Ugelli di scarico, attivi o passivi?

[Reaper]

ho notato ke gli ugelli di scarico, quando sn circolari, si allargano in maniera visibile. mi chiedevo se l'allargamento fosse passivo, dovuto a un eventuale aumento della manetta e relativo aumento di potenza dei gas esplulsi o fosse attivo, in maniera idraulica o meccanica. quale delle 2?

[Dagon]

penso che siano regolati idraulicamente in base alla posizione della manetta

[grissom]

Si' sono movimentati meccanicamente in modo da mantenere un'area di efflusso adatta alle condizioni di volo.

Modificato 22 Giugno 2007 da grissom

[AureliaSS1]

che materiale sono fatti ugelli?

[Flaggy]

che materiale sono fatti ugelli?

Beh, visto l'ambiente un tantino caldo, camere di combustione, postbruciatori e ugelli di scarico devono essere realizzati con materiali che, oltre a resistere a elevate temperature, devono anche resistere all'ossidazione e alla corrosione a caldo.

Si ricorre quindi spesso agli acciai inossidabili austenitici come per esempio l'AISI 310. Questo ha un 25% di cromo e un 21% di nichel e può reggere a più di 1000°C, mantenendo anche a queste temperature un'elevata resistenza a corrosione e ossidazione.

Modificato 22 Giugno 2007 da Flaggy

[Jack89]

confermo... la lega nichel cromo resiste a alte temperature.... la si usa nei laboratori di chimica per fare i saggi alla fiamma (fiamma da 1000-1200°C)

[AureliaSS1]

che materiale sono fatti ugelli?

Beh, visto l'ambiente un tantino caldo, camere di combustione, postbruciatori e ugelli di scarico devono essere realizzati con materiali che, oltre a resistere a elevate temperature, devono anche resistere all'ossidazione e alla corrosione a caldo.

Si ricorre quindi spesso agli acciai inossidabili austenitici come per esempio l'AISI 310. Questo ha un 25% di cromo e un 21% di nichel e può reggere a più di 1000°C, mantenendo anche a queste temperature un'elevata resistenza a corrosione e ossidazione.

ah ecco perchè pensavo fatto con materiali tipo il carbonio o kevlar

[Captor]

che materiale sono fatti ugelli?

Beh, visto l'ambiente un tantino caldo, camere di combustione, postbruciatori e ugelli di scarico devono essere realizzati con materiali che, oltre a resistere a elevate temperature, devono anche resistere all'ossidazione e alla corrosione a caldo.

Si ricorre quindi spesso agli acciai inossidabili austenitici come per esempio l'AISI 310. Questo ha un 25% di cromo e un 21% di nichel e può reggere a più di 1000°C, mantenendo anche a queste temperature un'elevata resistenza a corrosione e ossidazione.

ah ecco perchè pensavo fatto con materiali tipo il carbonio o kevlar

AureliaSS1, fibre di carbonio o kevlar come le intendi tu sono usate come riforzi nei materiali compositi, dove in generale la matrice è resina epossidica, che si scioglierebbe a quelle temperature. Ecco perchè non sono usati negli ugelli.

 

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Comunque non vanno dimenticate anche le leghe di titanio, poverine!

[AureliaSS1]

che materiale sono fatti ugelli?

Beh, visto l'ambiente un tantino caldo, camere di combustione, postbruciatori e ugelli di scarico devono essere realizzati con materiali che, oltre a resistere a elevate temperature, devono anche resistere all'ossidazione e alla corrosione a caldo.

Si ricorre quindi spesso agli acciai inossidabili austenitici come per esempio l'AISI 310. Questo ha un 25% di cromo e un 21% di nichel e può reggere a più di 1000°C, mantenendo anche a queste temperature un'elevata resistenza a corrosione e ossidazione.

ah ecco perchè pensavo fatto con materiali tipo il carbonio o kevlar

AureliaSS1, fibre di carbonio o kevlar come le intendi tu sono usate come riforzi nei materiali compositi, dove in generale la matrice è resina epossidica, che si scioglierebbe a quelle temperature. Ecco perchè non sono usati negli ugelli.

 

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Comunque non vanno dimenticate anche le leghe di titanio, poverine!

infatti perchè non capivo che materiali sono stati fatti

[NAVIGATORE]

interessante...

[litto]

Si' sono movimentati meccanicamente in modo da mantenere un'area di efflusso adatta alle condizioni di volo.

cioè? cosa cambia da avere l'ugello più o meno aperto? e in quali condizioni è preferibile una certa area di efflusso rispetto ad un'altra?

[Kometone]

ugello meno aperto, getto più veloce. è una soluzione che compare fin dal primo turboreattore montato su di un vero caccia

 

L'immagine è pesante ma si vede bene l'ugello del turbogetto Junkers Jumo 004

 

in fase di decollo l'ugello restringeva l'area d'uscita e così il Me.262 o l'Ar.234 potevano decollare in spazi ragionevoli...

Modificato 23 Giugno 2007 da Kometone

[Flaggy]

Si' sono movimentati meccanicamente in modo da mantenere un'area di efflusso adatta alle condizioni di volo.

cioè? cosa cambia da avere l'ugello più o meno aperto? e in quali condizioni è preferibile una certa area di efflusso rispetto ad un'altra?

Ci vorrebbe Piero Angela per spiegare ciò che è incasinato con parole semplici...

Comunque...

In generale l'ugello di scarico serve ad espandere il gas che esce dalla turbina, trasformandone l'elevata pressione in velocità che diventa superiore a quella con cui l'aria entra nel motore (in tal modo si generara una spinta).

Un ugello a geometria variabile è un valido strumento di controllo e regolazione del motore, ragion per cui uno dei primi motori a reazione come lo Jumo 004 (citato da Kometone) o anche in quelli più moderni ma con postbruciatore, lo si può vedere in forme più o meno complesse.

 

Ora, per accelerare un gas basterebbe un condotto che si stringe (convergente). Attraversandolo i gas di scarico accelerano e riducono la loro pressione fino a che quando sono fuori e si trovano molto più veloci e a pressione atmosferica.

Questo è quello che succede nella maggior parte dei velivoli subsonici e in particolare in quelli commerciali in cui posso dimensionare il tubo di scarico per la velocità di crociera e avere comunque un buon funzionamento anche in condizioni diverse grazie comunque alla possibilità di regolare l'incidenza degli statori (palette fisse) di turbina e compressore.

 

Le cose cambiano se c'è un postbruciatore...

Questo immette altro carburante dietro la turbina incrementando massa e velocità dei gas espulsi.

In tali condizioni è necessario avere la possibilità di aumentare la sezione d'uscita dei gas per favorirne il deflusso ed evitare che la sezione troppo piccola porti a pressioni più basse di quella ambiente (situazione che non può essere mantenuta perchè instabile).

In tal caso si ha un ugello convergente a geometria variabile che può portare i gas di scarico al massimo alla velocità del suono...

Poichè la velocità del suono aumenta all'aumentare della temperatura, i gas di scarico possono essere espulsi a una velocità ben superiore a quella di volo anche senza superare la loro velocità del suono alla temperatura in cui si trovano.

E' quello che succede sugli RB-199 del Tornado o sugli M-88 dei Rafale che sono aerei supersonici pur avendo ugelli convergenti che espellono gas...subsonico.

 

Infatti, per espellere i gas a velocità supersoniche, al restringimento deve seguire un allargamento, cioè si deve utilizzare un ugello convergente-divergente in cui posso espandere ancora il gas facendogli superare la velocità del suono.

Per avere la velocità sonica nel punto più stretto con postbruciatore inserito,per poter funzionare anche senza postbruciatore e in entrambi i casi poter portare la pressione in uscita a valori vicini a quella ambiente, questi ugelli potranno regolare sia la sezione minima del convergente che quella di uscita dal divergente (per es EJ-200 dell'Eurofighter e F-404 dell'F-18 hanno ugelli di questo tipo).

 

In definitiva, anche se spesso per ragioni di peso e semplicità costruttiva si ricorre a un ugello semplicemente convergente e fisso, per elevate velocità diventa necessario adattare l'ugello alle diverse condizioni che si presentano ricorrendo a ugelli a geometria variabile convergenti o convergenti-divergenti.

 

Ad azionare gli ugelli c'è un sistema idraulico che in alcuni casi come fluido di lavoro sfrutta il carburante stesso e che in tutti i motori di nuova generazione è controllato da un sistema computerizzato FADEC.

[Kometone]

Infatti, per espellere i gas a velocità supersoniche, al restringimento deve seguire un allargamento, cioè si deve utilizzare un ugello convergente-divergente in cui posso espandere ancora il gas facendogli superare la velocità del suono.

 

Come nei razzi a propellente liquido, giusto?

 

Motore della V-2

 

[Flaggy]

Esatto: negli endoreattori come quelli installati delle V2 la velocità di espulsione dei gas era tale per cui era indispensabile un ugello convergente-divergente.

[Captor]

Bella spiegazione Flaggy, direi che hai detto tutte le cose basilari da sapere!

 

Paradossale la storia del Rafale, non sapevo avesse ugelli solo convergenti...

 

Mi spiego meglio: dovevano progettare un caccia relativamente leggero, anche a causa della scarsa spinta dei motori SNECMA, e si sono ritrovato a ridurre peso (e prestazioni) dagli ugelli dei motori stessi! E' il colmo...

 

Questo per dire che il 99% delle scelte in progettazione è frutto di beceri ( ) compromessi....

 

L'ultimo caccia senza compromessi è stato il Flanker (penultimi F-14 ed F-15..)

[litto]

capito! grazie mille per la spiegazione!!

[Unholy]

Nelle parti a geometria variabile degl'ugelli si usano internamente anche placche ceramiche...

[Captor]

Nelle parti a geometria variabile degl'ugelli si usano internamente anche placche ceramiche...

Confermo! Diciamo che i materiali ci stanno venendo in mente un po' alla volta!

 

Ora dovremmo averli detti tutti...

[ThunderFighter]

ecco gli ugelli del typhoon:

 

 

[Captor]

Ebbravo Thunder!!

[Flaggy]

Ebbravo Thunder!!   

Proprio delle splendide foto!

 

Eh gia', nei postbruciatori dei motori recenti si possono effettivamente usare anche compositi a matrice ceramica.

Dopo l’utilizzo dei materiali ceramici nella turbina, e’ un ulteriore step nella loro diffusione nel campo della propulsione aeronautica.

Nel motore M88 del Rafale per es i petali esterni sono in compositi a fibra di carbonio con matrice ceramica in carburo di silicio (SiC), mentre per i petali interni, quelli a diretto contatto con gas caldi, si sono usati compositi con fibre e matrice entrambe in SiC.

Il risultato sull'M88 e’stato praticamente il dimezzamento del peso di questi componenti rispetto a una soluzione che facesse ricorso a leghe di titanio, che invece sono state utilizzate nel piu’complesso postbruciatore dell’EJ200.

[NAVIGATORE]

+ o - sono la stessa ceramica messa sotto la panciata dello space shuttle per il rientro nell'atmosfera??

[litto]

scusate ma il Raptor ha gli ugelli direzionabili ma non a geometria variabile? oppure ha anche quest'ultima opzione?

[Flaggy]

+ o - sono la stessa ceramica messa sotto la panciata dello space shuttle per il rientro nell'atmosfera??

In realtà i materiali, pur facendo parte della famiglia dei ceramici sono diversi...

Lo scudo termico degli shuttle è estremamente raffinato e sofisticato e per forma dimensioni, materiali e loro utilizzo varia a seconda del punto considerato e delle temperature a cui è sottoposto sia in orbita che in fase di rientro.

Cercando di riassumere (visto che siamo siamo spaventosamente OT ) possiamo dire che lo scudo termico e multistrato.

Il primo strato, nelle parti piu esposte alle alte temperature (estrema prua, bordo d'attacco di ali e deriva) è fatto di mattoncini in RCC (un composito di fibre di carbonio in una matrice di grafite) in grado di reggere alle temperature del rientro (circa 1500°C).

Questo strato, rigido e resistente protegge l'isolante vero e proprio che è costituito dallo strato sottostante in mattoncini isolanti sinterizzati che all'80% sono fatti di fibre di silice purissima (SiO2) e il resto in fibre di allumina-borosilicato. Sotto di questo si trova la struttura in lega di alluminio della navetta.

Dove le temperature sono un po' meno meno micidiali, su ampie superfici superiori bianche e ventrali nere, ci sono invece piastrelle a bassa densità fatte anche qui di fibre di silice purissima.

Altre zone superiori di ala e fusoliera dove le temperature vanno sopra i 370°C sono in uno speciale feltro in nomex.

 

EDIT

scusate ma il Raptor ha gli ugelli direzionabili ma non a geometria variabile? oppure ha anche quest'ultima opzione?

Sono direzionabili in senso verticale, a geometria variabile e convergenti/divergenti, anche se il fatto di essere a sezione rettangolare fa si che, per variare la sezione, non facciano ricorso ai tradizionali "petali"ma a delle piastre mobili che si trovano all'interno del condotto di scarico sopra e sotto.

Modificato 25 Giugno 2007 da Flaggy