Tipos de motores a jato

2014-09-07

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Os seguintes tipos principais de motores a jato são conhecidos:

Os motores de foguetes com propulsão a pó e líquido não precisam do oxigênio do ar ambiente para seu funcionamento, uma vez que o oxigênio necessário para a combustão do combustível está contido nas substâncias que compõem o pó, ou em um oxidante líquido.

Durante a combustão de pólvora ou combustível líquido em uma mistura com um oxidante líquido, produtos de combustão são formados que ocupam um volume muitas vezes maior do que os produtos iniciais, portanto, produtos de combustão na forma de gases escapam do bico de jato em alta velocidade.

Em virtude da lei da conservação da energia, o momento de um sistema de corpos é um valor constante. O motor e os produtos de combustão nele contidos são um sistema de dois corpos. E se um dos corpos do sistema (produtos de combustão) com massa m recebe a velocidade de escoamento V „CT, ou seja, cria uma quantidade de movimento igual ao produto, então o outro corpo do sistema (motor) deve receber uma quantidade de movimento igual em magnitude, mas na direção oposta ... Somente neste caso, o momentum de todo o sistema não mudará e a lei de conservação de energia não será violada. Se o motor tiver massa, ele receberá uma velocidade V na direção oposta ao escoamento do gás. A quantidade de movimento do motor, igual ao produto, deve ser igual à quantidade de movimento dos produtos de combustão

O uso de motores de foguete de propelente líquido e pó para um helicóptero é difícil devido ao tempo limitado de operação e à dificuldade de estrangulamento. Quando em funcionamento, esses motores desenvolvem o mesmo empuxo o tempo todo, até que todo o combustível se queime.

Em motores de foguete de propelente líquido, é difícil regular o suprimento de combustível sob alta pressão, sua eficiência é pequena e sua vida útil é curta. Portanto, os motores de foguete de propelente e de propelente líquido não podem ser usados como motores para girar o corpo de suporte.

Um motor ramjet usa o oxigênio do ar ambiente para a combustão do combustível e consiste nas seguintes partes principais: uma entrada de ar (difusor de entrada), uma câmara de combustão e um bico injetor.

A entrada de ar é usada para direcionar o fluxo de ar para o motor. A forma da entrada para a entrada de ar e a mudança na área de fluxo ao longo do fluxo são escolhidas de modo a fornecer um aumento na pressão do ar ao longo do caminho para a câmara de combustão com perdas hidráulicas mínimas na entrada. Para reduzir as perdas na entrada da admissão de ar, sua borda frontal é feita em forma de perfil de asa anular, cujo nariz possui um pequeno raio de curvatura. Para aumentar a pressão do ar, a entrada de ar tem a forma de um canal em expansão (difusor).

A transformação da energia térmica contida no gás em trabalho mecânico de escoamento só pode ocorrer em decorrência da expansão do gás. Portanto, antes de entrar na câmara de combustão, o ar deve ser pré-comprimido para aumentar sua pressão.

Em vôo, o ar se aproxima da entrada de ar do motor a uma velocidade igual à velocidade de vôo. Quando o helicóptero está pairando, essa velocidade é igual à velocidade periférica da ponta da pá. Antes de entrar na entrada de ar, o ar desacelera um pouco, devido ao qual sua pressão aumenta, e uma vez que entra no canal de expansão da entrada de ar, reduz ainda mais sua velocidade, devido ao qual a pressão continua aumentando.

Assim, em um motor ramjet, a pressão do ar aumenta devido ao uso da energia cinética do ar que entra nele. Isso explica a impossibilidade do motor ramjet de operar no local quando a velocidade de fluxo que se aproxima é zero. Isso também explica o aumento do empuxo do motor com o aumento de sua velocidade. O rotor principal de um helicóptero com motores ramjet instalados nas extremidades das pás, portanto, requer um spin-up preliminar de uma fonte externa de energia antes de dar partida nos motores.

O combustível é continuamente fornecido à câmara de combustão por meio de injetores. Quando o combustível queima, o ar se aquece e se expande, com o que sua velocidade aumenta. O gás sai do bocal do jato a uma velocidade muito maior do que a velocidade de entrada. Como resultado da aceleração da massa de gás, o impulso do jato é formado dentro do motor.

Um motor ramjet pode ser usado com sucesso para um helicóptero se a hélice for pré-destorcida.

Nesse aspecto, um motor a jato pulsante se compara favoravelmente com um motor ramjet, uma vez que pode criar empuxo no lugar (sem mover o helicóptero) e não requer girar a hélice.

Em um motor pulsante, a combustão do combustível não ocorre continuamente, como em um motor ramjet, mas periodicamente. Uma grade com válvulas é instalada na frente da câmara de combustão de um motor pulsante. Devido à presença de uma diferença na pressão do ar na entrada de ar e na câmara de combustão, as válvulas se abrem e uma porção de ar fresco é passada para a câmara de combustão. Ao mesmo tempo, o combustível é injetado na câmara de combustão e inflamado. O aquecimento do ar provoca um aumento de pressão de curto prazo na câmara de combustão, como resultado do qual as válvulas da grelha são fechadas. Os gases da câmara de combustão escapam em alta velocidade através do bocal de jato, o que causa uma diminuição na pressão

na câmara de combustão, e as válvulas reabrem, deixando entrar outra porção de ar fresco na câmara, após o que o ciclo se repete. O impulso de tal motor varia de máximo a zero. Porém, devido ao fato de a frequência das pulsações ser muito elevada, as mudanças no empuxo praticamente não afetam a uniformidade de rotação do rotor principal. A frequência de ondulação é inversamente proporcional ao comprimento do motor. Assim, se um motor com um comprimento de 610 mm opera a uma frequência de pulsação de 270 ciclos por segundo, então um motor com um comprimento de 915 mm opera a uma frequência de 180 ciclos por segundo.

Vale ressaltar que o abastecimento dos motores nas pontas das pás dispensa o uso de bombas de alimentação forçada. O fato é que a força centrífuga que surge da rotação do próprio rotor principal conduz o combustível do cubo do rotor para os motores ao longo das linhas de combustível colocadas ao longo da pá. No entanto, neste caso, é difícil vedar a junta móvel através da qual o combustível das tubagens localizadas na parte fixa do helicóptero é transferido para a manga rotativa.

O projeto do motor e a regulação do combustível e da ignição devem garantir que a combustão esteja sincronizada com a pulsação da coluna de gás.

Um motor pulsante, além de ser capaz de gerar empuxo ao operar no local, também tem a vantagem de consumir significativamente menos combustível por quilograma de empuxo do que outros tipos de motores a jato. Ao escolher um motor para instalação nas pontas das hélices do helicóptero, os projetistas costumam parar em um motor pulsante também porque esse motor desenvolve a maior quantidade de empuxo por unidade de área frontal.

A principal desvantagem dos motores pulsantes são as cargas vibratórias significativas, o que explica a curta vida útil das válvulas de admissão (várias horas) e as freqüentes avarias por fadiga do tubo de escape. Além disso, as desvantagens incluem a necessidade de ar comprimido para a partida (para os ciclos iniciais) e, por fim, o alto ruído do motor funcionando.

Os motores turbojato e turboélice, como existem hoje, não podem ser usados nas pontas das pás. Embora esses motores tenham o menor consumo específico combustível por hora para cada quilograma de empuxo ou para cada cavalo-vapor, mas a gravidade específica desses motores, ou seja, a relação peso-empuxo, ainda é tão grande que não permite que sejam efetivamente usados nas extremidades do lâminas. Esses motores podem ser usados em helicópteros em uma usina convencional com acionamento mecânico do rotor principal.

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