Polsende straalmotor
'n Polsende straalmotor (of polsstraalmotor) is 'n eenvoudige soort binnebrandmotor waar die verbranding in polsende slae gebeur. Die gevolglike straal gas wat aan die agterkant van die motor uitgewerp word veroorsaak 'n voorwaartse stuwing in ooreenstemming met Newton se derde wet.
'n Tipiese polsstraalmotor bestaan uit 'n luginlaat wat voorsien is van 'n eenrigtingklep, 'n verbrandingskamer en 'n akoestiese resonante uitlaatpyp. Die klepreëling word verrig deur gebruik te maak van bladkleppe of in kleplose polsstraalmotore deur middel van aerodinamika. Brandstof in die vorm van 'n gas of 'n vloeistofsproei word of met die lug in die inlaatkamer vermeng of daar ingespuit. Wanneer die enjin eers aan die gang kom is slegs die brandstoftoevoer nodig en is die meganisme selfonderhoudend. 'n Toestel om lugvloei te forseer en 'n ontstekingsmeganisme word egter aanvanklik benodig om die enjin aan die gang te kry.
Geskiedenis
wysigDie eerste polsende straalmotor is deur Martin Wiberg (1826–1905) in Swede ontwikkel.
Polsstraalmotore word gekenmerk deur sy uiters eenvoudige samestelling, lae boukoste, lae brandstofdoeltreffendheid en baie hoë geraasvlakke. Die hoë geraasvlakke maak hulle ongeskik vir die meeste toepassings buiten krygstoepassings. Polsstralers is al gebruik om eksperimentele helikopters aan te dryf deur die enjins aan die punte van die rotorlemme vas te maak. Tydens die Tweede Wêreldoorlog 'n ontwerp, die Focke-Wulf Fw Triebflugel voorgestel, maar die tuig is uiteindelik nooit gebou nie. Die voordeel van hierdie helikopter ontwerp is dat dit nie die reaktiewe wringkrag op die tuig uitoefen nie, 'n stertrotor en die daarmee gepaardgaande ratkas is dus nie nodig nie, wat die vliegtuig baie eenvoudiger maak. Polsende straalmotore is ook al gebruik vir die bou van die draadgekoppelde asook radiobeheerde modelvliegtuie. Só 'n draadgekoppelde modelvliegtuig het in die vroeë vyftigs 'n spoedrekord opgestel van 299 km/h.
Die grootste krygstoepassings tot op datum was die gebruik van die motor in die V-1 vlieënde bom, die enjin se kenmerkende dreunklank het dit die byname "buzz bomb" of "doodlebug" onder Engelssprekendes besorg. Die V-1 was 'n Duitse kruisermissiel wat tydens die Tweede Wêreldoorlog gebruik is, veral tydens die bombardement van Londen (Die Blitz) vanaf middel 1944. Die polsstraalmotore wat goedkoop en maklik was om te vervaardig, was 'n voor die hand liggende keuse vir die ontwerpers van die V-1, gegewe die materiaaltekorte waaronder die Duitse oorlogsmasjien tydens daardie stadium van die oorlog gebuk gegaan het. Moderne kruisermissiele gebruik gewoonlik nie polsstraalmotore nie maar ware vuurpyl- of gasturbine-enjins.
Werking
wysig
Die verbrandingsiklus bestaan uit ses fases: Ontsteking, Verbranding, Uitlaat, Induksie, Kompressie en (in sommige gevalle) Brandstofinspuiting.
Tydens die ontstekingsfase in die verbrandingskamer ontstaan 'n hoëdruk as gevolg van die verbranding van die lug-brandstofmengsel. Die hoëdrukgas kan nie deur die eenrigting inlaatklep uitgaan nie en word dus aan die agterkant by die uitlaatpyp uitgewerp.
Die traagheidsreaksie van hierdie gasvloei veroorsaak die voorwaartse stukrag wat die vliegtuig aandryf. Die traagheid van die uitlaatgas veroorsaak 'n lae druk in die verbrandingskamer. Hierdie druk is laer as die inlaatruk opstroom van die inlaatklep wat veroorsaak dat die induksiefase van die siklus aan die gang gesit word.
In die meeste eenvoudige polsstraalmotore vind die inlaat deur 'n venturi plaas wat tot gevolg het dat die brandstof ook ingesuig word. In meer komplekse ontwerpe kan die brandstof direk in die verbrandingskamer ingespuit word. Wanneer die induksiefase afgehandel is veroorsaak 'n weerkaatsende hoëdrukgolf vanaf die uitlaatpyp dat die lading saamgepers word, wat dan ontsteek word deur die oorblywende hitte van die vorige siklus.
Daar bestaan twee soorte polsstraalmotore. Die eerste een word deur 'n reeks eenrigtingkleppe voorsien waardeur die inkomende lug gaan. Wanneer die lug-brandstofmengsel ontsteek word, slaan die kleppe toe wat beteken dat die warm gasse die enjin slegs in een rigting kan verlaat en sodoende 'n voorwaartse stukrag veroorsaak.
Die tweede soort polsstraalmotor het geen kleppe nie. Die enjin maak staat op aerodinamika om die vloei van die gasse in een rigting te beperk. Hierdie tweede soort polsstraler het dus geen bewegende dele nie en is in die opsig soortgelyk aan die stustraalmotor (Engels: ramjet).
By hierdie tweede soort straalmotor wys die inlaat en uitlaatpype gewoonlik in dieselfde rigting. Hierdie ontwerp vereis dus 'n enjin wat in 'n U-vorm gebuig is (Die Lockwood-Hiller) ontwerp. Wanneer die lug-brandstofmengsel in dié enjin ontbrand sal die warm gasse by beide die inlaat en uitlaak buis uit ontsnap, aangesien die aerodinamiese kleppe "lek". Indien beide buise nie in dieselfde rigting sou wys nie sou die stukrag minder wees aangesien die traagheidsreaksie in beide rigtings sou plaasvind wat mekaar gedeeltelik sal uitkanselleer. Die oorspronklike idee was afkomstig vanuit die Franse navorsingsgroep SNECMA wat aandrywingsmetodes ondersoek. Die voordeel van 'n aerodinamies beheerde polsstraalmotor is sy eenvoud. Aangesien daar geen bewegende dele is wat kan verweer nie, is hulle makliker om te onderhou en te bou. Dit is egter baie moeiliker om hulle te optimiseer.
Die siklusfrekwensie is hoofsaaklik afhanklik van die lengte van die enjin. Vir 'n klein modelgrootte enjin kan die frekwensie tipies rondom die 250 polse per sekonde wees — terwyl dit vir 'n groter enjin, soos die een wat gebruik was in die V1 bomme, nader aan 45 polse per sekonde is.
Polsstraalmotore word vandag steeds gebruik in onbemande vliegtuie, modelvliegtuie, misgenerators en huishoudelike verwarmers. Sekere mense eksperimenteer steeds in 'n poging om die ontwerpe te verbeter. Die enjins is baie moeilik om in bemande vliegtuie in te bou vanweë hul hoë brandstofgebruik, -geraasvlakke en -vibrasies.