Vino si tu pe pagina de Facebook pentru o stire de stiinta, explicata simplu, in fiecare zi!
Pagina de Facebook!
În fiecare zi, o nouă fotografie din universul nostru fascinant împreună cu o explicaţie scrisă de către un astronom profesionist: Astronomy Picture Of the Day
   
Fizica Povestita

I
Fizica Povestita

Sensul dezvoltãrii sistemului tehnic rachetã

Crivoi D. Dumitru

In momentul de fațã, pentru cercetãtorii de tehnicã nouã din domeniul propulsiei rachetelor existã un mare deficit de informații necesar pentru stimularea rezolvãrii problemelor de cãutare a noi principii de mişcare a rachetelor. Aplicarea întregului flux al inventicii şi însuşirea deprinderilor necesare pentru aplicarea tehnicilor şi metodelor de creație tehnicã sunt condiții farã de care nu este posibilã obținerea performanței în cercetare(D. Crivoi,Creația tehnicã în propulsia rachetelor,ed. OMNIA UNI S.A.S.T., Braşov, 2002). Cautarea principiilor fizice, chimice si ecologice de funcționare performantã a obiectelor tehnice reprezintã unul din cele mai înalte nivele ale creației inginereşti care permite sã se obținã soluții principial noi, inclusiv soluții pionier (inventii de nivel V). Analiza sistemului tehnic rachetã prin prisma legilor evoluției sistemelor tehnice (LEST) ne permite sa interpretãm corect paşii facuți pâna în prezent în acest domeniu şi posibilele evoluții ale acestui sistem tehnic in viitor, fig.1. Viața sistemului tehnic rachetã (ca, de altfel, al tuturor sistemelor tehnice) poate fi reprezentatã sub forma curbei, S, care indicã cum se schimbã în timp principalele caracteristici ale sistemului: impulsului specific (cazul prezentat în fig.2),forta de tracțiune, viteza de zbor, numãrul de sisteme realizate, etc.

Sistem tehnic (tip Coanda) Sistemul tehnic nou b – (electro)convergența pãnzelor fluidice continue Fig. 1 Sensul dezvoltari sistemului tehnic rachetã

Sistem tehnic (tip Coanda) Sistemul tehnic nou b –
(electro)convergența pãnzelor fluidice continue
Fig. 1 Sensul dezvoltari sistemului tehnic rachetã

Curba, S, marcheazã urmãtoarele etape ale dezvoltãrii rachetei şi anume:
Conceperea (1)- racheta nu existã dar ideea de mişcare a lucrurilor prin detenta unui fluid de de lucru (vapor de apa, aer comprimat) fusese materializatã ( Archystas din Tarent/Porumbelul zburator/360 i.H., Heron/Eolipul lui Heron/120 i.H. Arhimede/Sfera cu miscare autonoma/212 i.H. Salpetru/praful de pusca cunoscut de egipteni si chinezi, sageata de foc/chinezi, Marcul Grecul/ focul zburator/1230). In China anticã, apar substanțele pentru artificii şi unele dispozitive ce utilizau forța de reacțe a produselor de ardere pentru realizarea mişcãrii artificiului/sãgeții.;
Naşterea (2) – racheta apare în urma perfecționãrilor aduse sistemului tehnic inițial – artificiul ; In prima etapã, organul de lucru, OL, (pulberea pentru artificiu) se confunda cu sistemul tehnic propriu – zis (artificiu); schimbarea scopului sistemului tehnic pentru îndeplinirea unei noi necesitãți (creşterea bãtaii sageților pentru aprinderea sau lovirea obiectivelor) schimbã calitativ proprietãțile sistemului inițial, ierarhia funcțiilor utile ( IFU ) a obiectului tehnic ( artificiul ) scade în importanța în cadrul supersistemului nou apãrut – racheta primitiva. Creşterea masei, volumului şi energiei de acționare (criteriul MVE) a dus la apariția unui nou sistem tehnic , RACHETA, care se dezvoltã în paralel cu ARTIFICIUL
Copilaria (3) – societatea Incepe sa recunoascã valoarea noului sistem (racheta primitivã) rezultat din artificiu. In anul 1232, la asediul cetații Pien – Ping sunt utilizate pentru prima datã rachete (tip “sãgeți de foc”) ;

Fig. 2. Curba de dezvoltare a sistemului tehnic rachetã (cresterea impulsului specific)

Fig. 2. Curba de dezvoltare a sistemului tehnic rachetã (cresterea impulsului specific)

Adolescenta (4) – resursele pe care este bazat sistemul original (racheta primitivã) sunt consumate. Pe cale empirica sunt gãsite soluții de creştere a distanței de zbor a artificiilor şi rachetelor (Marcul Grecul/ focul zburator/1230l, Nedj Eddin/trei rachete alaturate pentru ghidare cu jet de gaze şi ” ou care se misca de la sine si arde”/1280, Berthold Schwartz/reformarea pulberii, Conrad Kyezer/rampa de lansare/1405, Fontana Joannes/racheta torpila/1420, Hans Hartlieb/racheta militara/1437, Franz Helm, Regiomontanus/1450, Conrad Haas/precursor al rachetei moderne/1529-1552, Johann Schmidlap/dispozitive de lansare moderne/1561, Luigi Colado/rachete mari/1592, J. Appier Hanzalet /racheta metalica/1630, s. a.). Polonezul Kasimierz Siemienowicz sintetizeazã toate cunoştintele timpului sãu referitoare la pirobolie (Artis magnae Artilleriae, 1610) si stabileşte pe cale empiricã o serie de legi relativ la funcționarea şi modul de acțiune al rachetelor , racheta devenind practic obiect al artileriei. Racheta modernã s-a dezvoltat in urma a numeroase perfecționari pe cale empirica (Frezier/aripi pentru stabilizarea aerodinamica pe traiectorie/1707, Hale/ motoare racheta auxiliareinclinate pentru stabilizarea giroscopicã pe traiectorie/1857, N.M.Sacovin/proiect de dirijabil cu reacție in mediul extraatmosferic/1866, Pedro Paulet/motor racheta cu propergol/1895-1897).
Maturitatea (5) –Un salt calitativ in dezvoltarea rachetei l-a constituit gãsirea unei cãi ştiintifice (modelarea matematica) pentru construcția şi stabilirea directiei sale de dezvoltare –cercetare. K.E. Țiolkovski, în anul 1903, demonstreazã ca viteza rachetei pe traiectorie , V, depinde, în principal, de viteza de scurgere a gazelor de ardere din ajutaj (we) şi de raportul dintre masa inițialã, mi, şi masa finala, mf ,a rachetei, stabilind relația, V = 2,3 welog (mi/ mf). Cercetãrile din domeniul au fost axate pe identificarea combustibililor chimici cu o rezerva energeticã mare pe unitatea de volum, astfel ca, energia cineticã a gazelor de ardere sã asigure o vitezã de curgere a fluidului de lucru (şi implicit, o tracțiune) cât mai mare. De asemenea, dispozitivele de evacuare ale motoarelor chimice cu reacție au cunoscut o multitudine de soluții constructive (convergent, convergent-divergent, ajutaj cu corp central, ajutaj de reacție tip ejector, etc.) care realizeazã interacțiuni mecano-entropice cu fluidul de lucru în vederea obținerii unei viteze de ejectie superioare, a unui debit mare şi a unei repartiții corespunzãtoare a presiunii pe suprafața aparatului. Rachetele balistice si reactoarele s-au devoltat avãnd drept criterii de baza (pentru creşterea tracțiunii) cele rezultate din formula lui Tiolkovski ((André Bing/racheta multietajata/1911, N.I Kibalcici/ideea de zbor dirijat de om prin jetul de reactie), V.P. Gluşko/1929, S.P..Korolev, L.S. Duşkin, Robert Hutchins Goddard au contributii deosebite in domeniul dezvoltãrii sistemelor de propulsie al rachetei, s.a.).
• In 1925, H. Coanda, în paralel cu direcția indicatã de Țiolkovski,
inițiazã o nouã cale de cercetare şi experimentare care presupune utilizarea interacțiunii fluidului de lucru cu mediul pentru propulsia aparatului de zbor, sistemul B, fig. 1 si 2. Apare, astfel, un sistem tehnic nou de zbor in atmosfera terestrã ( mediul compresibil) care dezvolã/presupune un nou principiul de propulsie. Astfel, ejectia fluidului de lucru nu mai este sub formã de venã masivã ci sub formã de pãnzã continuuã pe extradosul aparatului. bazat, în principal pe interacțiunea mecanicã (de presiune) dintre un fluid de lucru compresibil ejectat in mediul sub formã de pãnzã continuã pe extradosul aparatului de zbor.

Fig. 3. Motor racheta chimic cu ajutaj convergent -divergent 1-camera de ardere; 2-combustibil chimic (solid); 3-sectiunea de intrare in ajutaj; 4-ajutaj convergent-divergent; 5-sectiunea critica a ajutajului; 6-sectiunea de iesire a ajutajului.

Fig. 3. Motor racheta chimic cu ajutaj convergent -divergent
1-camera de ardere;
2-combustibil chimic (solid);
3-sectiunea de intrare in ajutaj;
4-ajutaj convergent-divergent;
5-sectiunea critica a ajutajului;
6-sectiunea de iesire a ajutajului.

• Sistemele de propulsie mixte si combinate au aparut ca o dezvoltare fireasca a preocuparilor de marire a performantelor aparatelor de zbor, dar pe principii clasice de obtinere a tractiunii. Sistemul de propulsie mixt reprezinta gruparea a doua (rareori trei) sisteme de propulsie distincte, independente intre ele, si care functioneaza simultan sau alternativ.
• Sistemele de propulsie combinate reprezinta o asamblarea organica de
sisteme de propulsie simple intr-un sistem de propulsie in care o parte din energia fluidului de lucru a unui sistem de propulsie este transmisa celuilalt fluid de lucru (rachetoturboreactorul, turboreactor cu dublu flux, etc.). Sistemele de propulsie combinate sunt o sinteza a celor doua cai de dezvoltare si reprezinta apogeul dezvoltarii sistemelor de propulsie cu combustibil chimic.
• Sistemele de propulsie nechimice (nucleare, electrice) folosesc pentru accelerarea fluidului
de lucru interactiuni ale formelor de miscarea a materiei de natura electrica, magnetica si electromagnetice in cadrul unor dispozitive de accelerare specifice. Sistemele de propulsie neconventionale (nechimice) sunt superioare celor chimice dar si acestea nu folosesc, in scop propulsiv, interactiunile cu mediul al (formelor de mişcare a materiei) fluidului de lucru ejectat.
• Aerodina lenticulara a lui H.Coanda – sistemul B, fig.1, foloseste un nou principiu
propulsiv, în care interactiunea fluidului ejectat cu mediu şi corpul propulsat este la baza mişcarii acestuia. Potrivit lui Coandă propulsia aparatelor lenticulare ce utilizează acest principiu de navigaţie are la bază interacţiunile pânzei cu pereţii corpului (pentru accelerare şi direcţionare) şi cu mediul …”pentru a crea o diferenţa de presiune între partea superioară a voletului ( extrados ) şi cea inferioară a sa ( intrados), al unui corp staţionar”… “ Cu alte cuvinte, va trebui realizat un gradient de presiune statică în jurul unui corp, astfel încât suma presiunilor coacţionare luate cu semnele lor sa dea o rezultantă, cel puţin egală cu forţa gravitaţionala a corpului însa orientată în sens contrar acesteia realizând astfel flotarea corpului dorit”.Este folosit fenomenul de implozie (depresiune pe extrados) pentru realizarea propulsiei simultan cu fenomenul de creştere a presiunii pe intrados (explozie). Din pacate H. Coanda (şi alții) au aprofundat studiul efectului de perete (efectul Coandã)” numai legat de interacțiunile de presiune/mecanicã ale pãnzei continue de fluid cu mediul.
Declinul (6) – Performantele motoarelor racheta chimice sunt, insa, limitate datorita aparitiei, la temperaturi mai mari de 3000oC, a fenomenului de disociere (ionizare termica) a produselor de ardere. Acest fenomen de ionizare termica (disociere), este unu fenomen endoterm astfel ca energia termica ramasa pentru a fi transformata in energie mecanica (de presiune) sa fie mai mica decât cea corespunzatoare energiei chimice a combustibilului. Dispozitivele de evacuare convergent – divergente nu sunt capabile (fara modificari costisitoare) sa realizeze interactiuni conform formei de miscare electrice (nou aparute la temperaturi mai mari de 3000 C0) pentru compensarea pierderilor energetice. Forma fuziforma a rachetei cât si configuratia fluidului ejectat (vena) nu pot asigura rãcirea sistemului pe baza transferului termic mediu-corp rachetã. De aici apare necesitatea gãsirii soluțiilor fizice şi tehnice care sã stea la baza construcției şi funcționãrii unor motoare rachetã care sã reducã aspectele negative şi limitative ridicate de disocierea chimicã (ionizare termicã) a produselor de ardere. Mai mult de atãt, noile motoare rachetã sã creeze condiții pentru realizarea interacțiunilor cu mediul (atmosfera, ionosferã,…) a formelor de mişcare a materiei electrice (nou apãrute) în scopul îmbunãtãtirii parametrilor de miscare al aparatului propulsat. Sistemul B – aparat lenticular, fig. 1, prin calitatile de sistem pe care le are, poate utiliza interactiuni cu mediul favorabile transferului energetic (termic, masic, de impuls,) pe baza impulsul fluidului de lucru ejectat pentru diminuarea limitarilor mentionate. Impulsul fluidului ejectat din dispozitivul de evacuare (prin secțiunea de iesire in atmosfera (mediu) se pierde inutil fara a avea rol functional. Henry Coanda initiaza cercetarile si experimentarile (Paris, 1925, experiment cu ejector exterior pe baza efectului Coanda) legate de utilizarea impulsului fluidului ejectat (in anumite conditii) pentru interactiunea mecanica (de presiune) cu mediul atmosferic pentru propulsia aparatului, sistemul B, fig.1 si 2. Continuitatea pânzei accelerate pe extrados prin efect de perete confera acesteia si alte proprietati de interactiune cu atmosfera decât cele de natura termomecanica. Din pacate, solutiile propuse de H. Coanda pentru propulsia aparatelor lenticulare ( Aerodina lenticulara, brevet 762 688/1934- Franta, s.a) utilizau ejectoare de tip interior care vizau cresterea tractiunii pe baza debitului suplimentar datorat interactiunii fluidului de lucru cu mediul atmosferic si nu pe ansamblul proprietatilor pânzei definite pe contur inchis. Analizele si unele modele experimentale care aveau la baza brevetele lui Coanda (« ghereta zburatoare »- S.U.A., Franta ) s-au bazat pe utilizarea ejectoarelor de tip interior Coanda astfel incât, calea de cercetare initiata In anul 1925 de utilizare in propulsie a pânzelor continue definite pe conturul închis al aparatului – care ar fi evidentiat si alte tipuri de interactiuni (electrice, magnetice, electromagnetice, etc.) cu mediul, a fost intreruptã. Se impune(a) cu acuitate aprofundarea studiului (auto)generării interacţiunilor (electrice, EM, masice, termice,…) pânzelor de fluid ejectate în mediul atmosferic (peri)terestru şi în “ vid”-ul universal şi a modului în care pot fi folosite aceste interacțiuni în scop propulsiv. In România (D. Crivoi şi C. Bursuc, Uzina mecanica Orastie, Uzina Electomecanica Crângul lui Bot/ august-decembrie 1990), s-a realizat un model experimental de motor racheta chimic cu convergent inelar terminat în secțiune criticã, fig.4.4. La acest motor ejecția gazelor de ardere se realiza sub formã de pãnzã cilindricã continuã. In urma testãrii în stand, s- a evidențiat un spor al tracțiunii de aproximativ 28% fața de motorul racheta chimic “martor” care avea un ajutaj clasic la care ejecția gazelor era clasica, sub forma de venã masivã. fig. 3.

4parametriigeoemtrici

Parametrii geometrici (de forma) ai pânzei specifici indicau aparitia « fenomenului de transport » în zona de ejecție/”penetrare” a mediului. PE BAZA CERCETARII FUNDAMENTALE SI APLICATIVE PLURIDISCIPLINARE SI A TEHNICILOR SI METODELOR SPECIFICE INVENTICII (D. Crivoi, Creația tehnicã în propulsia rachetelor, ş.a)au rezultat CA ELEMENTE DE ABSOLUTA NOUTATE IN DOMENIU:
• FONDUL INFORMATIONAL SPECIFIC PROPULSIEI CU REACTIE (EFECTE FIZICE DE ACCELERARE A FLUIDULUI DE LUCRU, PRINCIPII DE PROPULSIE, SOLUTII TEHNICE);
• CERCETAREA SPECIFICULUI CREATIEI IN DOMENIUL PROPULSIEI RACHETELOR. LISTA CORECTATA A DEMERSURILOR EURISTICE INDICATE A FI UTILIZATE IN DOMENIUL PROPULSIEI CU REACTIE;
• NOI SOLUTII FIZICE DE OPTIMIZARE A TRACTIUNII PE BAZA INTERACTIUNII (MECANICE, TERMICE, CHIMICE, ELECTRICE, MAGNETICE, ELECTROMAGNETICE) FLUIDULUI EJECTAT CU MEDIUL PENTRU IMBUNATATIREA PERFORMANTELOR SISTEMULUI DE PROPULSIE;
• NOI SOLUTII TEHNICE PENTRU SISTEME DE PROPULSIE CE AU LA BAZA SOLUTIILE FIZICE REZULTATE;
• ANALIZA DIAGRAMELOR TRACTIUNII, T(S), SI PRESIUNII, P(S), SI A PARAMETRILOR GEOMETRICI SI FIZICI AI PÂNZEI (specifice) MOTORULUI RACHETA CU COMBUSTIBIL CHIMIC SOLID REALIZAT CONFORM SOLUTIEI TEHNICE OPTIME REZULTATE;
• NOI METODE SI TEHNICI DE STIMULARE A ACTIVITATII CREATIVE IN TEHNICA PROPULSIEI CU REACTIE CUM AR FI: CERCETARE PRIN DIAGRAMA DE IDEI, ALGORITMUL ALTSHULLER, METODA MULTIECRAN, ANALIZA SUBSTANTA- CAMP A SISTEMELOR TEHNICE SI NATURALE, ANALIZA INSTRUMENT-OBIECT-PRODUS A SISTEMELOR TEHNICE SI NATURALE, ETC.
Studiul interactiunii formelor de mişcare a materiei corpurilor masive cu cele din mediul penetrat, efectuat in cadrul unui contract de cercetare a ROR au evidentiat sursele miscarii si mecanismul transferului energetic mediul-corp masiv. Totodatã, s-au optimizat soluțiile gãsite funcție de interacțiunea formei de mişcare a materiei conjugate predominantã pe traiectoria rachetei (atmosfera, centuri de radiații,…,).

5.suprafatadecontrol

Fig. 5. Creşterea stabilitãții sistemului tehnic rachetã

 

Suprafata de control a sistemului de propulsie se extinde la limita maxima a interacțiunii formei de mişcarea a materiei din aparat/fluid de lucru, cu forma de mişcare predominanta conjugatã din mediu, sistemul b- cu electroconvergențã. Este o continuare, pe un plan mai complex, a cãii inițiate de H.Coanda –sistemul B, care utilizeazã interactiuni extrasistemice de presiune/mecanice pentru realizarea mişcarii aparatului de zbor, fig. 5. In strãinãtate cãt şi în țarã cercetarea ştiințificã în domeniu utilizãrii interacțiunii cu mediu a aparatului (fluidului de lucru) în scopul imbunatatirii parametrilor de mişcare este în fazã incipientã (cel puțin aşa rezultã din documentele publice). Aceste cautãri se referã în principal la creşterea debitului fluidului ejectat (prin utilizarea ejectoarelor ca dispozitive de evacuare) pentru creşterea tracțiunii motoarelor rachetã. De asemenea, în diferite lucrãri ştiintifice, s-a analizat, pe baza principiilor şi metodelor specifice inventicii, mişcarea corpurilor naturale din Univers şi modalitatea aplicãrii principiilor de mişcare/deplasare naturalã la sistemele tehnice (D. Crivoi, Electroconvergența Pãmãntului, ed. Performantica, Iasi, 2005; Creația tehnicã în propulsia rachetelor,ed. OMNIA UNI S.A.S.T., Braşov, 2002, ş.a.) .

dumitru
M-am nãscut în 1953 în Voineşti/Iaşi. In 1984 am absolvit Academia Tehnicã Militarã (facultatea de armament şi rachete) din Bucureşti. Anterior, în 1975, am absolvit şcoala de ofițeri de artilerie din Sibiu. Am obtinut titlul de doctor la Universitatea tehnica “Gh. Asachi”, Iaşi (conducator stiintific, prof. dr. ing. V. Belousov). Cãrti publicate : "Creaţia tehnică în domeniul propulsiei rachetelor", 2002; "Hazardul seismic", 2004; "Electroconvergenţa Pământului (Experimentul Allais-experiment crucial)", 2005; "Convergenţa şi divergenţa materiei/ Partea I-Electroconvergenţa corpurilor natural din Univers", 2007. Premii: Medalia de Aur la Salonul Internaţ. de Invenţii "Ecoinvent" (Iaşi, 2007); Medalia de bronz la Salonul de Inventica, Chişnãu, 2008. Email: crivoidumitru@yahoo.com;
dumitru

Abonează-te la newletter:

Caută în site



Formular de contact

Advertisment ad adsense adlogger