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I motori a detonazione rotante o ad “onda di detonazione” (RDE) sono stati oggetto di teoria e speculazione per decenni, ma devono ancora passare dalla teoria all'applicazione pratica. Ma ora sembra che questi particolari sistemi di propulsione stiano per fare il salto sulle piattaforme operative.
In teoria, un motore di detonazione rotante promette di essere molto più efficiente dei tradizionali motori a reazione, fornendo potenzialmente alle applicazioni missilistiche un notevole aumento di portata e velocità. Ciò potrebbe anche significare mettere in campo armi più piccole in grado di raggiungere le stesse velocità e portate dei missili odierni.
Nelle applicazioni aeronautiche come i caccia a reazione, i motori a detonazione rotanti potrebbero offrire vantaggi simili ai missili in termini di portata e velocità, riducendo potenzialmente i requisiti di manutenzione. I caccia, in particolare, si affidano ai postbruciatori, che effettivamente convogliano il carburante nel flusso di scarico del motore per una maggiore spinta. Ciò esaurisce rapidamente le riserve di carburante e riduce l’autonomia del caccia. Le RDE potrebbero potenzialmente consentire un aumento simile della spinta con una penalità di carburante drasticamente ridotta.
Ma dove questa tecnologia potrebbe essere più utile sarà nella propulsione delle future navi di superficie non nucleari della Marina, fornendo maggiore produzione di energia, autonomia e velocità e avendo un impatto seriamente benefico riducendo i consumi.
L'idea alla base dei motori a detonazione rotante risale agli anni '50. Negli Stati Uniti, Arthur Nicholls, professore emerito di ingegneria aerospaziale presso l'Università del Michigan, fu tra i primi a tentare di sviluppare un progetto RDE funzionante.
In un certo senso, un motore a detonazione rotante è un'estensione del concetto alla base dei motori di detonazione a impulsi (PDE), che sono, di per sé, un'estensione dei getti a impulsi. Potrebbe sembrare confuso (e forse lo è), ma lo analizzeremo.
I motori a reazione funzionano mescolando aria e carburante all'interno di una camera di combustione e quindi accendono la miscela per sparare da un ugello con impulsi rapidi, piuttosto che con una combustione costante come si potrebbe trovare nei motori a reazione.
Nei motori a getto di impulsi, come in quasi tutti i motori a combustione, l'accensione e la combustione della miscela aria/carburante è chiamata deflagrazione, che sostanzialmente significa riscaldare una sostanza finché non brucia rapidamente, ma a velocità subsoniche.
Un motore a detonazione a impulsi funziona in modo simile, ma invece di sfruttare la deflagrazione, utilizza la detonazione. Fondamentalmente, la detonazione è molto simile a ciò che sembra un'esplosione.
Mentre la deflagrazione si riferisce all'accensione e alla combustione subsonica della miscela aria/carburante, la detonazione è supersonica. Quando l'aria e il carburante vengono mescolati in un motore a detonazione a impulsi, si accendono, creando una deflagrazione come in qualsiasi altro motore a combustione. Tuttavia, all'interno del tubo di scarico più lungo, una potente onda di pressione comprime il carburante incombusto prima dell'accensione, riscaldandolo al di sopra della temperatura di accensione in quella che è nota come transizione dalla deflagrazione alla detonazione (DDT). In altre parole, invece di bruciare rapidamente il carburante, esplode, producendo più spinta dalla stessa quantità di carburante: un'esplosione, piuttosto che una rapida combustione.
"Il processo di detonazione è un'estrazione più rapida ed efficiente di energia dal carburante dal punto di vista termodinamico rispetto alla deflagrazione", lo ha confermato il dottor Chris Combs, professore di ingegneria ipersonica e aerospaziale, Dee Howard.
Le detonazioni avvengono ancora a impulsi, come in un jet a impulsi, ma un motore a detonazione a impulsi è in grado di spingere un veicolo a velocità più elevate, che si ritiene possano raggiungere Mach 5+. Poiché la detonazione rilascia più energia della deflagrazione, i motori di detonazione sono più efficienti, producendo più energia e spinta con meno carburante, consentendo carichi più leggeri e autonomie maggiori.
L'onda d'urto della detonazione viaggia significativamente più velocemente dell'onda di deflagrazione sfruttata dai motori a reazione di oggi, ha spiegato Trimble: fino a 2.000 metri al secondo (4.475 miglia all'ora) rispetto ai 10 metri al secondo della deflagrazione.
Nel maggio del 2008, l'Air Force Research Laboratory ha fatto la storia costruendo il primo aereo al mondo alimentato a detonazione a impulsi con equipaggio, utilizzando un aereo costruito in casa Scaled Composites chiamato Long-EZ. L'insolito aereo Franken ha gestito una velocità superiore a 120 miglia all'ora durante il suo volo di prova, con il pilota collaudatore Pete Siebold alla guida, e ha raggiunto un'altitudine compresa tra 60 e 100 piedi.
"Si tratta di un potenziale punto di svolta in termini di efficienza del carburante", ha affermato Fred Schauer, responsabile della propulsione dell'AFRL, a proposito del PDE che alimenta il Long-EZ.
“Per fare un confronto, se avessimo utilizzato lo stesso motore con la combustione convenzionale, avremmo prodotto meno di un terzo della spinta per lo stesso consumo di carburante. Rispetto ai motori tradizionali ci si potrebbe aspettare un risparmio di carburante dal 5 al 20%”.
L'Air Force all'epoca valutò che i miglioramenti al motore PDE avrebbero potuto eventualmente spingere gli aerei a velocità superiori a Mach 4+ e superiori se combinati con altri sistemi di propulsione avanzati come gli scramjet. Un motore a detonazione rotante potrebbe essere ancora più efficace, ma molti all’interno delle comunità accademiche e ingegneristiche si chiedono se un tale motore possa mai essere effettivamente costruito.
EMERGE IL MOTORE A DETONAZIONE ROTANTE
Un motore a detonazione rotante porta questo concetto a un livello superiore. Invece di far viaggiare l'onda di detonazione verso la parte posteriore dell'aereo come propulsione, viaggia attorno a un canale circolare all'interno del motore stesso.
Carburante e ossidanti vengono aggiunti al canale attraverso piccoli fori, che vengono poi colpiti e accesi dall'onda di detonazione che circola rapidamente. Il risultato è un motore che produce una spinta continua, anziché una spinta a impulsi, pur offrendo l'efficienza migliorata di un motore a detonazione. Molti motori di detonazione rotanti hanno più di un'onda di detonazione che circonda la camera contemporaneamente.
Come spiega Steve Trimble, gli RDE vedono un aumento di pressione durante la detonazione, mentre i motori a reazione tradizionali vedono una perdita totale di pressione durante la combustione, offrendo una maggiore efficienza. In effetti, i motori a detonazione rotante sono ancora più efficienti dei motori a detonazione a impulsi, che necessitano dello spurgo e del riempimento della camera di combustione per ogni impulso.
“In teoria, l’RDE è un po’ come il salto dai turbojet ai turbofan negli anni ’60, ma per veicoli ad alto livello supersonico. Dà un grande salto nell'impulso specifico (noto anche come efficienza del carburante), e se riesci a capire come impacchettarlo in un modo che non renda le cose significativamente più pesanti o meno aerodinamiche, dovresti essere in grado di ottenere una buona autonomia potenziarlo”, ha spiegato Trimble.
Nel 2020, un team dell'Università della Florida Centrale, lavorando con il programma di motori a razzo a detonazione rotante presso l'Air Force Research Laboratory, ha costruito e testato con successo il primo motore a detonazione rotante funzionante al mondo che ha continuato a funzionare fino a quando il suo carburante non è stato interrotto: in modo efficace ha dimostrato che il concetto era possibile. L'impianto di prova in rame da tre pollici sviluppato dal team ha prodotto con successo 200 libbre di spinta in condizioni di laboratorio.
Da allora, numerosi altri programmi hanno seguito l'esempio, con il noto produttore di motori Pratt e Whitney tra quelli in testa.
Motore ad onda di detonazione
Un motore ad onda di detonazione (in inglese pulse-detonation engine o "PDE") è un'evoluzione del pulsoreattore, il quale basa il suo funzionamento sulle pulsazioni dell'aria che lo percorre, ed è un tipo di motore aeronautico che può essere impiegato in un vasto campo di velocità che spaziano dal regime subsonico a quello ipersonico.
In teoria i motori PDE sono in grado di raggiungere un'efficienza superiore a quella di altri modelli e in più hanno molte meno parti in movimento. L'efficienza nello sfruttamento dell'energia del combustibile in un motore a onda di detonazione, può superare persino quella di un turbogetto o di un turbofan. Tuttavia, l'impossibilità di inserire una ventola tangenziale in un PDE (il metodo usato dai turbofan per aumentare l'efficienza complessiva migliorando il rapporto di diluizione o "BPR"), limita l'utilizzo dei motori ad onda di detonazione alle sole applicazioni dove i turbofan sono poco pratici o di impossibile adozione.
Fino a oggi, nessun motore di questo tipo è stato mai messo in produzione di serie, ma diversi modelli sperimentali sono stati provati al banco e un esemplare è stato installato con successo su di un velivolo che nel 2008 ha effettuato dei voli a bassa velocità.
Nel giugno 2008, la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) presentò il progetto Blackswift, un aereo ipersonico in grado di utilizzare queste tecnologie per raggiungere velocità fino a Mach 6+. Il progetto fu però cancellato poco dopo nell'ottobre del 2008.
Nel 2012 la EADS ha siglato un accordo con l'Istituto di fluidodinamica Lavrentiev presso Skolkovo vicino a Mosca, per lo sviluppo di un nuovo motore ad onda di detonazione continua (Continuous Detonation Engine o CDE).
Tutti i motori a getto convenzionali, e la maggior parte dei motori a razzo, si basano sulla deflagrazione del combustibile, che è una combustione rapida ma subsonica. Il motore ad onda di detonazione, invece, viene progettato per operare sfruttando la detonazione del combustibile, cioè la combustione a velocità supersoniche. Il funzionamento di base del PDE è simile a quello del pulsoreattori; aria viene mescolata con il combustibile per creare una miscela infiammabile che viene poi bruciata. La combustione risultante aumenta la pressione della miscela di circa 100 atmosfere (10 MPa) che successivamente si espande dall'ugello di scarico per generare spinta. Per garantire che il flusso di gas caldi generati si diriga verso la parte posteriore del motore, in modo da spingere il velivolo in avanti, si fa uso di una serie di valvole di chiusura della parte anteriore del motore accuratamente sincronizzate con il funzionamento e in grado di forzare l'aria a viaggiare in una sola direzione attraverso il motore.
Differenze con il pulsoreattore
La differenza principale tra un PDE e un pulsogetto tradizionale è che la miscela in camera di scoppio non effettua una combustione subsonica, ma viene portata a compiere una detonazione supersonica. Nel PDE, l'ossigeno e il combustibile si combinano generando gas che si muovono a velocità supersoniche (in pratica si tratta di una esplosione piuttosto che una combustione).
L'altra differenza, è che le valvole di chiusura sono sostituite da dispositivi più sofisticati, anche se in alcuni progetti di PDE della General Electric viene eliminato ogni dispositivo di chiusura grazie a un'attenta scelta dei tempi, utilizzando le differenze di pressione tra le diverse aree del motore, al fine di garantire che i gas caldi vengano espulsi all'indietro.
Getto di impulsi
Un motore a reazione (o jet a impulsi) è un tipo di motore a reazione in cui la combustione avviene a impulsi. Un motore a getto di impulsi può essere realizzato con poche o nessuna parte mobile, ed è in grado di funzionare in modo statico (ovvero non ha bisogno di aria forzata nella sua presa d'aria, tipicamente mediante movimento in avanti).
L'esempio più noto potrebbe essere l'Argus As 109-014 utilizzato per azionare la bomba volante V-1 della Germania nazista.
I motori a reazione sono una forma leggera di propulsione a reazione, ma di solito hanno uno scarso rapporto di compressione e quindi forniscono un impulso specifico basso.
Esistono due tipi principali di motori a getto di impulsi, entrambi utilizzano la combustione risonante e sfruttano i prodotti della combustione in espansione per formare un getto di scarico pulsante che produce spinta in modo intermittente. Il primo è noto come pulsato valvolato o tradizionale e presenta una serie di valvole unidirezionali attraverso le quali passa l'aria in entrata. Quando l'aria-carburante viene accesa, queste valvole si chiudono di colpo, il che significa che i gas caldi possono uscire solo attraverso il tubo di scappamento del motore, creando così una spinta in avanti. Il secondo tipo di getto a impulsi è noto come getto a impulsi senza valvola. Tecnicamente il termine per questo motore è jet a impulsi di tipo acustico, o jet a impulsi con valvola aerodinamica.
Una linea di ricerca notevole sui motori a impulsi include il motore a detonazione a impulsi, che comporta ripetute detonazioni nel motore e che può potenzialmente fornire un'elevata compressione e un'efficienza ragionevolmente buona.
Storia
L'inventore russo e ufficiale di artiglieria in pensione Nikolaj Afanasievich Teleshov brevettò un motore a getto di impulsi nel 1867, mentre anche l'inventore svedese Martin Wiberg afferma di aver inventato il primo getto di impulsi, in Svezia, ma i dettagli non sono chiari.
Il primo getto a impulsi funzionante fu brevettato nel 1906 dall'ingegnere russo VV Karavodin, che completò un modello funzionante nel 1907. L'inventore francese Georges Marconnet brevettò il suo motore a getto a impulsi senza valvola nel 1908, e Ramón Casanova, a Ripoll, in Spagna, brevettò un getto a impulsi a Barcellona nel 1917, dopo averne costruito uno a partire dal 1913. Robert Goddard inventò un motore a reazione nel 1931 e lo dimostrò su una bicicletta a propulsione a reazione. L'ingegnere Paul Schmidt fu pioniere di un progetto più efficiente basato sulla modifica delle valvole di aspirazione (o flap), guadagnandosi il sostegno del governo da parte del Ministero dell'Aeronautica tedesco nel 1933.
Nel 1909, Georges Marconnet sviluppò il primo combustore pulsante senza valvole. Era il nonno di tutti i getti a impulsi senza valvola. Il getto a impulsi senza valvola fu sperimentato dal gruppo francese di ricerca sulla propulsione SNECMA (Société Nationale d'Étude et de Construction de Moteurs d'Aviation), alla fine degli anni '40.
Il primo utilizzo diffuso del jet a impulsi senza valvola fu il drone olandese Aviolanda AT-21.
Argus As 109-014
Nel 1934, Georg Hans Madelung e Paul Schmidt, con sede a Monaco, proposero al Ministero dell'Aeronautica tedesco una "bomba volante" alimentata dal jet a impulsi di Schmidt. Madelung ha co-inventato il paracadute a nastro, un dispositivo utilizzato per stabilizzare la V-1 nella sua picchiata terminale. Il prototipo della bomba di Schmidt non riuscì a soddisfare le specifiche del Ministero dell'Aeronautica tedesco, soprattutto a causa della scarsa precisione, portata e costo elevato. Il progetto originale Schmidt aveva il jet a impulsi posizionato in una fusoliera come un moderno caccia a reazione, a differenza della V-1, che aveva il motore posizionato sopra la testata e la fusoliera.
La Argus Company iniziò a lavorare sulla base del lavoro di Schmidt. Altri produttori tedeschi che lavorarono su simili getti a impulsi e bombe volanti furono la società Askania, Robert Lusser di Fieseler, il dottor Fritz Gosslau di Argus e la società Siemens, che furono tutti uniti per lavorare sulla V-1.
Con Schmidt che ora lavorava per Argus, il getto a impulsi fu perfezionato e fu ufficialmente conosciuto con la sua designazione RLM come Argus As 109-014. Il primo lancio senza motore avvenne a Peenemünde il 28 ottobre 1942 e il primo volo a motore il 10 dicembre 1942.
Il jet a impulsi è stato valutato come un eccellente equilibrio tra costi e funzionalità: un design semplice che ha funzionato bene a un costo minimo. Funzionava con qualsiasi tipo di carburante derivato dal petrolio e il sistema dell'otturatore di accensione non era destinato a durare oltre la normale durata di volo operativa della V-1 di un'ora. Sebbene generasse una spinta insufficiente per il decollo, il jet risonante della V-1 poteva funzionare mentre era fermo sulla rampa di lancio. Il semplice design risonante basato sul rapporto (8,7:1) tra il diametro e la lunghezza del tubo di scarico ha funzionato per perpetuare il ciclo di combustione e ha raggiunto una frequenza di risonanza stabile a 43 cicli al secondo. Il motore produceva 2.200 N (490 lbf) di spinta statica e circa 3.300 N (740 lbf) in volo.
L'accensione nell'As 014 era fornita da una singola candela automobilistica, montata a circa 75 cm (30 pollici) dietro il gruppo di valvole montato anteriormente. La scintilla funzionava solo per la sequenza di avviamento del motore; l'Argus As 014, come tutti i jet a impulsi, non richiedeva bobine di accensione o magneti per l'accensione: la fonte di accensione era la coda della palla di fuoco precedente durante la corsa. L'involucro del motore non forniva calore sufficiente per provocare l'accensione del carburante di tipo diesel, poiché la compressione all'interno di un motore a getto di impulsi è insignificante.
Il sistema di valvole Argus As 014 era basato su un sistema di otturatore che funzionava alla frequenza del motore compresa tra 43 e 45 cicli al secondo.
Tre ugelli dell'aria nella parte anteriore dell'Argus As 014 erano collegati a una fonte esterna ad alta pressione per avviare il motore. Il combustibile utilizzato per l'accensione era l'acetilene; i tecnici dovevano posizionare un deflettore di legno o cartone nel tubo di scarico per impedire la diffusione dell'acetilene prima della completa accensione. Una volta acceso il motore e raggiunta la temperatura operativa minima, i tubi flessibili e i connettori esterni sono stati rimossi.
La V-1, essendo un missile da crociera, era privo di carrello di atterraggio, invece l'Argus As 014 veniva lanciato su una rampa inclinata alimentata da una catapulta a vapore azionata da pistoni . La potenza del vapore per azionare il pistone veniva generata dalla violenta reazione chimica esotermica creata quando il perossido di idrogeno e il permanganato di potassio (denominati T-Stoff e Z-Stoff) venivano combinati.
Il principale uso militare del motore a reazione, con la produzione in serie dell'unità Argus As 014 (il primo motore a reazione mai prodotto in serie), fu per l'uso con la bomba volante V-1. Il caratteristico ronzio del motore gli valse il soprannome di "buzz bomb" o "doodlebug". La V-1 era un missile da crociera tedesco utilizzato nella seconda guerra mondiale, soprattutto nel bombardamento di Londra nel 1944. I motori a impulsi, essendo economici e facili da costruire, furono la scelta ovvia per i progettisti della V-1, data la carenza di materiali e industria sotto stress in quella fase della guerra. I progettisti dei moderni missili da crociera non scelgono motori a impulsi per la propulsione. Gli unici altri usi del jet a impulsi che raggiunsero la fase hardware nella Germania nazista furono il Messerschmitt Me 328 e un progetto sperimentale Einpersonenfluggerät per la tedesca Heer.
Il personale tecnico del Wright Field ha decodificato la V-1 dai resti di una che non era riuscita a esplodere in Gran Bretagna. Il risultato fu la creazione del JB-2 Loon, con la cellula costruita dalla Republic Aviation, e la riproduzione del propulsore a getto d'impulso Argus As 014, noto con la designazione americana PJ31, prodotto dalla Ford Motor Company.
Il generale Hap Arnold delle forze aeree dell'esercito degli Stati Uniti era preoccupato che quest'arma potesse essere costruita in acciaio e legno, in 2000 ore di lavoro e con un costo approssimativo di 600 dollari (nel 1943).
Semplicità di progetto e basso costo
I motori Pulsejet sono caratterizzati da semplicità, basso costo di costruzione ed elevati livelli di rumore. Mentre il rapporto spinta-peso è eccellente, il consumo di carburante specifico per la spinta è molto scarso. Il getto di impulsi utilizza il ciclo Lenoir, che, in mancanza di un driver di compressione esterno come il pistone del ciclo Otto, o la turbina di compressione del ciclo Brayton, azionava la compressione con risonanza acustica in un tubo. Ciò limita il rapporto massimo di pressione di pre-combustione a circa 1,2 a 1.
Gli elevati livelli di rumore di solito li rendevano poco pratici per applicazioni diverse da quelle militari e altre applicazioni similmente limitate. Tuttavia, i getti a impulsi sono stati utilizzati su larga scala come sistemi di essiccazione industriale e c'è stata una ripresa dello studio di questi motori per applicazioni come il riscaldamento ad alto rendimento, la conversione della biomassa e i sistemi di energia alternativa, poiché i getti a impulsi possono funzionare su quasi tutto ciò che brucia, compresi i combustibili particolati come segatura o polvere di carbone.
I jet a impulsi sono stati utilizzati per alimentare elicotteri sperimentali, i motori sono fissati alle estremità delle pale del rotore. Nel fornire energia ai rotori degli elicotteri, i jet a impulsi hanno il vantaggio rispetto ai motori a turbina o a pistoni di non produrre coppia sulla fusoliera poiché non applicano forza all'albero, ma spingono le punte. Un elicottero può quindi essere costruito senza rotore di coda e con la relativa trasmissione e albero motore, semplificando l'aereo (è ancora necessario il controllo ciclico e collettivo del rotore principale).
Questo concetto fu preso in considerazione già nel 1947, quando l'American Helicopter Company iniziò a lavorare sul suo prototipo di elicottero XA-5 Top Sergeant alimentato da motori a getto di impulsi sulle punte del rotore. L'XA-5 volò per la prima volta nel gennaio 1949 e fu seguito dall'XA-6 Buck Private con lo stesso design a getto di impulsi. Sempre nel 1949 Hiller Helicopters costruì e testò l'Hiller Powerblade, il primo rotore a getto di pressione a ciclo caldo al mondo.
Hiller passò ai ramjet montati sulla punta, ma American Helicopter continuò a sviluppare l'XA-8 sotto un contratto dell'esercito americano. Volò per la prima volta nel 1952 ed era conosciuto come XH-26 Jet Jeep. Utilizzava getti a impulsi XPJ49 montati sulle punte del rotore. L'XH-26 raggiunse tutti i suoi principali obiettivi progettuali, ma l'esercito annullò il progetto a causa del livello inaccettabile di rumore dei getti a impulsi e del fatto che la resistenza dei getti a impulsi sulle punte del rotore rendeva l'autorotazione e gli atterraggi molto problematici. È stato affermato che la propulsione dalla punta del rotore riduceva il costo di produzione dei velivoli ad ala rotante a 1/10 di quello dei velivoli ad ala rotante a motore convenzionale.
I Pulsejet sono stati utilizzati anche negli aeromodelli sia di linea di controllo che radiocomandati. Il record di velocità per gli aeromodelli alimentati a impulsi con linea di controllo è superiore a 200 miglia orarie (323 km / h).
La velocità di un getto a impulsi radiocomandato in volo libero è limitata dal design dell'aspirazione del motore. A circa 450 km/h (280 mph) i sistemi di valvole della maggior parte dei motori con valvole smettono di chiudersi completamente a causa della pressione dell'aria del pistone, con conseguente perdita di prestazioni.
La geometria di aspirazione variabile consente al motore di produrre piena potenza alla maggior parte delle velocità ottimizzando la velocità alla quale l'aria entra nel getto a impulsi. I modelli senza valvole non sono influenzati negativamente dalla pressione dell'aria del pistone come altri modelli, poiché non sono mai stati progettati per interrompere il flusso in uscita dall'aspirazione e possono aumentare significativamente la potenza alla velocità.
Un'altra caratteristica dei motori a getto d'impulso è che la loro spinta può essere aumentata mediante un condotto dalla forma speciale posto dietro il motore. Il condotto agisce come un'ala anulare, che uniforma la spinta pulsante, sfruttando le forze aerodinamiche nello scarico. Il condotto, tipicamente chiamato potenziatore, può aumentare significativamente la spinta di un jet a impulsi senza ulteriore consumo di carburante. Sono possibili aumenti del 100% della spinta, con conseguente efficienza del carburante molto più elevata. Tuttavia, più grande è il condotto dell'aumentatore, maggiore è la resistenza che produce ed è efficace solo entro intervalli di velocità specifici.
Disegni con valvole
I motori a impulsi con valvola utilizzano una valvola meccanica per controllare il flusso di scarico in espansione, costringendo il gas caldo a uscire dalla parte posteriore del motore solo attraverso il tubo di scappamento e consentendo all'aria fresca e più carburante di entrare attraverso l'aspirazione come l'inerzia del motore i gas di scarico in fuga creano un vuoto parziale per una frazione di secondo dopo ogni detonazione. Ciò attira ulteriore aria e carburante tra gli impulsi.
Il getto di impulsi con valvola comprende un'aspirazione con una disposizione di valvola unidirezionale. Le valvole impediscono al gas esplosivo della miscela di carburante accesa nella camera di combustione di uscire e interrompere il flusso d'aria di aspirazione, sebbene con tutti i pratici getti a impulsi con valvola si verifichi un certo "contraccolpo" durante il funzionamento statico o a bassa velocità, poiché le valvole non possono chiudersi abbastanza velocemente per evitare che parte del gas fuoriesca dall'aspirazione. I gas di scarico surriscaldati escono attraverso un tubo di scarico acusticamente risonante.
La valvola di aspirazione è tipicamente una valvola lamellare. Le due configurazioni più comuni sono la valvola a margherita e la valvola a griglia rettangolare. Una valvola a margherita è costituita da un sottile foglio di materiale con funzione di canna, tagliato a forma di margherita stilizzata con "petali" che si allargano verso le estremità. Ogni "petalo" copre un foro di aspirazione circolare sulla punta. La valvola a margherita è imbullonata al collettore attraverso il suo centro. Sebbene sia più facile da costruire su piccola scala, è meno efficace di una griglia di valvole.
La frequenza del ciclo dipende principalmente dalla lunghezza del motore. Per un modello di motore piccolo la frequenza può essere di circa 250 impulsi al secondo, mentre per un motore più grande come quello utilizzato sulla bomba volante tedesca V-1, la frequenza era più vicina a 45 impulsi al secondo. Il suono a bassa frequenza prodotto fece sì che i missili venissero soprannominati "bombe ronzanti”.
Disegni senza valvole
I motori a getto di impulsi senza valvole non hanno parti mobili e utilizzano solo la loro geometria per controllare il flusso di scarico dal motore. I getti pulsati senza valvola espellono i gas di scarico sia dalle prese che dallo scarico, ma la maggior parte della forza prodotta fuoriesce attraverso la sezione trasversale più ampia dello scarico. La maggiore quantità di massa che lascia lo scarico più ampio ha più inerzia rispetto al flusso all'indietro in uscita dall'aspirazione, consentendogli di produrre un vuoto parziale per una frazione di secondo dopo ogni detonazione, invertendo il flusso dell'aspirazione nella direzione corretta e quindi ingerendo più aria e carburante. Ciò accade decine di volte al secondo.
Il getto di impulsi senza valvola funziona secondo lo stesso principio del getto di impulsi con valvola, ma la "valvola" è la geometria del motore. Il carburante, sotto forma di gas o liquido nebulizzato, viene miscelato con l'aria nell'aspirazione oppure iniettato direttamente nella camera di combustione. L'avviamento del motore richiede solitamente aria forzata e una fonte di accensione, come una candela, per la miscela aria-carburante. Con i moderni progetti di motori fabbricati, quasi tutti i progetti possono essere realizzati per essere ad avviamento automatico fornendo al motore carburante e una scintilla di accensione, avviando il motore senza aria compressa. Una volta in funzione, il motore richiede solo l'immissione di carburante per mantenere un ciclo di combustione autosufficiente.
Il ciclo di combustione comprende cinque o sei fasi a seconda del motore: aspirazione, compressione, iniezione di carburante (opzionale), accensione, combustione e scarico.
A partire dall'accensione all'interno della camera di combustione viene generata un'alta pressione attraverso la combustione della miscela aria-carburante. Il gas pressurizzato della combustione non può uscire in avanti attraverso la valvola di aspirazione unidirezionale e quindi esce solo posteriormente attraverso il tubo di scarico.
La reazione inerziale di questo flusso di gas fa sì che il motore fornisca spinta, questa forza viene utilizzata per spingere una cellula o una pala del rotore. L'inerzia dei gas di scarico in movimento provoca una bassa pressione nella camera di combustione. Questa pressione è inferiore alla pressione in ingresso (a monte della valvola unidirezionale) e quindi inizia la fase di induzione del ciclo.
Nel più semplice dei motori a reazione questa aspirazione avviene attraverso un Venturi, che fa sì che il carburante venga prelevato da una fonte di carburante. Nei motori più complessi il carburante può essere iniettato direttamente nella camera di combustione. Quando è in corso la fase di induzione, il carburante in forma atomizzata viene iniettato nella camera di combustione per riempire il vuoto formato dalla fuoriuscita del bolide precedente; il carburante atomizzato cerca di riempire l'intero tubo compreso lo scarico. Ciò fa sì che il carburante atomizzato nella parte posteriore della camera di combustione "lampeggia" quando entra in contatto con i gas caldi della colonna di gas precedente: il lampo risultante "sbatte" le valvole lamellari o, nel caso di modelli senza valvole, interrompe il flusso di carburante finché non si forma il vuoto e il ciclo si ripete.
I getti di impulsi senza valvola sono disponibili in diverse forme e dimensioni, con design diversi adatti a funzioni diverse. Un tipico motore senza valvole avrà uno o più tubi di aspirazione, una sezione della camera di combustione e una o più sezioni del tubo di scarico.
Il tubo di aspirazione aspira l'aria e la mescola al combustibile per la combustione, inoltre controlla, come una valvola, l'espulsione dei gas di scarico, limitandone il flusso ma non arrestandolo del tutto. Mentre la miscela aria-carburante brucia, la maggior parte del gas in espansione viene espulsa dal tubo di scarico del motore. Poiché i tubi di aspirazione espellono anche il gas durante il ciclo di scarico del motore, la maggior parte dei motori senza valvole ha le prese rivolte all'indietro in modo che la spinta creata si aggiunga alla spinta complessiva, anziché ridurla.
La combustione crea due fronti d'onda di pressione, uno che viaggia lungo il tubo di scarico più lungo e l'altro lungo il tubo di aspirazione corto. Mettendo a punto adeguatamente il sistema (progettando adeguatamente le dimensioni del motore), è possibile ottenere un processo di combustione risonante.
Mentre alcuni motori senza valvole sono noti per essere estremamente assetati di carburante, altri progetti utilizzano molto meno carburante di un jet a impulsi con valvola e un sistema adeguatamente progettato con componenti e tecniche avanzate può competere o superare l'efficienza del carburante dei piccoli motori a turbogetto.
Un motore senza valvole progettato correttamente eccellerà in volo poiché non ha valvole e la pressione dell'aria del pistone dovuta al viaggio ad alta velocità non causa l'arresto del motore come un motore con valvole. Possono raggiungere velocità massime più elevate, con alcuni progetti avanzati in grado di funzionare a Mach 0,7 o forse superiore.
Il vantaggio del getto di impulsi di tipo acustico è la semplicità. Poiché non ci sono parti mobili soggette a usura, sono più facili da mantenere e più semplici da costruire.
Utilizzi futuri
I Pulse-jet vengono oggi utilizzati negli aerei droni bersaglio, negli aeromodelli delle linee di controllo di volo (così come negli aerei radiocomandati), nei generatori di nebbia e nelle apparecchiature di essiccazione industriale e di riscaldamento domestico. Poiché i getti a impulsi rappresentano un modo efficiente e semplice per convertire il carburante in calore, gli sperimentatori li stanno utilizzando per nuove applicazioni industriali come la conversione di combustibile da biomassa e sistemi di caldaie e riscaldatori.
Alcuni sperimentatori continuano a lavorare su progetti migliorati. I motori sono difficili da integrare nei progetti di aerei commerciali con equipaggio a causa del rumore e delle vibrazioni, sebbene eccellano sui veicoli senza equipaggio su scala ridotta.
Il motore a detonazione a impulsi (PDE) segna un nuovo approccio verso i motori a reazione non continui e promette una maggiore efficienza del carburante rispetto ai motori a reazione turbofan, almeno a velocità molto elevate.
Pratt & Whitney e General Electric hanno ora programmi di ricerca PDE attivi.
La maggior parte dei programmi di ricerca PDE utilizzano motori a getto di impulsi per testare le idee nelle prime fasi della fase di progettazione.
Boeing ha una tecnologia proprietaria di motori a getto di impulsi chiamata Pulse Ejector Thrust Augmentor (PETA), che propone di utilizzare motori a getto di impulsi per il sollevamento verticale negli aerei VTOL militari e commerciali.
Ripensare la guerra, e il suo posto
nella cultura politica europea contemporanea,
è il solo modo per non trovarsi di nuovo davanti
a un disegno spezzato
senza nessuna strategia
per poterlo ricostruire su basi più solide e più universali.
Se c’è una cosa che gli ultimi eventi ci stanno insegnando
è che non bisogna arrendersi mai,
che la difesa della propria libertà
ha un costo
ma è il presupposto per perseguire ogni sogno,
ogni speranza, ogni scopo,
che le cose per cui vale la pena di vivere
sono le stesse per cui vale la pena di morire.
Si può scegliere di vivere da servi su questa terra, ma un popolo esiste in quanto libero,
in quanto capace di autodeterminarsi,
vive finché è capace di lottare per la propria libertà:
altrimenti cessa di esistere come popolo.
Qualcuno è convinto che coloro che seguono questo blog sono dei semplici guerrafondai!
Nulla di più errato.
Quelli che, come noi, conoscono le immense potenzialità distruttive dei moderni armamenti
sono i primi assertori della "PACE".
Quelli come noi mettono in campo le più avanzate competenze e conoscenze
per assicurare il massimo della protezione dei cittadini e dei territori:
SEMPRE!
….Gli attuali eventi storici ci devono insegnare che, se vuoi vivere in pace,
devi essere sempre pronto a difendere la tua Libertà….
La difesa è per noi rilevante
poiché essa è la precondizione per la libertà e il benessere sociale.
Dopo alcuni decenni di “pace”,
alcuni si sono abituati a darla per scontata:
una sorta di dono divino e non,
un bene pagato a carissimo prezzo dopo innumerevoli devastanti conflitti.…
…Vorrei preservare la mia identità,
difendere la mia cultura,
conservare le mie tradizioni.
L’importante non è che accanto a me
ci sia un tripudio di fari,
ma che io faccia la mia parte,
donando quello che ho ricevuto dai miei AVI,
fiamma modesta ma utile a trasmettere speranza
ai popoli che difendono la propria Patria!
Signore, apri i nostri cuori
affinché siano spezzate le catene
della violenza e dell’odio,
e finalmente il male sia vinto dal bene…
(Fonti: https://svppbellum.blogspot.com/, Web, Google, SANDBOXX, Wikipedia, You Tube)
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