Estatorreactores en avions

1993/10/01 Alargunsoro, F. Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Ingeniaritza
• Garraioak
• Aeronautika

Avions cada vegada més ràpids

Per a advertir d'aquesta velocitat, es pot dir que el so a pressió marítima té una velocitat d'aire de 341 m/s i recorre 1.227,6 quilòmetres per hora. Aquesta velocitat és, per definició, la velocitat de Mach 1, i són summament embornals que circulen més ràpid.

Si amb els avions normals actuals es necessiten divuit hores des de Nova York a Tòquio, l'avió amb superrestatorreactor viatjaria tres hores a una velocitat de Mach 6. Cal aclarir que els russos, preparats un superrestatorreactor en el centre de recerca per a motors d'aviació, han aconseguit la velocitat de Mach 6 en el cosmódromo de Baikon. Aquesta velocitat de 7.365,6 km/h es va mantenir l'any passat en 130 segons en un vol de 180 quilòmetres.

Per als experts nord-americans ha estat una sorpresa. I és que, malgrat comptar enguany amb un pressupost de 260 milions de dòlars per a aviació aeroespacial, en altres tres anys no tenen previst realitzar aquest tipus d'assajos.

El camí de l'estatorreactor és la via per la qual el Concorde Europa o el Boeing 747 nord-americà han de seguir dins d'uns vint anys. Per al subministrament de línies intercontinentals ja s'estan dissenyant avions de 6 velocitats de Mach. Aquests vehicles circularien per les capes altes de l'atmosfera (estratosfera) i servirien per a posar en òrbita alguns aparells. El superrestatorreactor és el motor ideal per a aquests avions, conegut a Amèrica del Nord com Scramjet.

Nou motor i calor

Un gran obstacle per a aquest nou reactor és que la combustió es realitzi a velocitat moderada o hipersonal. A pesar que l'aire exterior descendeix lleugerament la seva velocitat d'entrada al motor, en la cambra de combustió té una velocitat de Mach 4.

M. Responsable de recerca russa El Sr. Ogorodnikov indica que el rendiment de l'estatorreactor habitual (en general la crema es realitza a velocitats inferiors a les de so) disminueix considerablement a mesura que s'acosten a velocitats hijónicas (Mach 6). Entre l'entrada d'aire i la cambra de combustió es generen ones de xoc amb temperatures i pressions excessives en la cambra de combustió. Això implica una major resistència mecànica en la cambra de combustió i una embranzida ineficaç del reactor.

Aquest descens de rendiment es deu a dos factors. D'una banda, l'energia mecànica es degrada amb ones de xoc i, per un altre, el balanç tèrmic de la combustió disminueix. A més, a altes temperatures es disocian els reactius del combustible. Per tant, si es vol evitar aquests problemes, el flux de gasos en els estatorreactores ha de mantenir-se a velocitats inferiors a les de so.

Marques soviètiques

No obstant això, avui dia sembla que els russos també dominen els fluxos suplantats. De fet, els soviètics porten temps treballant aquests temes. En la dècada de 1920-30 es van experimentar amb avions i llançadors. Tsander, S. a. Stechkine i V.I. Basat en estudis de Dudakov.

Yu en 1939. Pobedonovstev i I. A. L'estatorreactor de l'enginyer militar Merkulov va ser provat en un avió Pollikarpov I-152. Més tard, 2 de gener de 1940, P. Ye El pilot Loginov va volar per primera vegada en el món en l'aeròdrom Frunze de Moscou en l'avió I-152 amb l'estatorreactor DM-2. 140 vols addicionals amb estatorreactores DM-2 i DM-4.

Després, la Segona Guerra Mundial va paralitzar totes les sessions i després dels durs temps de Stalin van tornar a reprendre aquest tema. E., ajudant de Serguei Paulovitx Korolev (famós espaciista). S. El professor Txetnikov va establir les bases teòriques per a la combustió a motor a velocitat suposada i en 1958 va patentar el sistema. Els soviètics no pensaven llavors que aquest motor no podia ser utilitzat en els avions, ja que el seu motor va ser dissenyat per a míssils hiéricos.

(1) és el motor més simple que pot ser l'estatorreactor. Bufa aire exterior a gran velocitat. Es comprimeix en el canal abans de barrejar-se amb el combustible. La mescla es crema en la cambra de combustió i els gasos resultants d'ella es descomprimeixen i surten ràpidament per l'altre extrem del tub. El principal avantatge de l'estatorreactor és que no es té a la peça que es mou, però abans d'encendre-la ha de tenir una gran velocitat. Per això un avió o llançador ha de portar primer fins a aquesta mínima velocitat d'encesa.
(2) el turboreactor pot començar a funcionar en repòs. No obstant això, té moltes peces que es mouen i és més complicat. Compressor multi-etapa que pren aire exterior i ho comprimeix. S'introdueix en la cambra de cocció i es barreja amb el combustible. Els gasos cremats es descomprimeixen fent girar la turbina de diverses etapes i accionant l'eix el compressor. A causa del fregament d'aquestes peces giratòries, les velocitats màximes del turboreactor són de Mach 2 o 3. Els estatorreactores són de Mach 10- o majors.

Nou estatorreactor

No obstant això, el 28 de novembre de 1991 aquest motor ha estat utilitzat de manera adequada a l'àmbit civil, batent les marques existents. El que han utilitzat és l'estatorreactor d'hidrogen líquid. En l'apartat anterior s'han esmentat els problemes que tenen els estatorreactores en la cambra de cocció i aquests i uns altres han estat dominats pels russos.

M. Segons el responsable Ogorodnikov, el motor només funciona a velocitats superiors a 3.500 km/h, la qual cosa significa que l'aire introduït s'escalfa a 2.000 °C. L'hidrogen líquid ha estat el més adequat per a superar els problemes en tots els combustibles provats, ja que a més de generar pocs problemes d'injecció i evaporació, és el que té major capacitat energètica. S'ha comprovat que es crema bé en flux subsònic i supersonal (tots dos).

Han hagut de provar el motor en un vol atmosfèric. No és possible realitzar proves en terra imitant condicions a velocitat de Mach 6. També es podien realitzar simulacions per ordinador, però la prova aèria era la més segura per a comprovar els càlculs.

Prova russa

En el cosmódromo de Baikoniz, l'estatorreactor va ser llançat en un míssil sòl/aire de quatre acceleradores. El “superrestatorreactor” va mantenir la velocitat de Mach 6 en 130 segons o 180 quilòmetres. Van haver de dissenyar tota la prova: una missió amb capos, el propi motor, el seu funcionament, la refrigeració, etc.

El motor és de manera simètrica. amb diferents etapes de compressió d'aire, cambra de combustió de diàmetre variable i tub d'escapament curt. L'orifici d'entrada d'aire és de 0,23 metres i una longitud total de 1,28 metres. El motor s'encén automàticament en aconseguir la velocitat de Mach 3 i es manté estable en tots els règims de funcionament.

La cambra de combustió de l'estatorreactor s'ha dissenyat per a dos règims de funcionament. A velocitats “baixes” (Mach entre 3 i 5), l'hidrogen es crema a velocitat subsònica, però el gas de combustió es desplaça a velocitat hipersonal entre Mach 6 i 8. L'hidrogen s'alimenta a través d'injectors multicranurados que funcionen a diferents velocitats.

L'estatorreactor va ser col·locat en l'extrem d'un llançador, amb 250 captadors i mesuradors en el mateix projector. També tenia muntats alimentadors de combustible i sistema criogènic per a mantenir l'hidrogen líquid a -253 °C. També va funcionar la memòria informàtica per a guardar els mesuraments i el sistema de transmissió a la Terra.

Aquest assaig ha permès provar la dinàmica i la tecnologia del gas. S'han establert paràmetres d'entrada d'aire, cambra de combustió, equip de control, regulació d'alimentació, refrigeració de tub i motor complet.

La tasca més difícil és subministrar i alimentar aquest motor a -235 graus centígrads d'hidrogen líquid. Per a això han hagut d'inventar un nou sistema.

L'embranzida exercida per l'estatorreactor oscil·la entre 200 i 500 quilograms. En la cambra de cocció la temperatura oscil·la entre 1.500-1.800 graus i la pressió és d'1 o 2 atmosferes.

Com s'ha pogut comprovar en els assajos realitzats fins al moment, el motor funciona perfectament en tots dos règims (subsònic i superpersonal). En conseqüència, el superrestatorreactor pot substituir als llançadors que funcionen per etapes. Aquests llançadors només es poden usar una vegada i els avions aeroespacials tantes vegades com es vulguin.

En el futur què?

Els russos estan a punt de desenvolupar aquest camí tan satisfactori. Volen provar a l'estatorreactor per a aconseguir una velocitat Mach 10 (12.276 km/h) a 35 quilòmetres d'altura. També pretenen assajar amb statorreactores de diferent geometria, utilitzant un tirador major que l'actual.

A Rússia, no obstant això, els problemes econòmics són difícils i tenen una gran falta de diners per a desenvolupar aquests programes. Com una solució és trobar finançament a l'estranger, han fet alguns passos a Amèrica del Nord i altres estats.

La figura mostra l'estatorreactor hipersonal (1) i el míssil portador terra/aire (2). El conjunt té una longitud de 4,3 metres i un diàmetre màxim de 0,70 metres. El seu pes és de 592 quilos. En
el canal intern de l'estatorreactor, quan va l'aire, té uns injectors d'hidrogen. L'hidrogen es troba refrigerat en dipòsit i en forma líquida, però abans d'arribar a la inyectora s'escalfa en el tub d'escapament i es converteix en gas.