Pulsoreattore Valveless

[lokippc]

Mi rendo conto che qui si parla essenzialmente di turbine... ma non sapevo in che sezione postare. Premetto che questo post è scisso dalla discussione sulla costruzione di un Fieseler Fi-103 che ho postato nella opportuna sezione costruzioni.

Visto che la costruzione dei pulsogetti valveless è relativamente facile, o almeno... è alla portata economica di quasi chiunque, ne approfitto per chiedere qualche consiglio prima di rivolgermi alle versioni commerciali e a valvole che, per essere sinceri, mi piacciono poco.

Posto quindi lo schema di uno dei due prototipi che ho intenzione di provare. L'altro, che posterò in seguito, è a "U".

Avevo intenzione di provarlo, prima che montato sul modello, in Volo Vincolato Circolare. Qualcuno ha dei consigli?

Intanto lo schema:

[comet]

Molto interessante.... Dicci di più di questo esperimento.....

[Naraj]

Originalmente inviato da lokippc

Mi rendo conto che qui si parla essenzialmente di turbine... ma non sapevo in che sezione postare. Premetto che questo post è scisso dalla discussione sulla costruzione di un Fieseler Fi-103 che ho postato nella opportuna sezione costruzioni.

Visto che la costruzione dei pulsogetti valveless è relativamente facile, o almeno... è alla portata economica di quasi chiunque, ne approfitto per chiedere qualche consiglio prima di rivolgermi alle versioni commerciali e a valvole che, per essere sinceri, mi piacciono poco.

Posto quindi lo schema di uno dei due prototipi che ho intenzione di provare. L'altro, che posterò in seguito, è a "U".

Avevo intenzione di provarlo, prima che montato sul modello, in Volo Vincolato Circolare. Qualcuno ha dei consigli?

Intanto lo schema:

Non mi è chiaro il disegno.
Potresti spiegare il suo funzionamento?

Naraj.

[lokippc]

Che dire... mi piacciono i pulsogetti. Si costruiscono in casa con una certa facilità. Renderli efficienti è invece più complicato... e qui stà la sfida. A confronto delle turbine sono ben poco costosi e i materiali sono facilmente reperibili.

Se chi, come me, ha un budget prossimo allo zero, e non può valutare la più costosa soluzione delle turbine, i pulsogetti sono la manna dal cielo. Intanto perchè sembra ci sia ancora ampio margine per poter dire qualcosa in ambito progettuale, secondo perchè sono "strani". Molto della parformance dei pulsoreattori dipende dal design delle camere e dall'allungamento del tubo di uscita dei vapori, per non parlare dei tantissimi tipi di design del collettore di entrata dell'aria. Poi ripeto: avendo un budget molto ridotto fanno la differenza fra il volare a reazione o il rimanere a terra.

Esistono, come tutti sapranno (e se non lo sanno lo preciso di seguito) esistono due distinzioni fra i pulsogetti:
- Pulsogetti Valved
- Pulsogetti Valveless

La differenza fra i due tipi è che i valved hanno una valvola (a margherita o a lamine a V) che chiude e apre la camera di deflagrazione ad ogni impulso per fare entrare l'aria necessaria alla deflagrazione. In pratica: La valvola chiusa, deflagrazione, vuoto all'interno della vamera, la valvola si apre, entra aria, nuova deflagrazione. Il loro principale problema è che all'interno della camera di deflagrazione si generano temperature notevolmente superiori a quelle di una turbina (la turbina assesta la camera di eslosione a circa 650°) raggiungendo temperature che vanno dagli 800 ai 2500°. Chiaramente ogni elemento meccanico subisce uno stress estremo (un pulsogetto di piccole dimensioni fà presto a raggiungere 250 pulsazioni al secondo) e le valvole vanno cambiate spesso. Senza contare che potrebbero verificarsi rotture in volo con conseguente spegnimento del pulsoreattore o, nel caso più disastroso, la fuoriuscita del getto verso il fronte del motore. Risultato: Una palla di fuoco volante.

I pulsogetti valveless invece non hanno valvola e i risultanti della deflagrazione vengono lasciati liberi in entrambe le direzioni. Ovviamente esistono un'infinità di design e pare siano molto più semplici ed efficienti se ingegnerizzati a dovere. Essenzialmente si dividono in 2 categorie: i valveless a U e i valveless con redirezionamento. I valveless con redirezionamento sono come quello che ho postato sopra (un progetto Messerschmitt) mentre i pulsogetti a U hanno il tubo di ingresso dell'aria che fà una curva verso il posteriore del motore. In entrambi i design ciò che esce dal collettore di entrata dell'aria viene utilizzato come propulsivo secondario. Anche se in maniera diversa.

E questa è la teoria. La pratica è un'altra cosa, OVVIAMENTE.

Ora, visto che sto benedetto motore dovrebbe essere montato su un modello di fi-103 da costruire in bala (la bomba volante V-1 per intenderci) oltretutto razzata e carica di elettronica per le riprese video ad alta velocità e ad alta quota, non me la sento di provare il propulsore direttamente sul modello.

1) Perchè lo devo fare "from scratch" e mi richiederà un tempo infinito;
2) perchè l'entità del modello è grandicella (2 metri e 30) e si corre il rischio di far schiantare tutto sotto forma di PALLA DI FUOCO VOLANTE con conseguente sequela di improperi.

Indipercui ho ben pensato di testare il pulsogetto prima in VVC e vedere se genera una propulsione adeguata a portare in quota il modello e posizionarlo per l'accensione dei razzi.

Insomma: AIUTO! XD

@Naraj: Allora. Il pulsogetto è valveless, si lascia libera la pulsazione di procedere in entrambe le direzioni. Nel disegno il collettore di entrata dell'aria (sulla sinistra) è probabilmente troppo grande. La teoria è che l'intero motore sia "rivestito" da un'armatura, che crea un'intercapedine fra il motore vero e proprio e l'esterno. Davan ti c'è un cono. La pulsazione "tenderà" a direzionarsi verso il posteriore del motore e solo una piccola parte procederà in avanti, verso il cono. Arrivata addosso al cono i "fumi verranno riflessi indietro verso il posteriore. L'aria fresca viene incanalata dall'intercapedine fra il cono e l'armatura e può fluire forzatamente con l'aumento della velocità. In teoria questo favorisce due fattori:
- L'ingresso libero dell'aria che può essere prelevata "a discrezione dell'impulso" ed è sempre disponibile e ad una notevole pressione, che ovviamente aumenta con l'aumentare della velocità;
- La stessa arioa è forzata verso l'intercapedine e contribuisce a raffreddare il pulsogetto in maniera uniforme.

Questa come ho già detto DOVREBBE essere la teoria. la pratica probabilmente è un'altra storia... ma finchè non provo concretamente non posso saperlo.

[Naraj]

In generale quello che hai scritto va bene, anche perchè conosco bene i pulsogetti, avendo partecipato alla loro costruzione, ma come cavolo funziona il "tubo" senza valvole" non l'hai detto.

Naraj.

[lokippc]

Naraj: FANTASTICO! Un a persona che li conosce BENE... è una MANNA dal cielo!!! Basarsi sulle informazioni reperibili su internet è un po' come chiedere a wikipedia di farti da chirurgo personale. QuaNTOMENO "RISCHIOSO".

Allora il funzionamento:

Parrebbe che (il condizionale è d'obbligo per quanto ho scritto sopra) che i pulsogetti abbiano 2 modalità per essere "spiegati":

- Effetto Kadenacy
- Risonanza Acustica

Uno non esclude l'altro, a mio modo di vedere.

In generale, se guardiamo a cosa succede nel "tubo" possiamo vedere che:
Nella fase di deflagrazione Il carburante e l'aria deflagrano all'interno della camera di combustione. Il gas che si sprigiona, per effetto d'inerzia, inizia ad espandersi lungo il tubo, "tendenzialmente" verso l'apertura più ampia, fino al momento in cui la pressione della camera di deflagrazione scende al di sotto della pressione atmosferica. A questo punto l'aria viene "aspirata" dal collettore d'entrata e i gas dell'impulso precedente, in parte, vengono ad espandersi nuovamente verso la camera di deflagrazione. Per un breve istante la pressione della camera torna ad essere superiore rispetto a quella atmosferica.

E qui entra in gioco l'effetto Kadenacy: Come abbiamo visto c'è un'oscillazione di pressione nel motore causata dall'inerzia. I gas coinvolti nel processo (aria e prodotti gassosi della precedente combustione) vengono espansi e compressi, "rimbalzando" fra le pressioni presenti all'esterno e all'interno. Un po' come un'elastico.

Questo aumento di pressione e di compressione permettono la seguente deflagrazione ed un nuovo impulso.

Questo fenomeno è stato anche definito come "Respirazione Termica".


Per ciò che riguarda la "risonanza", alcuni hanno spiegato il processo dal punto di vista acustico:

La deflagrazione nella camera di combustione genera un'onda che colpisce il tubo del motore e l'aria che vi si trova all'interno. Come in una campana. L'onda inizia a viaggiare sù e giù per il tubo e parte della stessa viene rediretta indietro verso la camera di combustione. Le rifrazioni he provengono dagli estremi del tubo , incontrandosi formano una "portante" Graficamente rappresentabile come una doppia sinusoide e rappresenta i movimenti di compressione ed espansione dei gas. Questo spiega bene come i cambiamenti di pressione e la variazione della velocità di espansione dei gas non coincidano ma siano "desincronizzate" l'una con l'altra, anche se seguono la medesima curva. Questa caratteristica di risonanza è peculiare dei soli pulsoreattori e non si verifica in nessun altro tipo di motore a getto.

E questo dovrebbe essere già di per se un bellissimo spunto per costruirne uno: è un motore con una complessissima interazione di fluido-termodinamica ed acustica.

Questa è la spiegazione che io sò dare. Poi magari è sbagliata. Ma ho capito così...

EDIT: Oltretutto un bellissimo schema (in TEDESCO) lo si può apprezzare (anche se è applicato all'ARGUS VALVED della V-1) su you tube. Qualcuno, con mia grande gioia, ha pubblicato il documento tecnico del '44 della Luftwaffe riguardo al funzionamento ed alla struttura del Fi-103 Unmanned. C'è nel documento (che è diviso in 7 parti ed è BELLISSIMO, per quanto bellissimo possa essere un video che illustra un mezzo concepito per uccidere la gente) una animazione in cui si vede chiaramente il ciclo di espansione/rimbalzo dei gas.

Ah... un dettaglio. Nelle mie grafiche ho rappresentato anche la SPARK della candela. Ovviamente non è necessaria dopo la primissima deflagrazione. Anzi. Nel caso continuasse a funzionare durante le pulsazioni del motore sarebbe controproducente, interferendo nel normale ciclo di pulsazione del motore.

[lokippc]

Posto il Recuperatore Messerschmitt. Lo trovo particolarmente sexy... spero funzioni altrettanto bene. La Messerschmitt lo progettò negli anni '70 per un RamJet. Il resto del motore quindi mi interessa poco. Ma il recuperatore dovrebbe funzionare a dovere anche su un pulsoreattore.



Oltretutto, rispetto ai recuperatori/augmentatori ad "U" o a "J", il fatto che questo sistema sia assiale, nel senso che il flusso viene riflettuto indietro sulla stessa asse in cui vengono espulsi a gas potrebbe aumentare l'efficienza? Questa è una domanda. Incide poco?

[Naraj]

Ti ho chiesto come funzionava il tuo motore, poichè non avevo mai visto disegnati in quel modo.
Sono anni che si parla di pulsoreattori valveless, ma che io sappia, sono motori che funzionano solo al banco e non ne ho visto nessuno montato su di un modello.
Probabilmente questi motori non hanno una spinta adeguata e soprattutto sono molto critici nel loro funzionamento.
Credo che nel tuo progetto avrai da faticare molto per ottenere dei risultati di spinta accettabili.

Naraj.

[lokippc]

in "grande" e ad U vengono utilizzati per i droni da tiro al bersaglio contraereo oppure per far volare dei glider. Si immagin che siano un bel po' critici. Soprattutto così dritti. Vediamo cosa mi prospetta il futuro. Ad ogni modo, nella peggiore delle ipotesi potrei sempre aggiungere la "U" o la "J" nel caso si rivelasse poco performante. Di spinta ne ho bisogno... e di TANTA oltretutto. Comprarne uno Valved è fuori dalla mia portata, anche se costano poco 450 euro per me sono tanti a fronte dei costi dell'intero progetto. Solo puntale del modello in vetro ottico mi costa uno sproposito. E le telecamere... e poi devo pensare ad una pompa... e ai 4 razzi... e al sistema di accensione degli stessi... insomma... nel motore vorrei:

A) Spendere il meno possibile;
Non cavarmi il piacere di costruirne uno che funziona.

Per questo prima lo testerò in colo vincolato e vediamo che succede. Devo anche capire come fare un'ala per montarcelo sopra...

[Naraj]

Hai parlato di VVC ?
Ecco il mio da quasi 300 Kmh, ma........ erono altri tempi.

Quando guardo quei tubi sullo scaffale, mi viene da piangere (ma mi passa subito).

Naraj.