MOTOREACTORUL

  In cazul motoarelor cu reactie sunt multi termeni care desi par asemanatori, reprezinta fiecare un alt sistem constructiv. Sunt nenumarate confuzii, traduceri gresite, pe care din nereficire si celebra wikipedia le perpetueaza .

Sa facem o mica recapitulare :

- motorul cu reactie  - este un motor care produce tractiune prin expulzarea  unui  mase  de fluid,  in conformitate cu legea a treia a dinamicii (principiul actiunii si reactiunii - de aici si denumirea "cu reactie") .

 Principalele tipuri de motoare cu reactie in aviatie sunt : motoreactoare,  turboreactoare, pulsoreactoare, statoreactoare.  (Turbopropulsorul si turbomotorul , nu genereaza  ca efect principal forta de tractiune prin reactie, ele actionand o elice.)

Acestea sunt motoare care folosesc oxigenul din aer pentru arderea combustibilului si sunt  numite aeroreactoare.

- motoreactorul  - este primul model de motor cu reactie, in care compresorul este antrenat de un motor cu piston si nu de turbina, arderea avand loc prin injectie de combustibil intr-o camera de ardere ( asemanator postcombustiei turboreactoarelor)

- turboreactorul - este un motor cu reactie format dintr-un compresor , o camera de ardere , o turbina care antreneaza compresorul si un ajutaj de reactie. Functioneaza conform ciclului Bryton.

Termenul de "turbo" , semnifica  o turbina care antreneaza compresorul  . Mai apar si termeni ca turboventilator, care reprezinta o subcategorie de turboreactor.

- pulsoreactorul, statoreactorul - motoare cu reactie simple, fara turbina sau compresor

Motoare cu reactie sunt si motoarele racheta, care folosesc oxidant aflat in propriile rezervoare in locul oxigenului din aer.

Principala confuzie este aceea de a folosi termenul de motor cu reactie numai pentru turboreactoare, Astfel, in mod uzual, cand spunem avion cu reactie, ne referim la avioane cu motoare turboreactoare.

Nu este o mare greseala, daca tinem cont ca aproape toate avioanele cu reactie militare sau civile folosesc de fapt numai turboreactoare. 

In trecut au fost si alte sisteme de propulsie cu reactie, cum este posibil in viitor sa se foloseasca si alt tip de motoare decat turboreactorul.

Nu as fi facut aceasta introducere aparent scolastica, daca aceste confuzii nu ar avea o mare importanta pentru istoria aeronauticii romane.

Primul avion propulsat de un motor cu reactie, a fost cel al lui Coanda in 1910.

In general istoricii au discutat mai mult de faptul daca avionul a zburat sau nu.  

O alta polemica este legata si de faptul daca motorul folosit de Coanda este sau nu un motor cu reactie.

Avionul era propulsat de un motor cu reactie si anume un motoreactor foarte simplu.

Un motor cu piston Clerget de 50 CP, antrena printr-un multiplicator de turatie un compresor centrifugal, avand turatia de 4000 rot/min. Debitul acestuia putea fi reglat printr-un "iris" (obturator similar cu cel de la aparatele foto).

Fluxul de aer generat de compresor  era canalizat catre doua camere de ardere inelare laterale, in care se injecta combustibil generand prin ardere si ejectie, forta de tractiune. In plus si gazele de evacuare ale motorului cu piston erau amestecate cu fluxul de aer generat de compresor.

Forta de tractiune astfel generata era de 220 kgf.

Compresorul motorului Coanda

 Exista si critici care sustin faptul ca nu exista dovezi ale  montarii pe avion a camerelor de ardere si deci  acesta este un avion cu ventilator carenat (ducted fan). In acest caz, ar lipsi arderea combustibilului in fluxul de aer  aval de compresor, iar propulsia nu poate fi considerata ca fiind generata de un motor cu reactie.

Cred ca e mai bine sa lasam aceste dispute in sarcina istoricilor de specialitate.

Cum vorbeam de confuzii, probabil faptul ca motorul acesta era denumit de Coanda, "turbo propulseur", a generat multe idei gresite. Sa nu uitam ca era un pionerat, iar denumirile si clasificarile motoarelor cu reactie au aparut ulterior.

Motoreactorul  a fost dezvoltat mult mai tarziu, fara a avea mare succes.

Asa cum a spus Gustav Eiffel despre Coanda - " acest baiat trebuia sa se nasca cu 30 de ani mai tarziu"

In 1910  avea doar 24 de ani.

Motorul nu prezenta un interes economic imediat si a fost rapid uitat datorita dezvoltarii spectaculoase a propulsiei folosind motorul cu piston ce antrena o elice. 

Coanda a colaborat in realizarea motorului  cu Giovanni Caproni , in a carui ateliere din Taliedo, o suburbie din Milano, a fost produs si testat. Impreuna mai realizasera planoare si hidroavioane.

Cei doi fusesera colegi si buni prieteni la Institutul Montefiori din Liege. 

 Proiectul motoreactorului a fost reluat incepand cu 1931 de  Secondo Campini , care impreuna cu Giovanni Caproni, au construit avionul Caproni-Campini N1 , cunsocut si sub denumirea CC2 .

    CC2 

Propulusia este realizata de un sistem similar ce cel incercat de Coanda. Un motor cu piston antreneaza un compresor , iar fluxul de aer sub presiune este transvazat catre camera de ardere in care are loc combustia, iar gazele arse sunt ejctate generand forta de tractiune.

A zburat prima data in 27 august 1940. 

Intru-cat zborul lui Henkel 178 din 27 august 1939 , primul avion cu reactie functional, a fost tinut secret de nemti, CC 2  era considerat spre mandria italienilor , ca o premiera a zborului cu reactie .

Propaganda lui Mussolini a folosit din plin acest proiect .

Datorita debitului de aer redus, genera doar 700 kgf, avionul avand viteza maxima de 375 km/h.

Au fost realizate doua prototipuri , programul fiind intrerupt datorita razboiului.

Si nemtii au incercat acest sistem de propulsie.  Cele mai cunoscute sunt motoreacterele dezvoltate de Heinkel.

                                                                       tractiune                 cu postcombustie


HeS 50d

24 cilindri, Diesel

678 kg

950 kgf a 0 km/h        325 kgf a 800 km/h

1800 kgf a 0 km/h 2000 kgf a 800 km/h

HeS 50z

16 cilindri, doi timpi

370 kg

550 kgf a 0 km/h      400 kgf a 800 km/h

850 kgf a 0 km/h 700 kgf a 800 km/h

HeS 60

32 cilindri, doi timpi

800 kg

525 kgf a 0 km/h      425 kgf a 800 km/h

1200 kgf a 0 km/h 1100 kfg a 800 km/h



Japonezii au dezvoltat motorul Ishikawajima Tsu-11, destinat avioanelor Ohka 22  , folosite pentru atacuri sinucigase . Erau lansate de pe bombardiere.

Tsu 11

Motorul cu piston era de tip 4 cilindri inversat , racit cu aer  si antrena o singura treapta de compresor.

Rusii au incercat si ei sistemul, depasind cu mult ca performante modelul italian CC2.

A fost dezvoltat  MIG I-250 care a zburat prima data pe 3 martie 1945.

Daca ar fi  intrat in productie de serie, ar fi fost denumit MIG 13.

Motorul cu piston era un Klimov VK 107R  de tip V12 racit cu lichid si dezvoltand 1650 CP.

I 250 

Avionul era propulsat atat de elice , cat si de sistemul VRDK (Vozdushno reakyivny dvigatyel kompressorny- motor aeroreactor cu compresor). Acesta functiona ca un booster, adaugand circa 300 kgf tractiune si crescand viteza cu 100 km/h.

S-au realizat 16 avioane si desi au avut succes, aparitia motorului turboreactor a condus la stoparea programului.

Un alt avion dotat cu motoreactor a fost si Sukhoi Su 5. 

A avut o  constructie similara cu cea lui I 250, folosind acelasi motor cu piston

A fost realizat un singur prototip , care a atins 793 km/h , fiind testat in 1945 si apoi abandonat.

Americanii au avut in 1942 un program pentru constructia unui motoreactor , fara rezultate concrete, acesta fiind destinat unui avion numit NACA Jeep , care a ramas la nivel de schita.

O alta idee, a fost folosirea fortei de tractiune generate de gazele evacuate din uriasele turbocompresoare ale motoarelor  P&W 4360 montate pe bombardiere.

Pratt&Whitney 4360 -51VDT (Variable discharge turbine)

 S-au facut cateva modificari : a fost eliminat compresorul mecanic si a fost folosita injectia directa de benzina in locul carburatorului. Iesirea din turbina turbocompresorului a fost prevazuta cu un ajutaj pentru reactie.

Destinat initial  pentru YB 50C Superfortress, nu fost folosit ulterior pe alte modele, datorita aparitiei turboreactorului ce a echipat B 47 si B 52.

La  capacitatea  de 71 l a celor 28 cilindri, debitul de gaze arse era impresionant.

Forta de tractiune generata era echivalenta cu o crestere a puterii motorului de aproape 800 CP. (putere max. 4300 CP)

La unele avioane s-a folosit si forta reactiva de la gazele de evacuare, prin profilarea tubulaturii la iesirea din motor, sub forma unor mici ajutaje.

Mitsubishi 0  cu esapament modificat

Solutia a fost aplicata pe avioanele americane dotate cu Allison V 12 , respectiv P 40 si P 51.

Un alt fenomen interesant, a fost descoperit de inginerul englez  F.W. Meredith, efectul  purtandu-i numele . Avioanele care foloseau motoare racite cu lichid, aveau bineinteles nevoie de un radiator , care genera o forta apreciabila de rezistenta la inaintare. Efectul Meredith, consta in incalzirea aerului ce traverseaza celulele radiatorului si folosirea acestuia in generarea unei forte de tractiune suplimentare. Astfel, priza de admisie si sistemul de evacuare au fost proiectate pentru acest scop, formand un mic motor cu reactie.

Efectul Meredith folosit pe un P 51 Mustang

In final am lasat cele mai sofisticate motoreactoare, construite bineinteles de englezi

Napier Nomad a fost dezvoltat pentru o maxima eficienta, incercand sa concureze fara succes in fata motoarelor turboreactoare si turbopropulsoare.

Cred ca este unul din cele mai complexe motoare realizate vreodata.

In primul rand este un motor Diesel in 2 timpi supraalimentat, cu intercooler ( semanand cu jumatate dintr-un Sabre) ce antreneaza prima elice , un turbocompresor ce antreneaza a doua elice si un fel de afterburner , ce injecteaza combustibil dupa turbina. E un fel de 3 in 1.

Genera 3000 CP si 170 kgf tractiune.

NAPIER NOMAD 1

NAPIER NOMAD I

 Nomad 2 era ceva mai simplu, antrenand o singura elice . Motorul era mai simplu si mai usor.

Au fost testate cu succes, dar au ramas la nivel de prototipuri.

 Toate aceste motoare au fost considerate de multi ca primitive si in consecinta, in mod gresit, nu au fost incluse in categoria motoarelor cu reactie. Au combinat tehnologii diferite si in final au pierdut in fata turboreactoarelor.

 Motoreactoarele au avut o viata scurta . Cel al lui Coanda a aparut prea devreme, iar celelate prea tarziu. 

Acum poate intelegem mai bine de ce sunt atatea dispute legate de extraordinarul avion al lui Coanda si al sau motoreactor.

Motoarele avioanelor din WWII (II)

 Evolutiile avioanelor in luptele aeriene pe parcursul WWII, au generat permanent noi cerinte de imbunatire a performantelor motoarelor .

 Primele versiuni ale motorului Rolls Royce Merlin, aveau un carburator cu flotor  model SU, care si-a aratat deficientele constructive in luptele aeriene din Franta si apoi in batalia Angliei.

La manevre cu acceleratie negativa, benzina era transferata in amontele carburatorului, in loc sa ajunga la motor, iar la sarcini prelungite, flotorul se bloca pe deschis, inundand camera plutitorului.

Motorul se ineca  sau chiar se oprea in astfel de conditii, ducand la dezavantaje evidente in lupta.

Germanii, care aveau motoare cu injectie , nu intampinau aceste probleme si foloseau frecvent evolutii cu g negativ, in timp ce englezii trebuiau sa execute jumatate de tonou in plus pentrru a evita acceleratiile negative.

 Problema nu a fost rezolvata de RR, ci de o tanara inginera, Beatrice 'Tilly' Shilling ,  printr-o solutie simpla : instalarea unui orificiu calibrat in carburator , denumit cu umor englezesc, orificiul domnisoarei Shilling.

 A fost introdus rapid pe toate avioanele si a rezolvat partial dezavantajele fata de cele germane, in special fata de Messeschmitt Bf 109E, echipat cu motorul Daimler Benz DB 601 .

 Americanii au capturat in 1942 un Mitsubishi A6M Zero si pe parcursul testelor in zbor, au gasit aceeasi deficienta a carburatorului, ca si la motorul de pe Spitfire. In consecinta, pilotii americani au fost instruiti sa speculeze aceasta deficienta in luptele aeriene.

 Solutia care a rezolvat aceasta problema , a fost folosirea carburatoarelor cu injectie , dezvoltate de RR si Bendix Stromberg in SUA incepand cu 1943.

  

Schema principiu carburator cu injectie

  Injectia directa a fost dezvoltata de Bosch pe motoarele Junkers Jumo 210, DB 601 si BMW 801. 

Tehnologia a fost transferata si japonezilor, fiind utilizata pe unele variante ale Mitsubishi Kinsei si    Kasei .

  Necesitatea unei puteri mai mari in conditiile de dogfight, a condus la dezvoltarea mai multor solutii tehnice specifice.

  Cum americanii sunt specialisti in acronime, au folosit termenul  WEP -War Emergency Power pentru regimul de functionare la puteri de peste 100% din cea normala, in situatii de urgenta, de obicei pe o perioada limitat de timp. Nemtii foloseau termenul Notleistung.

  De obicei, puterea maxima normala era limitata de pozitia manetei de gaze, printr-o sarma de sigurantare . La o actionare mai in forta, sarma se rupea si motorul intra in regimul WEP.

  Cresterea de putere putea fi realizata prin marirea presiunii compresorului - motorul Merlin in 1940, realiza prin aceasta metoda o putere de 1310 CP, cu 250 CP peste valoarea normala. Timpul de functionare era limitat la 5 minute.

  Pentru a evita detonatia amestecului in cilindru la marirea gradului de compresie, s-a folosit injectia de apa, apa in amestec cu metanol.

  Performante foarte bune s-au realizat pe Mustang P 51H,  a carui putere WEP era de 2218 CP, cu 62% mai mare decat cea normala . In cazul F4U Corsair, cresterea a fost de 410 CP (17%).

MW-50 a fost sistemul de injectie apa metanol folsit de nemti. Imi place denumirea cu spritzung..

Methanol-Wassereinspritzung

Un amestec de 50/50 apa metanol este injectat in compresor pentru a limita detonatia si a raci compresorul si motorul. Apa produce prin evaporare un efect de micsorare a presiunii maxime in cilindru si evitarea detonatiei. In realitate proportia de apa este doar 49.5% , restul de 0.5% fiind un ulei anticoroziv. Aceste efecte permit cresterea gradului de comprimare a compresorului, ducand la cresteri de pana la 500 CP. Sistemul era eficace pana la inaltimi de 6000 m, dupa care cresterea puterii era de doar 4%. Timpul de utilizare era de maxim 10 minute.

GM-1 (Goring Mischung 1) a fost un sistem de injectie protoxid de azot folosit de Luftwaffe.

Efectul este de crestere a cantitatii de oxigen din amestecul de combustibil , imbunatatind performantele motoarelor la altitudini mari. Dezvoltat in 1940, a fost folosit initial pe Me 109 E/Z.

Protoxidul de azot a fost initial stocat in butelii la presiune,mai tarziu fiind folosit lichefiat.

Era injectat la intrarea in compresor, simultan cu cresterea debitului de combustibil.

Injectia protoxid de azot (nitrous sau NOS)

Desi initial era destinat pentru toate avioanele Luftwaffe, a fost folosit mai mult pe intercetptoarele de mare altitudini.

Motorul JUMO 213, un V 12 inversat, montat pe Focke Wulf 152 TA (produse cca. 50 din ian. 1945)

folosea ambele sisteme MW 50 si GM 1.

Viteza maxima 755 km/h la altitudine maxima 13 000 m , folosind GM-1 si 560 km/h la nivelul marii cu MW 50.

FW 152 TA

Au existat si numeroase probleme legate de supapele de admisie si evacuare ale cilindrilor motoarelor cu piston. Pentru motoarele radiale este foarte dificila folosirea de patru supape pe cilindru, limitand astfel gradul de umplere cu amestec carburant si evacuarea eficienta.

In plus, supapele de evacuare sunt foarte solicitate termic.

Una din solutiile folosite, a fost supapa de evacuare umpluta cu sodiu, vare asigura o racire mai buna.

Supapa de evacuare cu sodiu 

Englezii au dezvoltat o solutie originala, motorul cu admisie si evacuare prin camasi mobile.

Prin miscarea camasii mobile, sunt eliminate toate supapele si sistemele de actionare a lor.

  Motoarele care au folosit acest sistem :

Bristol Hercules  - radial cu 14 cilindri pe doua randuri, 38.7 l, 1356 CP, compresor mecanic.

Au fost fabricate 57 000 motoare.

Bristol Hercules

Halifax B III

 Bristol Centaurus  - motor derivat din Hercules cu 18 cilindri , putere de pana la 2600 CP, cilindree 53.6 l.

Au fost construite 2500 bucati.

Bristol Centaurus

Halifax B III

Napier Sabre - motor H 24 (adica 24 cilindri montati sub forma de H) , racit cu aer, putere de pana la 3500 CP. 37 l

                                     

A fost unul din cele mai puternice motoare cu piston.

A propulsat celebrele Hawker Typhoon si Hawker Tempest .

Am lasat la urma cel mai puternic motor radial cu piston produs in serie mare :

   Pratt&Whitney R 4360

Conform codificarii  P&W, 4360 este cilindreea exprimata in inch cubi, deci 71 480 cm3.

Numarul de cilindri este de 28, asezati in stea pe patru randuri.

Puterea este de  3500 CP . A echipat B 50 Superfortress,  C 97 Stratofighter si celebrul H 4 Hercules.

Hughes H 4 Hercules Spruce Goose 

in actualul display

Spruce goose,  a fost cel mai mare hidroavion construit si totodata avionul cu cea mai mare anvergura - 97.74 m, fiind propulsat de 8 motoare P&W R 4360 .

Desi a facut un singur zbor de 21 secunde la o inaltime de maxim 21 m, ramane o ciudata realizare , un proiect ce a fost stopat la terminarea razboiului .

Celebrul Howard Hughes, s-a aflat la mansa acestui urias avion, ce trebuia sa transporte 750 soldati complet echipati , construit din lemn de mesteacan sub forma de compozit realizat cu procedeul Duramold.

Hughes H 4 Spruce Goose 

                                            

Si un final de Hollywood

Dupa WWII , suprematia motoarelor cu piston a luat sfarsit , fiind inlocuite de cele cu reactie sau turbopropulsoare.

O mare parte din tehnologiile dezvoltate atunci, au fost preluate cu succes in industria auto.