Vehicul ultrarapid

Vasile TudorLiceul Tehnologic Duiliu Zamfirescu, Dragalina (Călărași)6 mai 2021

Obținerea unor mijloace de transport cu viteze de deplasare cât mai mari reprezintă o mare provocare pentru progresul tehnicii și tehnologiei actuale.
O soluție tehnică novatoare constă în realizarea unui mijloc de transport ultrarapid, prevăzut cu motor reactiv care asigură propulsia dar şi sustentaţia pe pernă de gaze.
Acest tip de vehicul poate avea diverse utilizări, ca de exemplu în domeniul transporturilor militare şi civile, dar şi în activităţile sportive sau de agrement.
În prezent sunt cunoscute diverse vehicule cu pernă de aer, extrem de utile pentru a se deplasa atât pe sol, cât şi pe apă, însă nu depăşesc în general viteza de 300 km/h, din cauza performanțelor reduse ale grupurilor motopropulsoare şi motocompresoare cu elice care asigură forţa de tracţiune, respectiv debitul de aer necesar pernei de aer pe care acestea plutesc.
Deşi vehiculele cu sustentaţie pe pernă de aer cu cameră inelară au consum energetic mai mic decât cele cu cameră semicirculară, pe măsura creşterii vitezei se măreşte nu numai rezistenţa aerodinamică, ci şi rezistenţa de impuls, ca efect al accelerării aerului necesar pentru formarea pernei, care peste o valoare de prag a vitezei de deplasare, devine preponderentă, deoarece variaţiile sale sunt mai mari decât cele ale rezistenţei de formă.
Mijlocul de transport ultrarapid elimină aceste dezavantaje, prin aceea că este prevăzut cu motoare reactive cu flux divizat al gazelor din camera de ardere, care asigură atât propulsia, cât şi sustentaţia acestuia.
Prin aplicarea acestei soluții tehnice se obţin următoarele avantaje:
- pot atinge viteze de deplasare foarte mari într-un interval de timp scurt;
- debitul masic de aer absorbit din atmosferă este mult mai redus decât la vehiculele actuale pe pernă de aer, deoarece oxidantul reprezintă numai o parte din substanţele care se combină în reacţia de ardere a combustibilului, iar la temperaturi ridicate, densitatea gazelor arse este mică, chiar şi la presiuni relativ mari, așa cum rezultă din relația ρ = pμ/ RT, unde p are semnificația de presiune, μ este masa molară, T este temperatura absolută, iar R reprezintă constanta gazelor ideale;
- sunt greu de reperat de către radar, iar ca ţinte în mişcare au o probabilitate mică de a fi lovite de către proiectile.
În figura alăturată, este reprezentată schema constructivă a unui mijloc de transport ultrarapid.

Mijlocul prototip de transport ultrarapid se compune în principal din corpul C, ampenajul A, care asigură stabilitatea pe traiectorie şi schimbarea direcţiei de deplasare, baza de sustentaţie B pentru perna de gaze şi motorul cu reacţie M, la care se adaugă echipamentele de comandă şi control, rezervoarele pentru stocarea combustibilului, instalaţia de alimentare cu combustibil, instalaţia de răcire etc.
Motorul cu reacţie M poate fi de tip turbopropulsor, deoarece are un randament bun în domeniul subsonic, dar la viteze mari se pot utiliza şi turboreactoare cu dublu flux.
Subansamblul B este alcătuit din piesele 1 şi 2, care delimitează camera interioară T, precum şi spaţiul lateral 7, deschis la partea inferioară. Piesa 1 este prevăzută cu orificiile 5 pentru trecerea gazelor, iar piesa 2 are în interior un spaţiu etanş 8 din care s-a scos aerul pentru a împiedica propagarea căldurii prin conductibilitate termică. Camera T are rolul de rezervor tampon pentru gaze, fiind pusă în legătură cu camera de ardere a motorului M prin conducta 3 pe care este montat dispozitivul D pentru reglarea debitului de gaze.
Motorul M, dispus la partea din spate a vehiculului, asigură atât forţa de tracţiune, cât şi debitul de gaze pentru formarea pernei de sustentaţie. Acesta preia din atmosferă aerul necesar pentru arderea combustibilului (ex. kerosenul) în camera de ardere, unde se pot atinge presiuni de peste 100 atm. O parte din gazele sub presiune sunt evacuate în atmosferă prin ajutajul Laval 4, dând naştere forţei reactive de propulsie, iar cealaltă parte din debitul de evacuare ajunge prin conducta 3 în camera tampon T, unde se destinde parţial, după care gazele trec prin orificiile practicate în piesa 2 şi formează deasupra solului perna de sustentaţie pe care se deplasează mijlocul de transport.
Jetul de gaze evacuat prin spaţiul lateral 7, ai cărui pereţi sunt înclinaţi faţă de verticală cu unghiul =100…300, asigură menţinerea presiunii înalte în perna de gaze, constituind un fel de „obstacol dinamic” faţă de presiunea joasă din exterior. Desprinderea de sol a vehiculului are loc atunci când rezultanta forţelor de presiune exercitată de perna de gaze depăşeşte greutatea acestuia.
Regimul optim de funcţionare este asigurat când înălţimea pernei de gaz reprezintă aproximativ o zecime din valoarea medie a deschiderii bazei de susţinere. Pentru ca rezistenţa la înaintare să nu fie prea mare, mijloacele de transport ultrarapid prezintă o formă aerodinamică.
Schimbarea direcţiei de deplasare a vehiculului şi stabilizarea cursului faţă de acţiunea unor factori perturbatori, ca de exemplu curenţii de aer, se poate realiza cu ajutorul paletei rabatabile 6, dar şi cu motorul reactiv M, montat pivotant pentru a permite modificarea direcţiei de acţiune a jetului de gaze arse.
Mijloacele de transport cu sustentaţie pe pernă de gaze sunt utilizate cu precădere ca ambarcaţiuni ultrarapide, având componentele 1 şi 2 ale subansamblului B confecţionate din metale sau din alte materiale rezistente la solicitări mecanice şi variaţii mari de temperatură.
În acest caz, pierderile de presiune sunt minime, iar temperatura gazelor arse nu afectează mediul înconjurător.
Pentru utilizarea mijloacelor de transport cu sustentaţie pe pernă de gaze ca vehicule terestre ultrarapide sunt necesare amenajări speciale cu suprafaţa plană, realizate din beton sau alte materiale ignifuge. Şocurile mecanice produse la impactul bazei de sustentaţie B cu denivelările suprafeţei de contact pot fi atenuate prin intermediul unor roţi sau role dispuse la partea inferioară.
Pierderile de presiune sunt reduse considerabil dacă baza de sustentaţie B este prevăzută cu „fuste” confecţionate din materiale flexibile, cu stabilitate termică ridicată, rezistente la solicitări mecanice repetate, ca de exemplu amestecul din fibre de Kevlar şi Nomex.
Există diverse variante constructive pentru mijloacele de transport ultrarapide, care se deosebesc prin forma, dimensiunile, modul de dispunere şi natura materialelor din care sunt realizate părţile componente.
Pe lângă deplasarea pe pernă de gaze la suprafaţa solului sau a apei, mijloacele de transport ultrarapide pot fi adaptate cu uşurinţă şi pentru deplasarea în regim de imersie, caz în care, pe lângă combustibil, trebuie asigurată și sursa de oxigen.
Mijloacele de transport ultrarapide pot îndeplini şi rolul unor aparate de zbor, dacă sunt prevăzute cu aripi care asigură forţa portantă necesară pentru compensarea greutăţii proprii la diverse altitudini. Modul de amplasare a motoarelor reactive poate fi pe fuselaj, pe aripi sau reprezintă o combinaţie a acestor soluţii tehnice.
Un mijloc de transport ultrarapid cu pereţi dubli, bine etanşaţi, prevăzut cu motoare de tip rachetă, se poate deplasa la altitudini foarte mari în exosferă, precum şi în adâncul mărilor şi oceanelor, dacă spaţiul compartimentat dintre pereţi este umplut cu apă pentru asigurarea condiţiilor de imersie.

Bibliografie

1. Brevet de invenție US 3782494
2. CBI, nr. a 2005 00020, OSIM, 2005
3. Tudor Vasile, Alma Lux, Editura Agora, Călăraşi, 2001

1 comentariu15 accesări