Un motor a reacción pulsante ( PUVRD ) es una variante de un motor a reacción de aire . El HPJE utiliza una cámara de combustión con válvulas de entrada y una boquilla de salida larga y cilíndrica . El combustible y el aire se suministran periódicamente.
El ciclo de operación del PuVRD consta de las siguientes fases:
PuVRD tiene un gran impulso específico en comparación con los motores de cohetes , pero es inferior a los motores turborreactores en este indicador . Una limitación importante es también que este motor requiere una aceleración a una velocidad de funcionamiento de 100 m/sy su uso está limitado a una velocidad de unos 250 m/s.
Las primeras patentes para un motor a reacción pulsante fueron obtenidas (independientemente una de la otra) en la década de 1860 por Charles de Louvrier ( Francia ) y Nikolai Afanasyevich Teleshov ( Rusia ) [1] .
Los diseñadores alemanes , que en vísperas de la Segunda Guerra Mundial realizaban una amplia búsqueda de alternativas a los motores aeronáuticos de pistón , no ignoraron este invento, que permaneció sin reclamar durante mucho tiempo. El avión más famoso (y el único de producción) con el Argus As-014 PUVRD fabricado por Argus-Werken fue el proyectil alemán V-1 . El diseñador jefe de V-1, Robert Lusser, eligió para él un PUVRD no por su eficiencia (los motores de aviones de pistón de esa época tenían el mejor rendimiento), sino principalmente por la simplicidad del diseño y, como resultado, los bajos costos de mano de obra para la fabricación. , que se justificó con la producción en masa de proyectiles desechables producidos en masa en menos de un año (desde junio de 1944 hasta marzo de 1945) en la cantidad de más de 10 mil unidades.
Después de la guerra, la investigación sobre los motores a reacción pulsados continuó en Francia ( SNECMA ) y Estados Unidos ( Pratt & Whitney , General Electric ).
Los resultados de estos desarrollos interesaron a los militares de los EE. UU. Y la URSS. Se desarrollaron una serie de muestras experimentales y experimentales. Inicialmente, el principal problema con los misiles aire-superficie era la imperfección del sistema de guía inercial , cuya precisión se consideraba buena si el misil desde un alcance de 150 kilómetros golpeaba un cuadrado con lados de 3 kilómetros. Esto llevó al hecho de que con una ojiva basada en un explosivo convencional, estos misiles tenían una baja eficiencia y, al mismo tiempo , las cargas nucleares tenían una masa incluso demasiado grande (varias toneladas). Cuando aparecieron las cargas nucleares compactas, ya se había elaborado el diseño de motores turborreactores más eficientes, por lo que los motores de chorro de aire pulsado no se usaban mucho.
Representantes de misiles aire-superficie con un motor de chorro de aire pulsante.
A principios de la década de 2010, ha habido un resurgimiento del interés en PuVRD: su desarrollo y pruebas están a cargo de General Electric, Pratt & Whitney, SNECMA, así como la NPO nacional Saturn [2] .
El motor a reacción pulsante (PUVRD, término inglés Pulse jet ), como su nombre lo indica, opera en modo pulsación, su empuje no se desarrolla de forma continua, como un estatorreactor o un turborreactor, sino en forma de una serie de pulsos que se suceden uno tras otro con una frecuencia de decenas de hercios, para motores grandes, hasta 250 Hz, para motores pequeños diseñados para modelos de aviones. [3]
Estructuralmente, PuVRD es una cámara de combustión cilíndrica con una boquilla cilíndrica larga de menor diámetro [4] . El frente de la cámara está conectado a un difusor de entrada a través del cual el aire ingresa a la cámara.
Se instala una válvula de aire entre el difusor y la cámara de combustión, que opera bajo la influencia de la diferencia de presión en la cámara y en la salida del difusor: cuando la presión en el difusor excede la presión en la cámara, la válvula se abre y deja entrar aire en la cámara; cuando se invierte la relación de presiones, se cierra.
La válvula puede tener un diseño diferente: en el motor Argus As-014 del cohete V-1 , tenía la forma y actuaba como persianas de ventana y consistía en placas de válvula rectangulares flexibles hechas de acero para resortes remachadas en el marco; en motores pequeños, parece una placa en forma de flor con placas de válvula dispuestas radialmente en forma de varios pétalos de metal elásticos delgados presionados contra la base de la válvula en la posición cerrada y sin doblar desde la base bajo la acción de presión en el difusor superior la presión en la cámara. El primer diseño es mucho más perfecto: tiene una resistencia mínima al flujo de aire, pero es mucho más difícil de fabricar.
Hay uno o más inyectores de combustible en la parte delantera de la cámara que inyectan combustible en la cámara siempre que la presión de sobrealimentación en el tanque de combustible exceda la presión en la cámara; cuando la presión en la cámara excede la presión de sobrealimentación, la válvula de retención en la ruta de combustible cierra el suministro de combustible. Los diseños primitivos de baja potencia a menudo funcionan sin inyección de combustible, como un motor de pistón con carburador . En este caso, generalmente se usa una fuente externa de aire comprimido para arrancar el motor.
Para iniciar el proceso de combustión, se instala una bujía en la cámara, que crea una serie de descargas eléctricas de alta frecuencia, y la mezcla de combustible se enciende tan pronto como la concentración de combustible en ella alcanza un cierto nivel suficiente para la ignición. Cuando la carcasa de la cámara de combustión se calienta lo suficiente (generalmente, después de unos segundos después del arranque de un motor grande, o después de una fracción de segundo, uno pequeño; sin enfriamiento por flujo de aire, las paredes de acero de la cámara de combustión se calienta rápidamente al rojo vivo), el encendido eléctrico se vuelve completamente innecesario: la mezcla de combustible se enciende desde las cámaras de paredes calientes.
Durante su funcionamiento, el PUVRD emite un crujido o zumbido muy característico, debido precisamente a las pulsaciones en su funcionamiento.
El ciclo de funcionamiento del PUVRD se ilustra en la figura de la derecha:
La aparente similitud entre el PUVRD y el estatorreactor (posiblemente derivada de la similitud de las abreviaturas de los nombres) es errónea. En realidad, un PUVRD tiene diferencias profundas y fundamentales con respecto a un estatorreactor o un turborreactor.
A veces se dice que el funcionamiento de un PUVRD a velocidad cero es imposible - esta es una idea errónea, en cualquier caso, no se puede extender a todos los motores de este tipo. La mayoría de los motores estatorreactores (a diferencia de los motores estatorreactores) pueden funcionar "parados" (sin flujo de aire entrante), aunque el empuje que desarrollan en este modo es mínimo (y generalmente insuficiente para arrancar el dispositivo impulsado por él sin ayuda externa; por lo tanto, por ejemplo, El V-1 se lanzó desde una catapulta de vapor, mientras que el PuVRD comenzó a funcionar de manera constante incluso antes del lanzamiento [5] ).
El funcionamiento del motor en este caso se explica a continuación. Cuando la presión en la cámara después del siguiente pulso disminuye a la atmosférica, continúa el movimiento de gas en la boquilla por inercia, y esto conduce a una disminución de la presión en la cámara a un nivel por debajo de la atmosférica. Cuando la válvula de aire se abre bajo la presión atmosférica (que también lleva algún tiempo), ya se ha creado suficiente vacío en la cámara para que el motor pueda "respirar aire fresco" en la cantidad necesaria para continuar el siguiente ciclo. [6] Los motores cohete, además del empuje, se caracterizan por un impulso específico , que es un indicador del grado de perfección o calidad del motor. Este indicador es también una medida de la eficiencia del motor. El siguiente diagrama presenta gráficamente los valores superiores de este indicador para diferentes tipos de motores a reacción, dependiendo de la velocidad del aire, expresada en forma de número de Mach , lo que permite ver el alcance de cada tipo de motor.
PuVRD: motor de chorro de aire pulsante, TRD: motor turborreactor , estatorreactor: motor estatorreactor , scramjet: motor estatorreactor hipersónico .
Los motores se caracterizan por una serie de parámetros:
A diferencia de los motores de cohetes, cuyo empuje no depende de la velocidad del cohete, el empuje de los motores de chorro de aire (WJ) depende en gran medida de los parámetros de vuelo: altitud y velocidad. Hasta el momento, no ha sido posible crear un motor a reacción universal, por lo que estos motores están calculados para un cierto rango de altitudes y velocidades de operación. Como regla general, la aceleración de la WFD al rango de velocidad operativa la realiza el propio portaaviones o el acelerador de lanzamiento.
| Característica | RDTT | LRE | PUVRD | TRD | estatorreactor | scramjet |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Rango de velocidad de funcionamiento, número de Mach | no limitado | 0.3-0.8 | 0-3 | 1.5-5 | >5 | |
| Empuje específico, m/s | 2000-3000 | 2000-4000 | ~7000 | 15000-30000 | ||
| Empuje específico por peso | No | ~100 | ~10 | |||
En la literatura existe una descripción de motores similares a PuVRD.
PuVRD se caracteriza por ser ruidoso y derrochador , pero simple y barato . El alto nivel de ruido y vibración resulta del modo muy pulsante de su operación. La naturaleza derrochadora del uso de combustible se evidencia por una antorcha extensa, "golpeando" desde la boquilla del PuVRD, como consecuencia de la combustión incompleta del combustible en la cámara.
La comparación del PUVRD con otros motores de aviones permite determinar con bastante precisión el alcance de su aplicabilidad.
Un puVRD es muchas veces más barato de fabricar que una turbina de gas o un ICE de pistón , por lo tanto, con un solo uso, los supera económicamente (por supuesto, siempre que "haga frente" a su trabajo). Durante el funcionamiento a largo plazo del aparato reutilizable, el PuVRD pierde económicamente frente a los mismos motores debido al despilfarro del consumo de combustible.
En términos de simplicidad y bajo costo, el ramjet prácticamente no es inferior al puramjet, pero a velocidades inferiores a 0,5 M no funciona. A velocidades más altas, el ramjet es superior en eficiencia al puramjet (cuando la válvula está cerrada, la resistencia frontal del puramjet aumenta bruscamente y a velocidades transónicas "come" casi todo el empuje creado por este motor).
La totalidad de estas circunstancias determina el nicho en el que el PuVRD encuentra aplicación -vehículos aéreos no tripulados desechables con velocidades operativas de hasta 0,5M- objetivos voladores, aviones de reconocimiento no tripulados [9] . [10] Por las mismas razones, el motor también se utiliza en el modelado de aeronaves [11] .
Debido a la simplicidad y el bajo costo, los PUVRD se utilizan ampliamente en la aviación amateur y el aeromodelismo. Los pequeños motores de este tipo se han vuelto muy populares entre los modelistas de aviones y la aviación amateur. Por este motivo, han aparecido firmas comerciales que producen para la venta con este fin PuVRD y válvulas para los mismos (piezas de desgaste).
PuVRD se puede utilizar no solo como motor, sino también como una instalación estacionaria para la generación de calor [9] .
