului simplu prin eliminarea compresorului și, în consecință, a turbinei care trebuie să-l tragă, datorită vitezei aeronavei care comprimă aerul care intră în admisia de aer. În consecință, statorjetul nu poate funcționa într-un punct fix (adică staționar față de aer) și are performanțe slabe la viteze mici datorită raportului de compresie scăzut obținut de la admisia de aer .

Istorie

Primul studiu despre statoreactor despre care știm a fost realizat de omul de știință francez René Lorin care și-a publicat teoria în 1913. ^[2] În 1915 inventatorul maghiar Albert Fonó a propus armatei austro-ungare o obuz de artilerie cuplat la un statoreactor. În acest fel, proiectilul ar putea fi tras dintr-un tun la o viteză relativ mică și continuat împins de statoreactor, crescând astfel raza de acțiune. ^[3] După sfârșitul primului război mondial , el a revenit la subiect depunând în 1928 un brevet pentru aplicarea unui statorjet la o aeronavă, la fel ca francezul René Leduc . ^[2]

În Germania, Hellmuth Walter a început să studieze modele de statoreactoare începând din 1934, dar abia din primăvara anului 1937 a reușit să câștige interesul și sprijinul RLM . În timpul celui de-al doilea război mondial,Hellmuth Walter Kommanditgesellschaft a dezvoltat și a testat pe banc diferite modele de statorjet (adesea cuplate la motoare cu rachete ) care, totuși, nu au atins stadiul de producție din cauza sfârșitului războiului. În același timp, sub îndrumarea lui Eugen Sänger , unele modele de statorjet au fost testate cu viteză redusă și instalate pe unele aeronave special modificate, dar nici acestea nu au depășit stadiul de prototip. ^[2]

Tot în Uniunea Sovietică , după publicarea în 1928 a studiilor lui Boris Sergeevich Stečkin în domeniul propulsiei cu jet, mai multe modele de statorjet au fost construite și testate pe obuze de artilerie modificate. Între 1933 și 1935, grupul lui Yuri Pobedonostsev a reușit să atingă viteze de Mach 2. La începutul celui de-al doilea război mondial, modele cu propulsie hibridă (rachetă / statorjet) și câteva statorete cu combustibil lichid instalate la bordul diferitelor tipuri de antrenament și luptător special modificat avioane a căror dezvoltare a fost abandonată, totuși, când tehnologia motorului turbojet a devenit mai matură. ^[4]

După cel de-al doilea război mondial, René Leduc a continuat dezvoltarea proiectului său care a condus, la 21 aprilie 1949, la zborul Leduc 0.10 , primul avion propulsat de un statorjet.

Principiul de funcționare

Schema de funcționare a unui statoreactor.

Principiul de funcționare al statorjetului este același cu cel al motorului tradițional cu reacție. Aerul extern intră într-o admisie dinamică sau intrare de aer și este comprimat și amestecat cu combustibilul , pentru a trece apoi în camera de ardere și apoi a fi expulzat din spate printr-o duză de evacuare , la o viteză mai mare decât viteza de intrare.
Când aerul intră în acest tip de motor cu reacție, chiar dacă aeronava continuă cu viteza supersonică , acesta este încetinit până la viteza subsonică datorită geometriei particulare a conductelor, modelată pentru a genera un sistem de coliziuni oblice ^[5] . Pe măsură ce trece prin aceste sectoare ale motorului, viteza de curgere scade, de obicei până la Mach 0,3, în timp ce presiunea crește, producând astfel, conform principiului Bernoulli , așa-numita compresie dinamică. La viteză mare acest proces poate fi foarte eficient și poate comprima suficient aer , deci suficient oxigen ( oxidant sau oxidant ), pentru a permite arderea eficientă în motor.

Statorjetul este conceput special pentru a profita de acest efect de compresie printr-un design atent al formei de admisie a aerului. În practică, neavând piese în mișcare, acest tip de motor poate fi descris ca un tub lung cu o secțiune variabilă. Statorjet nu conține piese în mișcare mari și, prin urmare, este mai ușor decât un motor turboventilator . Prin urmare, este foarte potrivit pentru acele aplicații care necesită un motor simplu și mic pentru a atinge viteze mari.

Comparativ cu turboreactorul , statorjetul a eliminat turbina și compresorul. Acest lucru permite temperaturi mai mari de ardere și, în consecință, debituri mai mari. Eliminarea compresorului este posibilă prin faptul că presiunea de stagnare la ieșirea admisiei de aer este deja la un nivel care permite o exploatare cinetică excelentă a energiei. De fapt, în acest caz este posibil să se utilizeze o duză supersonică, deoarece raportul de expansiune p ₀₆ / p _{u este} mai mare decât raportul p ₀₆ / p _cr (cu p ₀₆ este indicată presiunea totală în aval de turbină) și să aibă o eficiență a duzei și un debit foarte mare.

Presiunea ridicată din cameră se datorează presiunii dinamice ridicate a aerului: acest motor, de fapt, neavând compresor, poate funcționa numai dacă viteza relativă dintre aer și aeronavă este suficient de mare pentru a genera o presiune dinamică considerabilă.

Rolul jucat de admisia de aer este important deoarece are sarcina de a „recupera” energia cinetică deținută de aer cu eficiență maximă. O admisie de aer extrem de eficientă permite crearea unei presiuni în camera de ardere aproape egală cu presiunea de stagnare a aerului de intrare.

Într-un stator-reactor ideal, presiunea de stagnare rămâne constantă și egală cu presiunea ambiantă pe întregul motor.

Viteza de zbor

Statoreactor.

Stator-reactorul nu funcționează bine la viteze subsonice, de fapt pentru a putea funcționa trebuie împins la viteze mari. Pentru a le face utilizabile pe o gamă largă de turații, așa cum este cazul motoarelor cu turboventilatoare , adică pentru a le permite să poată trece de la turații subsonice la tari supersonice și să poată fi utilizate la altitudini mici și mari, sunt necesare multe intervenții de proiectare care ar implica pierderea avantajelor tipice ale acestei formule de motorizare. În practică, statoreactorii funcționează numai într-un interval în jurul vitezei și al altitudinii pentru care au fost proiectate. În această gamă, jeturile stator depășesc întotdeauna motoarele tradiționale echivalente cu turboreactoare. În comparație cu motoarele rachete, acestea sunt mai eficiente în ceea ce privește consumul de combustibil .

Limita superioară de aplicare a acestui tip de motor este fixată la aproximativ Mach 6, mai degrabă decât prin rezistența materialelor la temperaturi ridicate (care sunt autolimitate în parte, datorită efectelor de ionizare ale aerului care absorb căldura), prin temperatura ridicată a aerului care intră în camera de ardere, care, prin creșterea vitezei, este crescută progresiv și este din ce în ce mai puțin supusă unei alte creșteri semnificative datorită arderii; prin urmare, jetul este accelerat proporțional într-un mod din ce în ce mai puțin incisiv.

Limita inferioară, pe de altă parte, depinde în mare măsură de proiectarea aerodinamică a admisiei de aer, care trebuie să asigure un raport de compresie adecvat.

Reproiectarea motorului cu diferite forme și cu un canal dinamic diferit, imaginând totuși o utilizare completă și exclusiv în câmpul hipersonic, a înlăturat parțial efectele încălzirii. Acest motor, deși similar cu statoreactorul convențional, se numește Scramjet , care ar putea fi definit ca un statoreactor pentru câmpul hipersonic.

Aplicații

Ramjet în 1947.

Statorjetele au fost utilizate pe scară largă ca motoare de rachete . În acest caz, acestea sunt împinse la viteza supersonică operațională de un motor rachetă sau sunt transportate la aceste viteze de către un alt avion, aproape întotdeauna un luptător. În prezent, statorjetele au fost înlocuite cu motoare cu turboventilatoare mici sau cu rachete. O variantă a statoreactorului este motorul cu ciclu combinat care intenționează să depășească limitările inerente statoreactorului pur. Un exemplu al acestui motor este motorul ATR ( air turboramjet sau turbostatorjet) care funcționează ca un turbofan normal la turații subsonice și ca statorjet la turații supersonice.

O altă variantă a motorului ramjet pur este Pratt & Whitney J58 , un autoturboreator instalat pe SR-71 Blackbird (și pe diferite prototipuri). Acest tip de motor este un turboreactor simplu înconjurat de un statorjet. Cele două motoare funcționează în funcție de poziția supapelor conductelor de admisie a aerului.

Un alt motor dezvoltat pe statorjet este motorul ATREX. Dezvoltat în Japonia, folosește hidrogen lichid ca combustibil cu o anumită configurație cu un singur ventilator. Hidrogenul lichid este pompat printr-un schimbător de căldură situat în admisia de aer. În acest fel, răcirea aerului de intrare și încălzirea hidrogenului au loc simultan. Răcirea cu aer este un factor critic în atingerea unei eficiențe rezonabile. Hidrogenul își continuă călătoria atingând o a doua etapă a schimbătorului de căldură. Acesta este plasat în camera de ardere unde combustibilul este încălzit în continuare și transformat, din nou, într-un gaz cu presiune foarte mare. Gazul este apoi trecut prin capetele ventilatorului, oferind astfel energia care permite ventilatorului să se deplaseze la viteze mari sau subsonice. După această etapă, gazul este amestecat cu aerul și trece în camera de ardere unde amestecul este ars.

Notă

^ Enciclopedia Universală Garzanti . Garzanti, ediția a XVIII-a, 1974.
^ ^a ^b ^c( EN ) Antony L. Kay, motoare cu reacție germane și dezvoltarea turbinei cu gaz 1930-1945 , Airlife Publishing Ltd, 2002, pp. 238-243, ISBN 1-84037-294-X .
^ Nagy Istvan Gyorgy, Albert Fono: A Pioneer of Jet Propulsion - International Astronautical Congress, 1977 ( PDF ), în IAF / IAA , 1977. Accesat la 29 noiembrie 2013 (arhivat din original la 3 martie 2016) .
^ (RO) Richard P. Hallion, THE REVOLUTION HYPERSONIC, volumul II, De la Scramjet la avionul național aerospațial (PDF), divizia de sisteme aeronautice, baza aeriană Wright-Patterson, 1987, pp. VI-vi, ASC-TR-95-5010.
^ Un sistem de mai multe șocuri oblice permite o recuperare mai mare a presiunii decât un singur șoc normal.