Boquilla de tapón

La boquilla de tapón es un tipo de boquilla que incluye un cuerpo central o tapón alrededor del cual fluye el fluido de trabajo. Las boquillas de tapón tienen aplicaciones en aeronaves, cohetes y muchos otros dispositivos de flujo de fluidos.

Mangueras

Típico rociador de jardín de boquilla con una palanca de gatillo (en la parte posterior) para controlar la posición del tapón y la válvula.

Las boquillas de gatillo de manguera de jardín comunes son un ejemplo simple de la boquilla de tapón y su método de operación. En este ejemplo, la boquilla consiste en una abertura cónica o en forma de campana con un tapón en una varilla móvil colocada frente a la boquilla. El tapón se parece a una válvula de asiento. El vástago de la válvula atraviesa el cuerpo de la boquilla hasta un gatillo, normalmente una palanca larga que baja por la parte posterior del conjunto de la boquilla. Un resorte mantiene la válvula presionada contra la abertura durante el uso normal, lo que proporciona un corte a prueba de fallas que detiene el flujo de agua cuando se cae la boquilla.

Cuando se suministra agua a la manguera, fluye a través del cuerpo de la boquilla hacia la abertura, donde normalmente fluiría directamente en una corriente. Justo después de salir de la abertura, se encuentra con el tapón, que desvía el agua hacia los lados en un ángulo. Después de recorrer una corta distancia, el agua se encuentra con el exterior de la abertura de la boquilla, que la desvía hacia adelante nuevamente. Este proceso de dos pasos hace que el agua sea expulsada en un patrón en forma de anillo, lo que hace que menos agua llegue a cualquier lugar y, por lo tanto, reduce la erosión y facilita el riego de áreas más grandes.

La forma del tapón y la abertura de la boquilla permiten ajustar el ángulo del anillo. Normalmente, esto tiene una forma tal que cuando se tira del tapón hacia la abertura, corta parcialmente el flujo de agua y hace que se extienda en el ángulo más amplio posible. Esto se puede utilizar para "nebulizar" plantas. Cuando se presiona más el gatillo, el tapón se aleja de la abertura, lo que provoca menos bloqueos e interrupciones en el flujo y, en última instancia, permite que el agua vuelva a formar un chorro.

En cohetes

Las boquillas de tapón pertenecen a una clase de boquillas de compensación de altitud, muy parecidas a las aerospike, que, a diferencia de los diseños tradicionales, mantienen su eficiencia en una amplia gama de altitudes.

Al igual que en el ejemplo de la manguera de jardín, las boquillas de tapón utilizan una boquilla de cohete en forma con un tapón en forma de asiento para permitir que se cambie el patrón del escape del cohete. Esto se utiliza para ajustar los cambios de altitud; en altitudes más bajas, el tapón se tira hacia atrás para que el escape se extienda, mientras que en altitudes más altas, la presión de aire más baja hará que esto suceda de forma natural. Una construcción alternativa para el mismo concepto básico es usar dos boquillas, una dentro de la otra, y ajustar la distancia entre ellas. Este patrón tiene la ventaja de un mejor control sobre el escape y arreglos de enfriamiento más simples.

Confusamente, el término "boquilla de tapón" también se puede usar para referirse a una clase completamente diferente de boquillas de motor, las aerospikes. En teoría, el aerospike debería parecerse más o menos a una lanza, con una base ancha y una parte delantera larga y afilada. Sin embargo, el "pico" La porción se puede cortar con solo efectos menores en el rendimiento, dejando solo la sección base. Esto se parece mucho a un tapón o tapón de drenaje común y conduce al uso generalizado del término "boquilla de tapón" para este diseño también.

En aviones y misiles

Boquilla de escape Jumo 004, mostrando el Zwiebel órgano restrictivo

La boquilla de bujía del motor a reacción tiene su origen en la cohetería, pero también se ha estudiado a lo largo de los años, pero no se ha utilizado, para aviones de crucero supersónicos como el Boeing SST, el motor de ciclo variable propuesto por General Electric, con su boquilla de bujía acústica. y Concordia. Sin embargo, se utilizó para el misil AGM-28 Hound Dog y el avión de pasajeros Tu-144. El enchufe / "expansión externa" La boquilla tiene un tapón central y un chorro supersónico que se expande libremente en lugar de una superficie de cono divergente para contener la expansión supersónica interna como en una boquilla delaval con-di. El Pratt & El motor de avión Whitney J52 utilizado en el misil supersónico AGM-28 Hound Dog utilizó una boquilla de tapón que funcionó mejor sobre la envolvente de vuelo del misil que una boquilla convergente o con-di. Se utilizó un cuerpo central de traslación en el motor Kolesov RD-36-51A sin postcombustión utilizado para el avión de pasajeros supersónico Tupolev Tu-144D. Se perforó el cuerpo central y se introdujo aire comprimido en el chorro de escape a través de las perforaciones para atenuar el ruido. El peso y el enfriamiento son preocupaciones típicas con las boquillas de tapón de los aviones. Se rechazó un diseño de boquilla obturadora evaluado en el Establecimiento Nacional de Turbinas de Gas para el motor Concorde debido a la penalización de peso de las características variables requeridas y preocupaciones sobre el enfriamiento adecuado de la obturación durante la operación de recalentamiento. Las pruebas del modelo de boquilla tapón han mostrado niveles de ruido reducidos en comparación con las boquillas convergentes-divergentes tradicionales.

Las toberas propulsoras para aeronaves subsónicas han utilizado un cuerpo central/bala/cono para proporcionar el área de salida de la tobera necesaria para establecer correctamente la línea de funcionamiento de un compresor axial en su mapa. Los primeros motores turborreactores alemanes operativos con compresores axiales, el Jumo 004 y el BMW 003, necesitaban áreas de toberas de escape diferentes para funcionar correctamente en cada uno de los regímenes operativos: arranque/ralentí, ascenso, alta velocidad, gran altitud. Una boquilla con una "bala" cuerpo restrictivo en el centro fue elegido para cada diseño. Proporcionó control de área con una actuación relativamente simple y se adaptó a la forma anular del escape de la turbina.