Stephen Hawking

Stephen Hawking (n. 8 ianuarie 1942, Oxford/Anglia) este un fizician englez, teoretician al originii universului și unul dintre cei mai mari cosmologi contemporani, profesor la catedra de Matematică la Universitatea Cambridge, deținută cândva de Isaac Newton.

Stephen Hawking s-a născut în ziua când se împlineau 300 de ani de la moartea lui Galileo Galilei. Și-a făcut educația la St. Albans School (Hertfordshire) și la University College (Oxford). În 1962 - la vârsta de 20 de ani - obține titlul de Doctor în Fizică la Trinity Hall din Cambridge, unde își începe activitatea didactică și științifică.

În 1963, la vârsta de 21 de ani, Hawking observă pentru prima dată o slăbiciune a mușchilor. În urma unui examen medical, se constată o boală progresivă de neuron motor, afecțiune cunoscută sub numele de Scleroză laterală amiotrofică. I se dau maximum 3 ani de trăit. Hawking nu cedează, continuă să lucreze, în ciuda agravării continue a invalidității. Se căsătorește în1965 cu Jane Wilde (divorțând ulterior, în 1990), și va avea trei copii. Paralizia progresează și, cu timpul, devine complet imobilizat, își pierde vocea și este constrâns să comunice cu ajutorul unui computer sofisticat (conceput special pentru el de un prieten), care poate fi controlat cu mișcări ale capului și globilor oculari, la o viteză de cincisprezece cuvinte pe minut! Infirmitatea nu îl poate împiedica să își continue activitatea didactică și științifică. În 1995 se căsătorește din nou, cu Elaine Mason.

În data de 20 aprilie 2009, Universitatea Cambridge a declarat că Hawking este „foarte bolnav”, și a fost internat la spitalulAddenbrooke. A două zi s-a declarat că starea lui este stabilă, dar pentru observație și o recuperare integrală, este în continuare ținut la spital.

Stephen Hawking, Profesor de Matematică Laucasian al Universităţii Cambridge şi unul dintre cei mai străluciţi fizicieni ai timpului nostru, va vizita Departamentul de Fizică şi Astronomie al Universităţii KULeuven în perioada 24-26 octombrie. Profesorul Hawking a acceptat cu bunăvoinţă să ţină o prelegere pentru comunitatea universitară şi pentru publicul larg, intitulată „Originea Universului”, pe data de 25 octombrie. Vizita lui Hawking în Leuven are loc în contextul unei noi iniţiative în domeniul cercetării lansate de Profesorul Thomas Hertog de la Institutul pentru Fizică Teoretică al KULeuven (ITP).

Profesorul Hertog îşi începe activitatea luna aceasta ca membru al Programului Odysseus desfăşurat de Fundaţia pentru Cercetare flamandă, care pune la dispoziţia cercetătorilor tineri flamanzi fonduri substanţiale pentru a-i susţine în proiectele de cercetare de pionerat.

Profesorul Hertog şi echipa ITP îşi vor concentra eforturile academice în jurul unui număr de provocări ştiinţifice în domeniul cosmologiei teoretice. Interesul acestora se va îndrepta şi asupra naturii originii Universului. 

Cu această iniţiativă ITP reînvie o tradiţie remarcabilă în domeniul cercetării in cosmologie practicată la KULeuven, tradiţie care a început în anii 1920 când renumitul om de ştiinţă Georges Lemaitre a propus primul model fizic al unui univers în expansiune. Cecetările sale au constituit fundaţia pentru ce avea să devină, în cele din urmă, teoria Bing Bang-ului. 

Insă, Lamaitre nu a cercetat natura Bing Bang-ului în sine. In mare măsură, această chestiune a rămas în afara domeniului fizicii timp de mai multe decenii, până când Hawking a reluat discuţiile la inceputul anilor 1980.

In urma evoluțiilor recente legate de Teoria Corzilor ( String Theory) , in care ITP continuă să aibă o contribuţie remarcabilă, studiul legat de natura cuantică a Bing Bang-ului devine una din zonele centrale ale cercetării teoretice în fizica energiilor înalte. 

O cosmologie fizică bazată pe Teoria Corzilor ar putea aprofunda înţelegerea noastră a unora dintre cele mai importante întrebări legate de universul nostru şi ar putea stabilli universul timpuriu ca un prim teren de testare pentru fizica energiilor inalte. 

Lansând o echipă de cercetare puternică în acest domeniu, ITP doreşte să joace un rol de lider pe plan internaţional, în incercarea de a intelege modul în care Teoria Corzilor se aplică în cosmologie şi , în special, ce fel de universuri prezice aceasta teorie.

Hawking, împreună cu Hertog și James Hartle de la Universitatea California, Santa Barbara, lucrează pentru a reduce distanţa dintre Teoria Corzilor şi cosmologie. Scopul vizitei lui Hawking în Leuven este finalizarea unei lucrări scrise în colaborare cu Hertog şi Hartle în care aceştia dezvoltă un nou mod de a folosi metodele teoriei corzilor pentru a înţelege evoluţia universului timpuriu. 

Prelegerea pubică va avea loc marţi, pe 25 octombrie, la ora 20:30, în aula Pieter de Somer, cel mai mare auditorium al universităţii ( Debériotstraat 24, Leuven). Locurile sunt deschise publiclui larg şi se vor ocupa pe principiul primul venit-primul servit. In consecinţă, vă rugăm să vă planificaţi participarea în timp util deoarece o dată ce sala şi-a atins capacitatea maximă, persoanele prezente rămase fără loc nu vor mai avea acces în sală.

Principalele domenii de cercetare sunt cosmologia teoretică, relativitatea generală și mecanica cuantică. În anii 1965-1970elaborează un model matematic asupra originii și evoluției universului în expansiune, din momentul "marii explozii" inițiale ("The Big Bang") și întreprinde studii asupra relației dintregăurile negre din univers și termodinamică. Cercetările sale l-au dus la concluzia că aceste găuri negre au o durată de existență limitată, constituirea unor perechi de particule-antiparticule virtuale ducând la o "evaporare" treptată a acestora sub forma radiației Hawking. Mai târziu, revine asupra acestei teorii, admițând că radiația se produce indiferent de procesul ce are loc înăuntrul unei găuri negre, reprezentare ce contrazice regulile mecanicii cuantice, teorie cunoscută sub numele de paradoxul informațional al găurilor negre. La Conferința Internațională asupra Relativității Generale și Gravitației din 21 iulie 2004, care a avut loc la Dublin, Hawking a emis idea că găurile negre ar putea transmite, într-o manieră deformată, informații asupra întregii materii pe care au asimilat-o.

Foarte populare sunt cărțile sale de popularizare a științei, pentru nespecialiști: A Brief History of Time, 1988 (publicată în limba română sub titlul Scurtă istorie a timpului, 2004),Einstein's dream, 1993 (Visul lui Einstein și alte eseuri), The Universe in a Nutshell, 2001 (Universul într-o coajă de nucă, 2004) și A briefer history of time, în colaborare cu Leonard Mlodinow, 2005 (O mai scurtă istorie a timpului).

În data de 1 octombrie 2009, Universitatea din Cambridge declară că: În joia aceasta celebrul fizician și cosmolog predă la celebra „Catedră Lucasiană de Matematică” a Universității.

Premii și distincții 

• Fellow of the Royal Society din 1974
• Companion of the Order of the British Empire din 1982
• Medalia de Aur din partea Royal Astronomical Society 1985
• Premiul J. E. Lilienfeld de la American Physical Society 1999
• Medalia de aur Papa Pius al XII-lea, decernată de Vatican în 1975
• Membru al Academiei Pontificale de Științe din 1986, deși teoriile sale nu sunt întru totul de acord cu interpretarea religioasă a creației lumii
• Premiul Wolf pentru Fizică, împreună cu Roger Penrose, în 1988

Motorul electric

Un motor electric (sau electromotor) este un dispozitiv electromecanic ce transformă energia electrică în energie mecanică. Transformarea în sens invers, a energiei mecanice în energie electrică, este realizată de un generator electric. Nu există diferențe de principiu semnificative între cele două tipuri de mașini electrice, același dispozitiv putând îndeplini ambele roluri în situații diferite.

Principiul de funcționare 

Majoritatea motoarelor electrice funcționează pe baza forțelor electromagnetice ce acționează asupra unui conductor parcurs de curent electric aflat în câmp magnetic. Există însă și motoare electrostatice construite pe baza forței Coulomb și motoare piezoelectrice.

Utilizare 

Fiind construite într-o gamă extinsă de puteri, motoarele electrice sunt folosite la foarte multe aplicații: de la motoare pentru componente electronice (hard disc, imprimantă) până la acționări electrice de puteri foarte mari (pompe, locomotive, macarale).

Clasificare 

Motoarele electrice pot fi clasificate după tipul curentului electric ce le parcurge: motoare de curent continuu și motoare de curent alternativ. În funcție de numărul fazelor curentului cu care funcționează, motoarele electrice pot fi motoare monofazate sau motoare polifazate (cu mai multe faze).

Motoare de curent continuu

Funcționează pe baza unui curent ce nu-și schimbă sensul, curent continuu. În funcție de modul de conectare al înfășurării de excitație, motoarele de curent continuu se împart în patru categorii:

• Cu excitație derivație 
• Cu excitație serie
• Cu excitație mixtă 
• Cu excitație separată 

Motoare de curent alternativ 

Motoare asincrone 

Mașinile electrice asincrone sunt cele mai utilizate mașini în acționările cu mașini de curent alternativ. S-au dat mai multe definiții în ceea ce privește mașina electrică asincronă. Două dintre cele mai folosite definiții din domeniul acționărilor electrice sunt:

1.O mașină asincronă este o mașină de curent alternativ pentru care viteza în sarcină și frecvența rețelei la care este legată nu sunt într-un raport constant.

2.O mașină este asincronă dacă circuitului magnetic îi sunt asociate două sau mai multe circuite ce se deplasează unul în raport cu celălalt și în care energia este transferată de la partea fixă la partea mobilă sau invers prin fenomenul inducției electromagnetice.

O caracteristic a mașinilor asincrone este faptul că viteza de rotație este puțin diferită de viteza câmpului învârtitor, de unde și numele de asincrone. Ele pot funcționa în regim de generator (mai puțin răspândit) sau de motor. Cea mai largă utilizare o au ca motoare electrice (în curent trifazat), fiind preferate față de celelalte tipuri de motoare prin construcția mai simplă (deci și mai ieftină), extinderea rețelelor de alimentare trifazate și prin siguranța în exploatare.

La aceste motoare, viteza scade puțin cu sarcina; din acest motiv caracteristica lor mecanică se numește caracteristică tip derivație. Motoarele asincrone se folosesc în acționările în care se cere ca turația să nu varieze cu sarcina: mașini-unelte obișnuite, ventilatoare, unele mașini de ridicat, ascensoare, etc.

Elemente constructive

Indiferent de tipul motorului, acesta este construit din două părți componente: stator și rotor. Statorul este partea fixă a motorului, în general exterioară, ce include carcasa, bornele de alimentare, armătura feromagnetică statorică și înfășurarea statorică. Rotorul este partea mobilă a motorului, plasată de obicei în interior. Este format dintr-un ax și o armătură rotorică ce susține înfășurarea rotorică. Între stator și rotor există o porțiune de aer numită întrefier ce permite mișcarea rotorului față de stator. Grosimea întrefierului este un indicator important al performanțelor motorului.

Motorul de curent continuu

Motorul de curent continuu a fost inventat în 1873 de Zénobe Gramme prin conectarea unui generator de curent continuu la un generator asemănător. Astfel, a putut observa că mașina se rotește, realizând conversia energiei electrice absorbite de la generator. Astfel el a constatat, că generatorul "inițial" era de fapt o mașină electrică reversibilă, care putea lucra ca un convertizor de energie bidirecțional.

Motorul de curent continuu are pe stator polii magnetici și bobinele polare concentrate care creează câmpul magnetic de excitație. Pe axul motorului este situat un colector ce schimbă sensul curentului prin înfășurarea rotorică astfel încât câmpul magnetic de excitație să exercite în permanență o forță față de rotor.

În funcție de modul de conectare a înfășurării de excitație motoarele de curent continuu pot fi clasificate în:

• motor cu excitație independentă - unde înfășurarea statorică și înfășurarea rotorică sunt conectate la două surse separate de tensiune.
• motor cu excitație paralelă - unde înfășurarea statorică și înfășurarea rotorică sunt legate în paralel la aceași sursă de tensiune.
• motor cu excitație serie - unde înfășurarea statorică și înfășurarea rotorică sunt legate în serie.
• motor cu excitație mixtă - unde înfășurarea statorică este divizată în două înfășurări, una conectată în paralel și una conectată în serie.

Înfășurarea rotorică parcursă de curent va avea una sau mai multe perechi de poli magnetici echivalenți. Rotorul se deplasează în câmpul magnetic de excitație până când polii rotorici se aliniază în dreptul polilor statorici opuși. În același moment, colectorul schimbă sensul curenților rotorici astfel încât polaritatea rotorului se inversează și rotorul va continua deplasarea până la următoarea aliniere a polilor magnetici.

Pentru acționări electrice de puteri mici și medii, sau pentru acționări ce nu necesită câmp magnetic de excitație variabil, în locul înfășurărilor statorice se folosesc magneți permanenți.

Turația motorului este proporțională cu tensiunea aplicată înfășurării rotorice și invers proporțională cu câmpul magnetic de excitație. Turația se reglează prin varierea tensiunii aplicată motorului până la valoarea nominală a tensiunii, iar turații mai mari se obțin prin slăbirea câmpului de excitație. Ambele metode vizează o tensiune variabilă ce poate fi obținută folosind un generator de curent continuu (grup Ward-Leonard), prin înserierea unor rezistoare în circuit sau cu ajutorul electronicii de putere (redresoare comandate,choppere).

Cuplul dezvoltat de motor este direct proporțional cu curentul electric prin rotor și cu câmpul magnetic de excitație. Reglarea turației prin slăbire de câmp se face, așadar, cu diminuare a cuplului dezvoltat de motor. La motoarele serie același curent străbate înfășurarea de excitație și înfășurarea rotorică. Din această considerație se pot deduce două caracteristici ale motoarelor serie: pentru încărcări reduse ale motorului, cuplul acestuia depinde de pătratul curentului electric absorbit; motorul nu trebuie lăsat să funcționeze în gol pentru că în acest caz valoarea intensității curentului electric absorbit este foarte redusă și implicit câmpul de excitație este redus, ceea ce duce la ambalarea mașinii până la autodistrugere. Motoarele de curent continuu cu excitație serie se folosesc în tracțiunea electrică urbană și feroviară (tramvaie, locomotive).

Schimbarea sensului de rotație se face fie prin schimbarea polarității tensiunii de alimentare, fie prin schimbarea sensului câmpului magnetic de excitație. La motorul serie, prin schimbarea polarității tensiunii de alimentare se realizează schimbarea sensului ambelor mărimi și sensul de rotație rămâne neschimbat. Așadar, motorul serie poate fi folosit și la tensiune alternativă, unde polaritatea tensiunii se inversează o dată în decursul unei perioade. Un astfel de motor se numește motor universal și se folosește în aplicații casnice de puteri mici și viteze mari de rotație (aspirator, mixer).

Motorul de curent alternativ 

Motoarele de curent alternativ funcționează pe baza principiului câmpului magnetic învârtitor. Acest principiu a fost identificat de Nikola Tesla în 1882. În anul următor a proiectat un motor de inducție bifazat, punând bazele mașinilor electrice ce funcționează pe baza câmpului magnetic învârtitor. Ulterior, sisteme de transmisie prin curent alternativ au fost folosite la generarea și transmisia eficientă la distanță a energiei electrice, marcând cea de-a doua Revoluție industrială. Un alt punct important în istoria motorului de curent alternativ a fost inventarea de către Michael von Dolivo-Dobrowlsky în anul 1890 a rotorului în colivie de veveriță.

Motorul de inducție trifazat

Motorul de inducție trifazat (sau motorul asincron trifazat) este cel mai folosit motor electric în acționările electrice de puteri medii și mari. Statorul motorului de inducție este format din armătura feromagnetică statorică pe care este plasată înfășurarea trifazată statorică necesară producerii câmpului magnetic învârtitor. Rotorul este format din armătura feromagnetică rotorică în care este plasată înfășurarea rotorică. După tipul înfășurării rotorice, rotoarele pot fi de tipul:

rotor în colivie de veveriță (în scurtcircuit) - înfășurarea rotorică este realizată din bare de aluminiu sau -mai rar- cupru scurtcircuitate la capete de două inele transversale.

rotor bobinat - capetele înfășurării trifazate plasate în rotor sunt conectate prin interiorul axului la 3 inele. Accesul la inele dinspre cutia cu borne se face prin intermediul a 3 perii.

Prin intermediul inducției electromagnetice câmpul magnetic învârtitor va induce în înfășurarea rotorică o tensiune. Această tensiune creează un curent electric prin înfășurare și asupra acestei înfășurări acționează o forță electromagnetică ce pune rotorul în mișcare în sensul câmpului magnetic învârtitor. Motorul se numește asincron pentru că turația rotorului este întotdeauna mai mică decât turația câmpului magnetic învârtitor, denumită și turație de sincronism. Dacă turația rotorului ar fi egală cu turația de sincronism atunci nu ar mai avea loc fenomenul de inducție electromagnetică, nu s-ar mai induce curenți în rotor și motorul nu ar mai dezvolta cuplu.

Turația motorului se calculează în funcție alunecarea rotorului față de turația de sincronism, care este cunoscută, fiind determinată de sistemul trifazat de curenți.

Alunecarea este egală cu: , unden1 este turația de sincronism șin2 este turația rotorului., undef este frecvența tensiunii de alimentare șip este numărul de perechi de poli ai înfășurării statorice.

Turația mașinii, în funcție de turația câmpului magnetic învârtitor și în funcție de alunecare este: .

Se observă că alunecarea este aproape nulă la mers în gol (când turația motorului este aproape egală cu turația câmpului magnetic învârtitor) și este egală cu 1 la pornire, sau când rotorul este blocat. Cu cât alunecarea este mai mare cu atât curenții induși în rotor sunt mai intenși. Curentul absorbit la pornirea prin conectare directă a unui motor de inducție de putere medie sau mare poate avea o valoare comparabilă cu curentul de avarie al sistemelor de protecție, în acest caz sistemul de protecție deconectează motorul de la rețea. Limitarea curentului de pornire al motorului se face prin creșterea rezistenței înfășurării rotorice sau prin diminuarea tensiunii aplicate motorului. Creșterea rezitenței rotorului se face prin montarea unui reostat la bornele rotorului (doar pentru motoarele cu rotor bobinat). Reducerea tensiunii aplicate se face folosind un autotransformator, folosind un variator de tensiune alternativă (pornirea lină) sau conectând inițial înfășurarea statorică în conexiune stea (pornirea stea-triunghi - se folosește doar pentru motoarele destinate să funcționeze în conexiune triunghi) sau prin înserierea de rezistoare la înfășurarea statorică. La reducerea tensiunii de alimentare trebuie avut în vedere că cuplul motorului este proporțional cu pătratul tensiunii, deci pentru valori prea mici ale tensiunii de alimentare mașina nu poate porni.

Turația mașinii de inducție se modifică prin modificarea alunecării sale sau prin modificarea turației câmpului magnetic învârtitor. Alunecarea se poate modifica din tensiunea de alimentare și din rezistența înfășurării rotorice astfel: se crește rezistența rotorică (prin folosirea unui reostat la bornele rotorice - doar la motoarele cu rotor bobinat) și se variază tensiunea de alimentare (folosind autotransformatoare, variatoare de tensiune alternativă, cicloconvertoare) sau se menține tensiunea de alimentare și se variază rezistența din rotor (printr-un reostat variabil). Odată cu creșterea rezistenței rotorice cresc și pierderile din rotor și implicit scade randamentul motorului. O metodă interesantă de reglare a turației sunt cascadele de recuperare a puterii de alunecare. La bornele rotorice este conectat un redresor, iar la bornele acestuia este conectat un motor de curent continuu aflat pe același ax cu motorul de inducție (cascadă Krämmer cu recuperare puterii de alunecare pe cale mecanică). Tensiunea indusă în rotor este astfel redresată și aplicată motorului de curent continuu astfel încât cuplul dezvoltat de motorul de curent continuu se însumează cuplului dezvoltat de motorul de inducție. Reglarea turației motorului de inducție se face prin reglarea curentului prin înfășurarea de excitație. În locul motorului de curent continuu se poate folosi un invertor cu tiristoare și un transformator de adaptare (cascadă Krämmer cu recuperare puterii de alunecare pe cale electrică). Tensiunea indusă în rotor este astfel redresată și prin intermediul invertorului și a transformatorului este reintrodusă în rețea. Reglarea vitezei se face din unghiul de aprindere al tiristoarelor.

Turația câmpului magnetic învârtitor se poate modifica din frecvența tensiunii de alimentare și din numărul de perechi de poli ai mașinii. Numărul de perechi de poli se modifică folosind o înfășurare specială (înfășurarea Dahlander) și unul sau mai multe contactoare. Frecvența de alimentare se modifică folosind invertoare. Pentru frecvențe mai mici decât frecvența nominală a motorului (50 Hz pentru Europa, 60 Hz pentru America de Nord) odată cu modificarea frecvenței se modifică și tensiunea de alimentare păstrând raportul U/f constant. Pentru frecvențe mai mari decât frecvența nominală la creșterea frecvenței tensiunea de alimentare rămâne constantă și reglarea vitezei se face cu slăbire de câmp (ca la motorul de curent continuu).

Sensul de rotație al motorului de inducție se inversează schimbând sensul de rotație al câmpului învârtitor. Aceasta se realizează schimbând două faze între ele.

Motorul de inducție cu rotorul în colivie este mai ieftin și mai fiabil decât motorul de inducție cu rotorul bobinat pentru că periile acestuia se uzează și necesită întreținere. De asemenea, motorul de inducție cu rotorul in colivie nu are colector și toate dezavantajele care vin cu acesta: zgomot, scântei, poluare electromagnetică, fiabilitate redusă și implicit întreținere costisitoare. Motoarele de curent continuu au fost folosite de-a lungul timpului în acționările electrice de viteză variabilă, deoarece turația motorului se poate modifica foarte ușor modificând tensiunea de alimentare însă, odată cu dezvoltarea electronicii de putere și în special cu dezvoltarea surselor de tensiune cu frecvență variabilă, tendința este de înlocuire a motoarelor de curent continuu cu motoare de inducție cu rotor în colivie.

Motorul de inducție monofazat 

În cazul în care sistemul trifazat de tensiuni nu este accesibil, cum este în aplicațiile casnice, se poate folosi un motor de inducție monofazat. Curentul electric monofazat nu poate produce câmp magnetic învârtitor ci produce câmp magnetic pulsatoriu (fix în spațiu și variabil în timp). Câmpul magnetic pulsatoriu nu poate porni rotorul, însă dacă acesta se rotește într-un sens, atunci asupra lui va acționa un cuplu în sensul său de rotație. Problema principală o constituie deci, obținerea unui câmp magnetic învârtitor la pornirea motorului și aceasta se realizează în mai multe moduri.

Prin atașarea pe statorul mașinii la un unghi de 90° a unei faze auxiliare înseriată cu un condensator se poate obține un sistem bifazat de curenți ce produce un câmp magnetic învârtitor. După pornirea motorului se deconectează faza auxiliară printr-un întrerupător centrifugal. Sensul de rotație al motorului se poate schimba prin mutareacondensatorului din faza auxiliară în faza principală.

În locul fazei auxiliare se poate folosi o spiră în scurtcircuit plasată pe o parte din polul statoric pentru obținerea câmpului învârtitor. Curentul electric indus în spiră se va opune schimbării fluxului magnetic din înfășurare, astfel încât amplitudinea câmpului magnetic se deplasează pe suprafața polului creând câmpul magnetic învârtitor.

Motorul sincron trifazat 

Motorul sincron trifazat este o mașină electrică la care turația rotorului este egală cu turația câmpului magnetic învârtitor indiferent de încărcarea motorului. Motoarele sincrone se folosesc la acționări electrice de puteri mari și foarte mari de până la zeci de MW.

Statorul motorului sincron este asemănător cu statorul motorului de inducție (este format dintr-o armătură feromagnetică statorică și o înfășurare trifazată statorică). Rotorul motorului sincron este format dintr-o armătură feromagnetică rotorică și o înfășurare rotorică de curent continuu. Pot exista două tipuri constructive de rotoare: cu poli înecați și cu poli aparenți. Rotorul cu poli înecați are armătura feromagnetică crestată spre exterior și în crestătură este plasată înfășurarea rotorică. Acest tip de motor are uzual o pereche de poli și funcționează la turații mari (3000 rpm la 50 Hz). Rotorul cu poli aparenți are armătura feromagentică sub forma unui butuc poligonal pe care sunt plasate miezurile polilor rotorici și bobine polare concentrate. În unele situații în locul bobinelor polare concentrate se pot folosi magneți permanenți. Motorul sincron cu poli aparenți are un număr mare de poli și funcționează la turații mai reduse. Accesul la înfășurarea rotorică se face printr-un sistem inel-perie asemănător motorului de inducție. Motoarele sincrone cu poli aparenți pot avea cuplu chiar și în lipsa curentului de excitație, motorul reactiv fiind cel ce funcționează pe baza acestui cuplu, fără înfășurare de excitație și fără magneți permanenți.

Înfășurarea rotorică (de excitație) a motorului parcursă de curent continuu creează un câmp magnetic fix față de rotor. Acest câmp „se lipește” de câmpul magnetic învârtitor statoric și rotorul se rotește sincron cu acesta. Datorită inerției, câmpul magnetic rotoric nu are timp să se lipească de câmpul magnetic învârtitor și motorul sincron nu poate porni prin conectare directă la rețea. Există trei metode principale de pornire a motoarelor sincrone:

pornirea în asincron - pe tălpile polare rotorice este prevăzută o colivie asemănătoare coliviei motorului de inducție și motorul pornește pe același principiu ca al motorului de inducție.

pornirea la frecvență variabilă - este posibilă doar atunci când este disponibilă o sursă de tensiune cu frecvență variabilă sau un convertor cu frecvență variabilă. Creșterea frecvenței se face lent, astfel încât câmpul învârtitor să aibă viteze suficient de mici la început pentru a putea permite rotorului să se „lipească” de câmpul magnetic învârtitor.

pornirea cu motor auxiliar - necesită un motor auxiliar ce antrenează motorul sincron conectat la rețea. Când motorul ajunge la o turație apropiată de turația de sincronism motorul auxiliar este decuplat, motorul sincron se mai accelerează puțin până ajunge la turația de sincronism și continuă să se rotească sincron cu câmpul magnetic învârtitor.

Motorul sincron monofazat

Este realizat uzual ca motor sincron reactiv cu sau fără magneți permanenți pe rotor. Asemănător motoarelor de inducție monofazate, motoarele sincrone monofazate necesită un câmp magnetic învârtitor ce poate fi obținut fie folosind o fază auxiliară și condensator fie folosind spiră în scurtcircuit pe polii statorici. Se folosesc în general în acționări electrice de puteri mici precum sistemele de înregistrare și redare a sunetului și imaginii.

Motorul pas cu pas

Motorul pas cu pas este un tip de motor sincron cu poli aparenți pe ambele armături. La apariția unui semnal de comandă pe unul din polii statorici rotorul se va deplasa până când polii săi se vor alinia în dreptul polilor opuși statorici. Rotirea acestui tip de rotor se va face practic din pol în pol, de unde și denumirea sa de motor pas cu pas. Comanda motorului se face electronic și se pot obține deplasări ale motorului bine cunoscute în funcție de programul de comandă. Motoarele pas cu pas se folosesc acolo unde este necesară precizie ridicată (hard disc, copiatoare).

Locomotivă cu abur

Locomotiva cu abur este o locomotivă propulsată cu ajutorul forței aburului. Motorul cu abur a fost folosit pentru locomotive timp de mai bine de o sută de ani de la inventarea acesteia la începutul secolului XIX, până la înlocuirea definitivă cu tehnologia diesel și mai apoi alte motoare moderne.

Imagineaza-ti viata ta fara masina, tren sau alte mijloace de transport la care eu nu vreau sa ma gandesc in momentul acesta. Cum ar fi daca masina n-ar exista sau trenul nici nu ar fi fost inventat? Dar, ce noroc pe tine, pe mine si pe restul din jurul nostru ca toate aceste masinarii care ne usureaza viata au fost inventate cu mult timp inaintea noastra. Acum cateva zile am scris un articol despre un inventator roman care a construit un autoturism pe abur. El a fost cel care a pus bazele masinilor pe care le veneram astazi si de care avem mare nevoie. Tot atunci va spuneam ca nu intru in detalii despre cum functioneaza un cazan cu abur, cazan care a fost folosit si de inventatorul roman. Al naibii coincidenta. Acelasi model de cazan cu abur este folosit si la locomotivele cu abur si acum este momentul potrivit pentru o lectie de “mecanica de balta”.

Locomotivă cu abur românească construită la Reşiţa, 
din seria 230, destinată trenurilor de călători

Locomotive cu abur celebre într-o ilustraţie dinBrockhaus
 and Efron Encyclopedic Dictionary (1890-1907)

Începutul

Înainte de a se ajunge la locomotiva cu abur au fost necesari doi pași importanți: îmbunătățirea substanțială a motorului cu abur de catre inventatorul James Watt și construirea unei mașini cu abur de inventatorul francez Nicolas-Joseph Cugnot. Ideea de locomotivă a apărut la început ca soluție la transportul minereului din galerii miniere. Înainte de inventarea locomotivei era folosită în acest scop tracțiunea animală. Caii de tracțiune aveau o soartă nefericită și o durată a vieții redusă, deseori murind în mine. Astfel această soluție s-a dovedit necorespunzătoare și, în căutarea unei alternative, a apărut prima locomotivă propulsată cu ajutorul puterii aburului construită de Richard Trevithick în 1804. Așadar în 1829 inventatorul George Stephenson inaugurează locomotiva sa Racheta (Engleză: The Rocket) care este considerată prima locomotivă rentabilă. Racheta a fost prima locomotivă folosită pentru transportul de persoane între două orașe (Liverpool șiManchester).

În România, prima locomotivă cu abur a fost construită în anul 1872 la Reșița, pe atunci în componența Austro-Ungariei. Locomotiva avea ecartament îngust (948 mm), a fost construită după proiectul lui John Haswell și denumită Reșița.

Schema de functionare: 1. balansoar; 2. manivela (are rolul de a defaza sertarul cu un sfert de ciclu fata de manivela atasata rotii motoare); 3. tija ce actioneaza sertarul; 4. tija transversala (imbunatateste sincronizarea sertarului); 5. pivot (ce conecteaza tija principala de tija transversala); 6. cilindrul sertarului; 7. cilindrul principal; 8. tija de reglare (actionata de mecanic)

Principiul de functionare a unei locomotive cu abur este foarte simplu de inteles si nu necesita cunostiinte in domeniu, ci o buna imaginatie. Cel mai simplu model de locomotiva cu abur are in componenta un cazan incalzit prin arderea unui combustibil fosil (in general carbune). Vaporii de apa sub presiune sunt colectati si apoi dirijati spre piston. Presiunea exercitata pe suprafata pistonului determina miscarea bielei ce leaga pistonul de roata. Astfel miscarea liniara a pistonului se transforma in miscare circulara a rotii. Locomotivele secolului al XIX-lea foloseau abur saturat, iar primele locomotive cu abur supraincalzit au fost construite la inceputul anilor 1900. In momentul in care a fost descoperita aceasta noua tehnologie locomotivele aproape ca isi atingeau limitele maxime posibile cu abur saturat. Metoda uzuala pentru supraincalzire consta in directionarea aburului din cazan in elementii de supraincalzire (sub forma de tevi lungi). Acesti elementi erau si ei incalziti de foc si astfel temperatura aburului era ridicata cu 55 pana la 85 °C si in acest fel eficienta motorului crestea cu 10 – 15 %.

Locomotivele cu abur foloseau principiul preincalzirii apei ca o solutie care ajuta la marirea randamentului termic. In acest proces o parte din caldura care ar fi trebuit sa fie evacuata este recuperata si transferata apei ce urmeaza a fi incalzita in cazan. În acest fel se evita si socul termic care ar fi avut loc in cazan in momentul patrunderii apei reci. Acest sistem a fost introdus la locomotivele cu abur incepand cu anii 1920 iar cazanul Franco-Crosti este un bun exemplu in acest sens. Locomotivele cu abur consuma cantitati considerabile de apa si astfel aprovizionarea a fost permanent o problema de logistica. În zonele de desert a fost adoptata solutia condensarii aburului. Aceasta procedura era realizata de mecanismul de condensare prevazut cu niste radiatoare uriase unde se condensa aburul ce in mod normal urma sa fie evacuat pe cos, dupa care apa lichida era refolosita. Acest dispozitiv trebuia construit in asa fel incat uleiul de ungere sa fie eliminat din abur. Randamentul acestor masinarii era la vremea respectiva unul destul de bun si in practica randamentul unui cazan ajungea la 15%. Cea mai mare parte din energie este pierduta prin caldura evacuata si arderea incompleta. Mai mult, caldura generata prin frecare este neglijabila, cea mai multa caldura fiind disipata in procesul de ardere a combustibilului, prin peretii cutiei de foc, ai cazanului si prin cosul de fum.

Din cele invatate in timpul orelor de Turbine, Cazane cu Abur si alte obiecte interesante pe care le studiez la facultate, dar si din ce am citit pana acum despre istoria locomotivei cu abur, va ofer si voua cateva notiuni despre batranele locomotive cu abur care foloseau combustibili fosili si care au ajutat la imbunatatirea transportului.

Supraîncălzirea

Locomotivele secolului al XIX-lea foloseau abur saturat, iar primele locomotive cu abur supraîncălzit au fost construite la începutul anilor 1900. În momentul în care a fost descoperită această nouă tehnologie locomotivele aproape că își atingeau limitele maxime posibile cu abur saturat. Unii specialiști cum ar fi F.M. Swengel susțin că nicio altă inovație tehnologică nu a egalat tehnologia supraîncălzirii cu privire la înlăturarea limitărilor modelului de motor cu abur.

Metoda uzuală pentru supraîncalzire consta în direcționarea aburului din cazan în elemenții de supraîncălzire (sub formă de țevi lungi). Acești elemenți erau și ei încălziți de foc și astfel temperatura aburului era ridicată cu 55 până la 85 °C. În acest fel eficiența motorului creștea cu 10 - 15%.

Totuși, eficiența s-a dovedit a nu fi direct proporțională cu temperatura, ca urmare creșterea prea mare a temperaturii nu era utilă. În ultimii ani ai locomotivelor cu abur temperatura aburului varia în jur de 315 °C (600 °F) iar unele locomotive erau dotate cu termometru pentru controlul acestei temperaturi. Depășirea temperaturii de siguranță ducea câteodată la explozia cazanului și accidente grave.

Frânarea

Frânarea este realizată cu ajutorul unor saboți mari ce presează roțile motoare. Acest sistem necesită pompe acționate cu abur și care de obicei sunt montate în partea laterală a cazanului sau în fața camerei de fum.

Locomotivele cu abur sunt aproape întotdeauna prevăzute cu cutii de nisip. Din aceste cutii nisipul este trimis pe șine pentru a îmbunătății aderența și a face posibilă frânarea la timp în prezența precipitațiilor. Cutia cu nisip sau domul cu nisip este de obicei montat deasupra cazanului.

Randament

Cea mai mare parte din energie este pierdută prin căldura evacuată și arderea incompletă. Mai mult, căldura generată prin frecare este neglijabilă, cea mai multă căldură fiind disipată în procesul de ardere a combustibilului, prin pereții cutiei de foc, ai cazanului și prin coșul de fum. În practică motorul cu abur atingea un randament termic de maximum 10%. Acest procent se referă strict la energie dar trebuie ținut seama și de eficiența economică, ținând cont că combustibilul locomotivelor cu abur este mult mai ieftin decât combustibilul lichid (benzină, motorină, păcură). Astăzi câteva proiecte de locomotivă cu abur modernă se străduiesc să îmbunătățească randamentul: proiectul britanic 5AT se laudă cu un randament de 14%.

Performanțe

Astăzi locomotivele cu abur sunt considerate depășite tehnologic iar în comparație cu locomotivele moderne sunt mult mai puțin performante. Totuși, locomotivele cu abur construite în perioada interbelică ajungeau la performanțe impresionante. Un exemplu în acest sens este locomotiva 4468 Mallard care pe 3 iulie 1938 stabilește recordul de 201,2 km/h.

Pentru stabilirea performanței erau folosite două metode. Prima era o evaluare bazată pe parametrii termici și caracteristicile mecanice ale componentelor motorului, și anume: presiunea din cazan, diametrul pistonului, cursa pistonului și diametrul roții de tracțiune. Tracțiunea este dată de formula:,

unde

Ft este tracțiunea (forța de tracțiune)

c este o constantă care reprezintă scăderea în presiune de la cazan la cilindru și frecarea.

P este presiunea din cazan

d este diametrul pistonului

s este cursa pistonului

D este diametrul roții de tracțiune

O altă metodă consta în calcularea puterii efective. Pe lângă numeroase formule se folosea un vagon dotat cu instrumente de măsură ce era tractat pe durata testării și care înregistra diverși indicatori.

Componentele locomotivei cu abur: 

1. Focarul (în care arde focul); 2. Cenuşar (cutia cu cenuşă); 3.Cazan; 4. Cutie de fum; 5. Cabina mecanicului; 6. Tender (pentru cărbune şi apă); 7. Domul de abur; 8.Supapă de siguranţă; 9. Regulator; 10. Supraîncălzitor; 11. Piston; 12. Ţeava de evacuare a aburului;13. Mecanismul de distribuţie; 14. Pârghia fluturelui; 15. Cadrul locomotivei; 16. Boghiul posterior; 17.Boghiul anterior; 18. Suportul axului; 19. Suspensie cu arc de foi; 20. Sabotul frânei; 21. Pompă de aer;22. Tampon de cuplare; 23. Fluier acţionat de abur; 24. Domul cu nisip;

Evoluția

La început, locomotivele cu abur se deplasau cu o viteză comparabilă cu cea a unei trăsuri trasă de cai. Din această cauză erau folosite mai mult în industrie, la transportul în mine și uzine. Cu timpul însă, performanța creștea și s-a început construirea de căi ferate pentru transportul de călători. Astfel, Liverpool and Manchester Railway deschisă în 1825 a fost prima rută feroviară destinată transportului de pasageri. Pe această rută locomotiva The Rocket construită de inginerul George Stephenson a atins fabuloasa viteză de 48 km/h.

Dezvoltarea locomotivelor cu abur a luat avânt, iar până la sfârșitul secolului lumea civilizată era împânzită de căi ferate. Pe 10 mai 1893, locomotiva #999, a căii ferate New York Central & Hudson River a menținut o viteză medie de 165 km/h pe o distanță de 10 km și a atins viteza maximă de 180 km/h.

Punctul culminant în evoluția locomotivei cu abur poate fi considerat jumătatea secolului al XX-lea. Din acest moment a început înlocuirea intensivă a locomotivelor cu abur cu locomotivele diesel. În acel moment locomotivele cu abur deveniseră niște giganți pe căile ferate. Pe continentul Nord-American la data de 5 septembrie 1941 a fost livrată prima locomotivă din seria "Big Boy" a Union Pacific în orașul Omaha. Această locomotivă este considerată de mulți ca fiind cea mai mare și mai puternică: dezvolta o tracțiune de 602,18 kN.

Apusul locomotivei cu abur

Încă de la apariția primelor locomotive diesel-electrice, la începutul secolului XX, se întrevedea declinul puterii aburului. În Europa locomotivele cu abur au continuat să fie folosite până pe la jumătatea secolului, dar în alte țări au supraviețuit sfârșitului secolului. Astăzi majoritatea locomotivelor cu abur funcționale sunt folosite cu scopuri turistice. În România un exemplu bun în acest sens este "Mocănița", o locomotivă de cale ferată cu ecartament îngust (760 mm) mai este folosită astăzi în puține zone ale țării atrăgând turiștii.

Cauza principală a scoaterii din folosință a locomotivelor cu abur se pare că este costul de întreținere ridicat. Combustibilul ocupă mult spațiu, prin urmare este nevoie de mult spațiu de stocare: în general, tenderul pentru cărbune, rezervorul de apă și cazanul formează mai bine de 50% din corpul locomotivei. Masivitatea acestor locomotive contribuia la deteriorarea rapidă a căii ferate. De altfel orice reparație a locomotivei necesită o muncă laborioasă și mult timp. Timp mult se pierdea și cu pornirea locomotivei: de obicei câteva ore până ce apa din cazan era adusă la fierbere, iar înainte de "înnoptare" cutia de foc trebuia curățată de zgură și cenușă.

Fumul emis de locomotivele cu abur a constituit de asemenea un motiv pentru înlocuirea cu tehnologia diesel sau diesel-electrică.

Sunetul in fizica

Sunetul este un fenomen fizic care stimuleaza simtul auzului. La oameni auzul are loc cand vibratiile de frecvente intre 15 si 20.000 de hertzi ajung la urechea interna. Hertzul, sau Hz, este unitatea de masura a frecventei egala cu o perioada pe secunda. Astfel de vibratii ajung la urechea interna cand sunt transmise prin aer, si termenul sunet este ceva restrictionat la astfel de unde care vibreaza in aer. Fizicienii moderni, insa, extind termenul pentru a include vibratii similare in medii lichide sau solide. Sunete de frecvente mai mari de 20.000 Hz sunt numite ultrasonice.

In general, undele se pot propaga transversal sau longitudinal. In ambele cazuri, doar energia miscarii undei este propagata prin mediu; nici o parte din mediu nu se misca prea departe. Ca exemplu, o sfoara poate fi legata de un stalp la un capat, iar celalalt capat este tras pana sfoara se intinde, iar apoi sfoara este scuturata o data. O unda va trece pe sfoara pana la stalp, iar aici va fi reflectata si ea se va intoarce la mana. Nici un punct de pe sfoara nu se misca longitudinal spre stalp, dar parti succesive din sfoara se misca transversal. Acest tip de miscare se numeste unda transversala. De asemenea, daca o piatra este aruncata intr-o piscina, o serie de unde transversale pleaca din punctul de impact al pietrei. Un dop de pluta plutind in apropiere se va misca in sus si in jos, adica se va misca transversal respectand si directia de miscare a undei, dar nu se va deplasa prea mult longitudinal. O unda sonora, insa, este o unda longitudinala. In timp ce energia miscarii undei se propaga in exteriorul sursei, moleculele de aer care duc sunetul se misca in fata si in spate, paralel la directia de miscare a undei. Asadar, o unda sonora este o serie de compresii si extensii alternative ale aerului. Fiecare molecula da energia moleculei vecine, dar dupa ce unda sonora a trecut, fiecare molecula ramane in aceeasi pozitie ca la inceput. 

Amplitudinea

Amplitudinea este caracteristica undelor sonore pe care o percepem ca volum. Distanta maxima pe care o unda o parcurge de la pozitia normala, sau zero, este amplitudinea; aceasta corespunde cu gradul de miscare in moleculele de aer ale unei unde. Cand gradul de miscare in molecule creste, acestea lovesc urechea cu o forta mai mare. Din cauza aceasta, urechea percepe un sunet mai puternic. O comparatie de unde sonore la amplitudine scazuta, medie, si inalta demonstreaza schimbarea sunetului prin alterarea amplitudinii. Aceste trei unde au aceeasi frecventa, si ar trebui sa sune la fel doar ca exista o diferenta perceptibila in volum.

Amplitudinea unei unde sonore este gradul de miscare al moleculelor de aer din unda. Cu cat amplitudinea unei unde este mai mare, cu atat moleculele lovesc mai puternic timpanul urechii si sunetul este auzit mai puternic. Amplitudinea unei unde sonore poate fi exprimata in unitati masurand distanta pe care se intind moleculele de aer, sau diferenta de presiune intre compresie si extensie ale moleculelor, sau energia implicata in proces. Cand cineva vorbeste normal, de exemplu, se produce energie sonora la o rata de aproximativ o suta de miime dintr-un watt. Toate aceste masuratori sunt extrem de dificil de facut, si intensitatea sunetului este exprimata, in general, prin compararea cu un sunet standard, masurat in decibeli.

Caracteristici fizice:

Orice sunet simplu, cum ar fi o nota muzicala, poate fi descrisa in totalitate, specificand trei caracteristici perceptive: inaltime, intensitate, si calitate (timbru). Aceste caracteristici corespund exact a trei caracteristici fizice: frecventa, amplitudine, si constitutia armonica, sau respectiv forma undei. Zgomotul este un sunet complex, o mixare de multe diferite frecvente, sau note care nu sunt legate armonic.

Frecventa:

Noi percepem frecventa ca sunete mai 'inalte' sau sunete mai 'joase'. Frecventa unui sunet este numarul de perioade, sau oscilatii, pe care o unda sonora le efectueaza intr-un timp dat. Frecventa este masurata in hertzi, sau perioade pe secunda. Undele se propaga si la frecvente mari si la frecvente joase, dar oamenii nu sunt capabili sa le auda in afara unei raze relativ mici. Sunetele pot fi produse la frecvente dorite prin metode diferite. De exemplu, un sunet de 440 Hz poate fi creat activand o boxa cu un oscilator care actioneaza pe aceasta frecventa. Un curent de aer poate fi intrerupt de o roata dintata cu 44 de dinti, care se roteste cu 10 rotatii/secunda; aceasta metoda este folosita la sirena. Sunetul produs de boxa si cel produs de sirena, la aceeasi frecventa este foarte diferit in calitate dar corespund la inaltime.

Intensitatea sunetului:

Intensitatile sunetului sunt masurate in decibeli(dB). De exemplu, intensitatea la minimul auzului este 0 dB, intensitatea soaptelor este in medie 10 dB, si intensitatea fosnetului de frunze este de 20 dB. Intensitatile sunetului sunt aranjate pe o scara logaritmica, ceea ce inseamna ca o marire de 10 dB corespunde cu o crestere a intensitatii cu o rata de 10. Astfel, fosnetul frunzelor este de aproape 10 ori mai intens decat soapta. Distanta la care un sunet poate fi auzit depinde de intensitatea acestuia, care reprezinta rata medie a cursului energiei pe unitatea de suprafata perpendiculara pe directia de propagare. In cazul undelor sferice care se raspandesc de la un punct sursa, intensitatea variaza invers proportional cu patratul distantei, cu conditia sa nu se piarda energie din cauza vascozitatii, caldurii, sau alte efecte de absorbtie. Astfel, intr-un mediu perfect omogen, un sunet va fi de 9 ori mai intens la distanta de 1 unitate de origine decat la 3 unitati. In propagarea sunetului in atmosfera,schimbarile in proprietatile fizice ale aerului, cum ar fi temperatura, presiune si umiditate,produc scaderea amplitudinii undei sau imprastierea acesteia, asa ca legea de mai sus nu este aplicabila in masurarea intensitatii sunetului in practica.

Perceptia notelor:

Daca urechea unei persoane tinere este testata de un audiometru, se va observa ca este sensibila la toate sunetele de la 15-20 Hz pana la 15.000-20.000 Hz. Auzul persoanelor in virsta este mai putin acut, mai ales la frecvente mai inalte. Gradul in care o ureche normala poate separa doua note de volum putin diferit sau de frecventa putin diferita variaza in diferite raze de volum si frecventa a notelor. O diferenta in inaltime de aproape 20%(1 decibel,dB), si o diferenta in frecventa de 1/3%(aproximativ 1/20 dintr-o nota) poate fi distinsa in sunete de intensitate moderata la frecventele la care urechea este sensibila (intre 1.000-2.000 Hz). Tot in acest interval, diferenta intre cel mai mic sunet care poate fi auzit si cel mai puternic sunet care poate fi perceput ca sunet (sunetele mai puternice sunt 'simtite', sau percepute ca stimuli durerosi) este de aproape 120 dB(de aproximativ 1 trilion de ori mai puternic).

Toate aceste teste de senzitivitate se refera la note pure, cum ar fi cele produse de un oscilator electronic. Chiar si pentru astfel de note urechea este imperfecta. Note de frecventa identica dar cu intensitate foarte diferita par ca difera putin in inaltime. Mai importanta este diferenta intre intensitati aparent relative cu frecvente diferite. La volum inalt urechea este aproximativ la fel de sensibila la toate frecventele, dar la volum mai mic urechea este mai sensibila la frecventele mijlocii decat la cele mari sau mici. Astfel, aparatele care reproduc sunetele si functioneaza perfect, par ca nu reproduc corect notele cele mai mici si cele mai mari, daca volumul este scazut.

Reflexia:

Sunetul este guvernat de reflexie de asemenea, respectand legea fundamentala ca unghiul de reflexie este egal cu cel de incidenta. Rezultatul reflexiei este ecoul. Sistemul de radar subacvatic depinde de reflexia sunetelor propagate in apa. Un megafon este un tub tip cornet care formeaza o raza de unde sonore reflectand unele dintre razele divergente din partile tubului. Un tub similar poate aduna undele sonore daca se indreapta spre sursa sonora capatul mai mare; astfel de aparat este urechea externa a omului.

Refractia:

Sunetul, intr-un mediu cu densitate uniforma, se deplaseaza inainte intr-o linie dreapta. Insa, ca si lumina, sunetul este supus refractiei, care indeparteaza undele sonore de directia lor originala. In regiuni polare, de exemplu, unde aerul de langa pamant este mai rece decat cel ce se afla la inaltimi mai ridicate, o unda sonora indreptata in sus care intra in zona mai calda din atmosfera este refractata inspre pamant. Receptia excelenta a sunetului in directia in care bate vantul si receptia proasta invers directiei vantului se datoreaza tot refractiei. Viteza vantului este, de obicei, mai mare la altitudini ridicate decat la nivelul pamantului; o unda sonora verticala care se deplaseaza in directia vantului este refractata inspre pamant in timp ce aceeasi unda indreptata invers directiei vintului, este refractata in sus.

Trei tipuri importante de sunete obisnuite:

In discutie, muzica, si zgomot, notele pure sunt rareori auzite. O nota muzicala contine in plus de o frecventa fundamentala, tonuri mai inalte care sunt armonici ale frecventei fundamentale. Vocea contine un amestec complex de sunete, dintre care unele (nu toate) sunt in relatie armonica intre ele. Zgomotul consista intr-un amestec de multe frecvente diferite intr-un anumit interval; este astfel comparabil cu lumina alba, care consta intr-un amestec de lumini de culori diferite. Zgomote diferite sunt distinse prin diferite distributii ale energiei in mai multe intervale de frecventa.

Cand o nota muzicala continand niste armonici ale unei note fundamentale, dar lipsindu-i unele armonici sau chiar fundamentala insasi, este transmisa la ureche, urechea formeaza diferite sunete sub forma sumei sau diferentei frecventelor, astfel producand armonicile sau fundamentala lipsa in sunetul original. Aceste note sunt si ele armonici ale notei fundamentale. Aceasta anomalie a urechii poate fi folositoare. Aparatele ce reproduc sunete si nu au boxe foarte mari, de exemplu, nu pot produce, in general, sunete de inaltime mai mica de anumite valori; totusi, o ureche umana ce asculta la astfel de echipament poate reda nota fundamentala rezolvand frecventele sunetului din armonicile sale. O alta imperfectie a urechii in prezenta sunetelor normale este incapabilitatea de a auzi note de frecventa inalta cand este prezent sunet de frecventa joasa de intensitate considerabila. Acest fenomen se numeste mascare.

In general, vocea este inteligibila si cantecele pot fi satisfacator intelese daca sunt reproduse doar frecventele intre 250 si 3.000 Hz, intervalul de frecventa a telefoanelor, chiar daca unele sunete din limbajul nostru au frecvente de aproape 6.000 Hz. Pentru naturalete, insa, trebuie reproduse frecventele de la 100 la 10.000 Hz. Sunetele produse de unele instrumente muzicale, pot fi reproduse natural doar la frecvente relativ scazute, si unele zgomote pot fi reproduse doar la frecvente relativ inalte.

Unde sonore caracteristice:

Fiecare instrument produce o anumita vibratie caracteristica. Vibratiile calatoresc prin aer sub forma undelor sonore care ajung la urechile noastre, dandu-ne posibilitatea sa identificam instrumentul chiar si daca nu il vedem. Cele patru unde sonore aratate in poza arata forma vibratiilor unor instrumente comune. Un diapazon scoate un sunet pur, vibrand regulat intr-o forma curbata. O vioara genereaza un sunet voios si o unda sonora cu forme ascutite. Flautul produce un sunet tandru, adevarat, si o forma relativ curbata. Diapazonul, vioara, si flautul, cantau toate aceeasi nota, de aceea, distanta dintre punctele inalte ale undei este aceeasi pentru fiecare unda. Un gong nu vibreaza intr-un sablon obisnuit ca celelalte trei instrumente. Forma undei este ascutita si libera, iar inaltimea sa nu este, in general, recunoscuta.

Viteza sunetului:

Frecventa unei unde sonore este o masura a numarului de unde care trec printr-un punct dat intr-o secunda. Distanta dintre doua varfuri succesive ale undei (ventre) se numeste lungime de unda. Produsul dintre lungimea de unda si frecventa este egal cu viteza de propagare a undei, si este aceeasi pentru sunetele de orice frecventa (daca sunetul se propaga in acelasi mediu la aceeasi temperatura). Viteza de propagare in aer uscat la temperatura de 0° C(32° F este de 331,6 m/sec). Daca temperatura este marita, viteza sunetului creste; astfel, la 20° C, viteza sunetului este 344 m/sec. Schimbarile presiunii la o densitate controlata, nu au nici un efect asupra vitezei sunetului. Viteza sunetului in alte gaze depinde doar de densitatea acestora. Daca moleculele sunt grele, se misca mai greu, iar sunetul se propaga mai incet. De aceea sunetul se propaga putin mai repede in aer mai umed decat in aer uscat, deoarece aerul umed contine un numar mai mare de molecule mai usoare. Viteza sunetului in cele mai multe gaze depinde de asemenea de un alt factor, caldura specifica, care afecteaza propagarea undelor sonore. Sunetul se propaga, in general, mult mai repede in lichide si solide decat in gaze. Si in lichide si in solide, densitatea are acelasi efect ca in gaze; adica, viteza este invers proportionala cu radacina patrata a densitatii. Viteza mai variaza si direct proportional cu radacina patrata a elasticitatii. Viteza sunetului in apa, de exemplu, este aproximativ 1525 m/sec la temperaturi normale dar creste foarte mult cand creste temperatura. Viteza sunetului in cupru este de aproape 3353 m/sec la temperaturi normale si scade odata cu cresterea temperaturii (din cauza elasticitatii care scade); in otel, care este mult mai elastic, sunetul se propaga cu o viteza de aproape 4877 m/sec, propagandu-se foarte eficient. Undele sonore calatoresc mai rapid si mai eficient in apa decat in aer uscat, permitand animalelor cum ar fi balenele sa comunice intre ele de la distante foarte mari. Balenele si casalotii folosesc undele sonore si pentru a le ajuta sa navigheze in ape intunecate, directionand si primind undele sonore la fel ca un radar al unei nave sau submarin.

Avionul

Avionul este o aerodină prevăzută cu o suprafață portantă fixă ce asigură sustentația datorită vitezei de deplasare. Viteza de deplasare poate fi asigurată fie de acțiunea unor grupuri motopropulsoare, fie de acțiunea unei componente a greutății (în cazul zborului de coborâre sau al zborului fără motor).

Istoric

Apărute la începutul secolului XX, primele avioane cereau mult curaj și îndemânare pentru a le pilota. În acea vreme, ele nu erau nici rapide, nici încăpătoare. Primul zbor cu un aparat mai greu decât aerul l-a făcut renumitul inventator român Traian Vuia. Marele savant român Henri Coandă este inventatorul aparatului de zbor fără elice, acesta fiind propulsat de un motor cu reacție și această invenție proprie revoluționând astfel lumea aviației și trecerea la o treaptă superioară a evoluției umane. Louis Blériot a fost primul pilot care a traversat Canalul Mânecii, în 1909. Charles Lindbergh a realizat prima traversare a Atlanticului, singur și fără escală, în 1927. În 1933, Wiley Post a fost primul pilot de avion care a făcut singur turul lumii. A parcurs 25 000 km în 7 zile, 18 ore și 49 de minute.

Forțele care acționează asupra unui avion în zbor

Aerodinamica avionului

Asupra unei aeronave aflate în zbor acționează patru forțe care trebuie să se afle în echilibru. O forță în general poate fi interpretată ca o tragere sau o împingere asupra unui obiect într-o anumită direcție.

Greutatea

Greutatea este o forță orientată întotdeauna spre centrul pământului. Ea este direct proporțională cu masa avionului și depinde de încărcarea sa. Deși este distribuită asupra întregului aparat, ne putem imagina că ea este colectată și acționează asupra unui singur punct, numit centrul de greutate. În zbor, deși aeronava se rotește în jurul centrului de greutate, orientarea greutății rămâne tot spre centrul pământului. În timpul zborului greutatea scade constant datorită consumării combustibilului din rezervoare. Distribuția greutății și centrul de greutate se pot și ele schimba, de aceea pilotul trebuie să ajusteze constant comenzile pentru a ține avionul în echilibru.

Tracțiunea

Tracțiunea este asigurată de sistemul de propulsie. Valoarea tracțiunii depinde de mai mulți factori asociați sistemului de propulsie: tipul motorului, numărul de motoare, comanda motorului, viteza și înălțimea de zbor. În figura alăturată, cele două motoare ale avionului sunt dispuse sub aripi și orientate paralel cu fuzelajul, deci tracțiunea va acționa pe linia central longitudinală a fuzelajului. La unele avioane (de exemplu Hawker-Siddeley Harrier/Harrier direcția tracțiunii poate varia în funcție de evoluția pe care o execută. De exemplu la decolare ea este orientată la un anumit unghi față de axa longitudinală a avionului, pentru a "ajuta" avionul să decoleze. Însă, la avioanele turboreactoare, deși gazele de ardere sunt evacuate în sens opus sensului de zbor, acest lucru face ca avionul să fie "împins" înainte, pe principiul acțiune - reacțiune descris de Newton: oricărei forțe de acțiune i se opune o forță egală și de sens contrar, numită reacțiune.

Rezistența la înaintare

Rezistența la înaintare (la mișcare) este forța aerodinamică care se opune oricărui corp ce se deplasează într-un fluid. Mărimea acestei forțe este influențată de mai mulți factori: forma aeronavei, densitatea și compoziția aerului, viteza. Direcția acestei forțe este întotdeauna opusă direcției de zbor și putem considera că ea "se concentrează" într-un singur punct numit centru de presiune.

Portanța

Portanța este forța care ține avionul în aer și trebuie înțeleasă în raport cu celelalte trei. Ea poate fi generată de orice parte a aeronavei, dar la un avion obișnuit portanța este datorată în special aripii și în particular formei specifice în secțiune a aripii. Portanța este o forță aerodinamică datorată "trecerii" unui obiect printr-un fluid. Ea acționează asupra centrului de presiune și este definită ca fiind perpendiculară pe direcția de curgere a fluidului.

Teoriile despre generarea forței portante au devenit surse de controverse și subiect de discuții aprinse. Deși explicația exactă și completă este destul de dificil de înțeles fără aparatul matematic adecvat, acest articol încearcă să expună principiile ei.

Curgerea în jurul unui profil aerodinamic

Schimbarea direcției sau vitezei unei curgeri de fluid generează o forță. Mai exact, portanța apare atunci când curgerea unui fluid este "întoarsă" de către un obiect solid. Când curgerea este deviată într-o anumită direcție, portanța apare în direcția opusă, în concordanță cu principiul acțiunii și reacțiunii al lui Newton. Dat fiind că aerul este un fluid, moleculele sunt libere în mișcare și orice suprafață solidă poate devia curgerea. Pentru o secțiune de aripă – numită profil aerodinamic – ambele sale suprafețe, de sus – extrados și respectiv de jos – intrados contribuie la întoarcerea curgerii. Luând în considerare doar una dintre suprafețe, ajungem la o teorie incorectă a portanței, de aceea ele se abordează împreună.

Când două obiecte solide interacționează într-un proces mecanic, forțele sunt transmise sau aplicate într-un „punct de contact”. Dar când un corp solid interacționează cu un fluid, lucrurile sunt mult mai greu de descris, datorită faptului că fluidul își schimbă forma. Pentru un solid care este imersat într-un fluid, punctul de contact este orice punct de pe suprafața solidului. Deci avem de a face cu o forță distribuită, adică cu o presiune.

Valoarea unei forței care acționează asupra unei suprafețe este egală cu presiunea înmulțită cu aria suprafeței respective. Presiunea este o unitate scalară legată de distribuția de presiunii din fluid. O forță este o unitate vectorială, care are valoare și direcție, trebuie deci determinată direcția forței. Presiunea acționează perpendicular sau normal pe suprafața unui corp solid, deci direcția forței pe o suprafață foarte mică a obiectului este normală la suprafață. Direcția normală se schimbă de-a lungul profilului deoarece acesta are o suprafață curbată. Pentru a obține forța mecanică netă peste întregul profil trebuie adunate contribuțiile componentelor tuturor suprafețelor mici ale obiectului. Este important de știut faptul că dacă presiunea pe o suprafață închisă este constantă, atunci nu există nici o forță rezultantă, deoarece suma tuturor forțelor mici pe direcțiile normale dă valoarea zero. (Pentru fiecare mică suprafață, există o altă mică suprafață a cărei normală este orientată în exact direcția opusă normalei primei suprafețe.)

Câmpul de presiuni în jurul unui profil aerodinamic

Pe un corp aflat într-un fluid în mișcare, viteza va avea valori diferite în puncte diferite de-a lungul suprafeței închise a corpului. Presiunea locală (dată de acele suprafețe forte mici de care vorbeam) fiind în relație directă cu viteza locală, rezultă de asemenea că ea va varia de-a lungul suprafeței închise. Însumând toate presiunile locale normale și înmulțind apoi cu suprafața exterioară totală a corpului va rezulta o forță. Componenta acestei forțe perpendiculară pe direcția de curgere a fluidului este numită forța portantă, iar componenta de-a lungul direcției de curgere se numește rezistența la înaintare. În realitate există o singură forță, cauzată de variația presiunii în jurul suprafeței corpului sau - vorbind de profile aerodinamice - este cauzată de diferența dintre presiunile de pe intradosul și respectiv extradosul profilului. Forța aerodinamică acționează într-un punct determinat de distribuția presiunilor, punct numit centrul de presiune.

Portanța este o forță mecanică, generată de interacțiunea și contactul dintre un solid și un fluid. Nu este generată de un câmp de forțe precum greutatea, care este generată de câmpul gravitațional, unde un corp poate interacționa asupra altui corp fără a fi în contact fizic propriu-zis. Pentru a avea portanță, corpul solid trebuie să fie în contact direct cu fluidul. Deci, dacă nu există fluid, nu există nici mișcare.

Pe de altă parte, portanța este generată de diferența de viteză dintre corpul solid și fluid. Trebuie să existe o mișcare între obiect și fluid. Deci dacă nu există mișcare, nu se poate vorbi de portanță. Nu are importantă dacă fluidul este în mișcare și corpul e static, sau dacă corpul se mișcă în fluid.

Factorii care influențează portanța sunt forma și dimensiunea obiectului, viteza și direcția sa principală de mișcare față de fluid, densitatea fluidului, compresibilitatea și viscozitatea sa.

Părțile componente ale avionului și manevrarea sa

Forma exterioară a avionului, dimensiunile, motorizarea, organizarea structurală a componentelor sale îi influențează direct performanțele. Avionul este un aparat complex alcătuit în mod normal din patru subsisteme:

• structura de rezistență
• sistemul de propulsie
• echipamentele de bord și aparatele de comandă a zborului
• instalațiile și mecanizarea aeronavei

În general, un avion este alcătuit din următoarele părți principale: aripa cu dispozitivele sale de sustentație, fuzelajul, ampenajele orizontal și vertical cu părțile lor mobile, trenul de aterizare și sistemul de propulsie. Părțile mobile ale avionului sunt: eleroanele, profundorul, direcția, flapsurile, voleții, frâna aerodinamică și compensatoarele.

Structura unui avion civil

  

Aparatura de bord este alcătuită din: sisteme pentru controlul zborului, sisteme pentru controlul funcționării motoarelor, sisteme de navigație aeriană, aparatură radio/radiolocație.

La avioanele militare se adaugă armamentul de bord, instalațiile de bombardament și dirijare a rachetelor, blindajul de protecție, acroșajele și aparatura adecvată misiunilor de luptă.

Acționarea comenzilor avionului se realizează prin intermediul instalațiilor hidraulice și pneumatice. Esențiale pentru zborul avionului sunt și instalațiile de alimentare cu combustibil și ulei, instalațiile electrice, de antigivraj (dezghețare), sanitară, de izolație termică și fonică, climatizare și comenzile agregatelor aeronavei, echipamentul de dirijare.

Comanda sistemului de propulsie și a comenzilor părților sale mobile asigură manevrarea aeronavei.

Comanda tracțiunii se realizează prin maneta de gaze care acționează sistemul de propulsie. Comenzile părților mobile sunt asigurate prin manșă, paloniere, flapsuri, frâne, etc. De exemplu, acționarea manșei înainte și înapoi implică bracarea profundoarelor în sus și în jos, fapt care duce la o mișcare a avionului în sus sau în jos. Mișcarea manșei spre stânga sau dreapta acționează eleroanele de pe aripi, ducând la o mișcare de ruliu (rotație) în jurul axei longitudinale. Călcarea palonierelor (pedalelor) spre stânga sau dreapta acționează direcția avionului în lateral. Ceea ce trebuie reținut însă, este că manevrarea aeronavei se face prin acționarea combinată a diferitelor comenzi.

Structura avionului

Aripa

În zborul aerodinamic, bazat pe forța portantă, cea mai importantă parte a avionului este aripa. Împreună un ampenajele, aripa asigură sustentația, stabilitatea și manevrabilitatea avionului. În general aripa este compusă din structura de rezistență, înveliș exterior, rezervoarele integrate de combustibil, aparatura hidro-pneumatică aferentă comenzilor. Sub aripă se instalează trenul principal de aterizare al avionului, sistemul de propulsie, acroșaje speciale rachete, bombe sau rezervoare lărgabile.

Forma în plan a aripii este extrem de diversificată, în funcție de destinația, rolul, dimensiunile, forma sau viteza avionului: aripa dreaptă (An-2, Cessna 172), aripă trapezoidală (F-22 Raptor), aripă în săgeată (A300, BAC 1-11, Su-27), aripă în săgeată cu geometrie variabilă (avionul multirol Tornado, bombardierul B-1 Lancer), aripă triunghiulară (F-16, Saab 37 Viggen), aripă delta gotic (Concorde), etc.

Triplan Fokker Dr.I

Biplan Pitts S1s

Biplan An-2 cu aripă dreaptă

F-22:aripă trapezoidală

Su-27:aripă în săgeată

F-111:aripă în săgeată cu geometrie variabilă

Concorde:aripă delta gotic

Elementele constructive ale unei aripi de avion obișnuite sunt: lonjeroanele, lisele, nervurile, panourile de înveliș și alte piese componente, de rigidizare (ex: montanți) folosite pentru transmiterea eforturile între aripă și fuzelaj sau între tronsoanele aripii.

Aripile cu cel puțin două lonjeroane împreună cu învelișul formează chesonul de rezistență, care are sarcina de a prelua eforturile aerodinamice și mecanice la care este supusă aripa.

Cheson de rezistență

Componentele principale ale chesonului

Lonjeroanele sunt elemente de rigidizare așezate de-a lungul aripii, care preiau cea mai mare parte din forțele și momentele ce acționează asupra acesteia. Au aspectul unei grinzi consolidate alcătuite din tălpi (profile corniere) și inimă (platbandă), îmbinate între ele cu nituri. Sunt realizate de regulă din materiale rezistente la încovoiere și răsucire: duraluminiu, titan, oțeluri speciale.

Nervurile sunt elemente de rigidizare transversală a aripii, montate de obicei perpendicular pe bordul de atac al aripii. Nervurile au rolul de a păstra forma aripii și de a transmite solicitările aerodinamice la lonjeroane și lise. Pot fi nervuri simple sau nervuri de forță, acestea din urmă având rolul suplimentar de a prelua forțele concentrate datorate diverselor echipamente și instalații acroșate de aripi.

Lisele sunt elemente de rigidizare montate în lungul aripii cu rolul de a prelua solicitările axiale datorate încovoierii aripii. Ele trebuie să fie rezistente la întindere și compresiune și măresc rezistența învelișului la deformație. Sunt obținute tehnologic prin extrudare sau îndoire și sunt alcătuite din duraluminiu, aliaje pe bază de titan sau oțel inoxidabil.

Învelișul aripii are rolul de a menține forma sa și este realizat din tablă de duraluminiu sau aliaje pe bază de titan, magneziu etc. Învelișul este solicitat la eforturi de încovoiere și răsucire. Ele sunt prinse de celelalte elemente prin nituri. Dacă distanța dintre lise este mică, pentru rigidizarea învelișului se folosește tablă ondulată. Îmbinarea tablei ondulate cu învelișul se poate face prin metoda sudurii, nu prin nituire. Dacă aripa are grosime mică, învelișul se poate realiza prin panouri monolit. Construcția unei astfel de aripi se realizează prin îmbinarea panourilor dintr-o singură bucată. La aripile cu grosime foarte mică, spațiul interior nu mai cuprinde elemente de rigidizare, ci este umplut cu structură de tip fagure sau cu alt material compozit, rezultând o structură compactă, cu rezistență mecanică mare.

Fuzelajul

Fuzelajul (din franceză fuselage) este partea aeronavei în care este plasată cabina piloților, cabina pasagerilor, încărcătura de transport și cea mai mare parte a echipamentelor și instalațiilor de bord. El reprezintă corpul central de care se leagă aripa, ampenajele și trenul de aterizare. Fuzelajul trebuie să aibă o rezistență la înaintare minimă. De aceea forma sa trebuie să fie aerodinamică, să aibă cât mai puține proeminențe, suprafața "spălată" de curentul de aer să fie bine finisată și cu cât mai puține ondulații.

Fuzelajele tip cocă sunt cele mai folosite în prezent în construcția aerospațială, ele s-au impus definitiv odată cu apariția motoarelor turboreactoare. Elementele principale ale fuzelajelor de tip cocă sunt: structura longitudinală formată din lonjeroane și lise, structura transversală formată din cadre, și învelișul rezistent.

Structura fuzelajului

Se folosesc în prezent la aeronave două tipuri de fuzelaje tip cocă:

• semimonococă cu structură formată din lonjeroane puternice și dintr-o rețea rară de lise și înveliș subțire
• semicocă, structura constând dintr-o rețea deasă de lise, lonjeroane false (lise rigidizate) și înveliș subțire.

Fuzelajele tip cocă sunt rigidizate cu ajutorul unor pereți și podele care formează împreună cu restul structurii diverse compartimente folosite pentru amplasarea echipamentelor și instalațiilor de bord, pentru depozitarea încărcăturii de transport.

Ampenajele

Structura unui ampenaj orizontal văzut "de sus"

Ampenajele sunt elemente care reprezintă pentru aeronavă organele de echilibru, stabilitate și comandă. După modul cum sunt construite depinde în mare măsură capacitatea de manevră a aeronavei. Se compun de regulă din ampenajul orizontal format din stabilizator (partea fixă) și profundor (partea mobilă) și ampenajul vertical format din derivă(partea fixă) și direcție(partea mobilă). La aeronavele supersonice se instalează câteodată două ampenaje verticale, iar stabilizatorul are numai parte mobilă, fiind realizat dintr-o singură bucată. În configurația clasică stabilizatorul este plasat în spatele aripii, dar la avioanele de vânătoare moderne poate apare în fața sa, rezultând așa-zisa configurație "canard" (rață) (de exemplu la Eurofighter).

Eurofighter:stabilizator configuraţie "canard" (raţă)

Se observă diferenţa dintre avionul-cisternă KC-10 Extender cu ampenaje standard şi bombardierul fără ampenaje (BWB - Blended Wing Body) B-2 Spirit

La alte avioane moderne ambele ampenaje pot lipsi, aripa preluând în totalitate rolurile de stabilizare și comandă (de exemplu la B-2) prin folosirea suprafețelor de comandă numite elevoane.

Construcția ampenajelor respectă în general schemele de construcție ale aripii.

Sistemul de propulsie

În general sistemele de propulsie ale unei aeronave se compun din:

motoare

• elice (sau ventilator, după caz)
• sistem de răcire
• sistem de admisie
• sistem de ungere
• sistem de evacuare
• demaror (starter)
• comenzi ale motoarelor

Rolul sistemului de propulsie este de a asigura tracțiunea avionului. În prezent există o mare diversitate de motoare de aviație cu combustibil chimic, iar în continuare voi încerca să fac o scurtă clasificare după modul în care se realizează tracțiunea:

• motoare cu piston (cu elice)
• motoare aeroreactoare 
• motorul turboreactor
• motorul statoreactor 
• cu ardere subsonică - ramjet
• cu ardere supersonică - scramjet
• motorul pulsoreactor
• motorul motoreactor
• motoare cu tracțiune combinată 
• motorul turbopropulsor
• motorul turboreactor cu dublu-flux (turboventilator)
• motorul cu piston cu evacuare reactivă
• motoare rachetă 
• motoare rachetă cu combustibil lichid
• motoare rachetă cu combustibil solid

Sistemul turboventilator

Turboventilator la Boeing 747

Simularea curentului de aer dintr-un motor cu reacţie

Pulsoreactor

Statoreactor cu ardere supersonica (scramjet)

În continuare sunt prezentate două dintre cele mai utilizate motoare în prezent: motorul simplu reactor (MTR) și motorul reactor cu dublu flux (MTRDF).

Motorul turboreactor este motorul care echipează în prezent aeronavele care zboară la altitudini mari și viteze peste 0,6 Mach. Principiul său de funcționare este următorul: aerul care intră prin dispozitivul de admisie este comprimat de către compresor, intră în camera de ardere unde formează împreună cu combustibilul injectat amestecul de gaze de ardere și are loc arderea propriu-zisă. Gazele arse trec apoi prin turbină, unde are loc destinderea lor parțială prin rotație, apoi trec prin ajutajul de reacție și ies din sistem cu o energie cinetică mult mai mare decât cea de intrare, asigurând astfel componenta de tracțiune a avionului. Eventual, la avioanele supersonice putem întâlni sistemul de postcombustie. Acesta se află încorporat în sistemul de evacuare și are rol de a injecta o nouă doză de combustibil în amestecul de gaze arse provenit din camera de ardere. Noul amestec mai arde o dată, rezultând o creștere considerabilă a tracțiunii.

Motoarele turboreactoare cu dublu flux - denumite generic turboventilatoare - sunt de fapt turboreactoare modificate. Ele se caracterizează prin existența a două fluxuri de curgere paralele: unul secundar, de aer, antrenat de un ventilator montat pe același ax cu compresorul de joasă presiune a turbinei, care îmbracă fluxul de aer primar (interior) format din gaze de ardere. Tracțiunea MTR-DF este suma tracțiunilor rezultate de cele două fluxuri. Nu trebuie uitat că ventilatorul are rol de propulsie, funcționând ca o elice. Un sistem MTR-DF este prezentat în desenele alăturate.

Trebuie menționat faptul că motoarele turboreactoare cu dublu flux sunt cele mai răspândite tipuri de motoare de aviație, echipând cea mai mare parte din avioanele civile si o bună parte din avioanele militare.

Clasificarea avioanelor

Există multe criterii de clasificare a aeronavelor (unele însă destul de subiective). Urmează câteva dintre ele, exemplificând, fără a lua în considerație elicopterele, dirijabilele, avioanele ultraușoare sau cele fără structură de rezistență.

Un prim criteriu este după destinația lor:

F-16: avion de luptă

Boeing 747: avion de pasageri

• aeronave cu destinație civilă (Boeing 747, Airbus A300, Antonov AN-2, Dassault Falcon, Concorde)
• aeronave cu destinație militară: construite și înarmate în vederea executării unei misiuni de luptă (F-16, MIG-21, Suhoi SU-27, Dassault Rafale, IAR 93)
• aeronave cu destinație specială (Northrop-Grumman RQ-4 Global Hawk, AeroVironment Pathfinder, Helios)

Airbus A300: mediu-curier

Airbus A318:scurt-curier

Airbus A340-600: lung-curier

Aeronavele cu destinație civilă sunt folosite pentru transportul pasagerilor, al mărfurilor sau aeronavele utilitare. Din punct de vedere al distanței de zbor, ele se clasifică în aeronave pentru:

• distanțe scurte – scurt-curiere (Airbus A318, Embraer ERJ-145)
• distanțe medii – mediu curiere (Airbus A300, Boeing 737, BAe, BAC 1-11)
• distanțe mari – lung-curiere (Boeing 747, Airbus A340, Concorde)
• transport cargo -( Antonov AN-124),

Multe linii aeriene împart avioanele cu destinație civilă în alte două categorii din punct de vedere operațional:

• avioane regionale - avioane de capacitate redusă, pentru curse scurte, din orașe mici, către un punct central, deseori operate de o sucursală sau un partener al liniei aeriene : Embraer ERJ 135, Bombardier Canadair CRJ 200, Avro RJ, Fokker F100 etc.
• avioane de linie principală, capabile de capacități și distanțe mai mari, cu servicii oferite direct de linia aeriană : toate modelele civile Airbus și Boeing, Tupolev 154, Il-96, etc.

Aeronavele cu destinație militară se subclasifică din punctul de vedere al misiunii specifice:

C-5 Galaxy: transport strategic greu

Panavia Tornado: multirol

Alpha Jet: antrenament/şcoală

B1-B: bombardament

E-3 Sentry AWACS: cercetare şi supraveghere aeriană

F-18E Super Hornet: multirol

• vânătoare-interceptare : destinate pentru anihilarea prin luptă aeriană a avioanelor inamice (MIG-31, SU-27, Rafale, Mirage 2000, F-14 Tomcat, F-15 Eagle, F-16 Falcon, F/A-18 Hornet). Acestea sunt ușor de manevrat, cu viteză mare de zbor și înarmate cu tunuri automate și proiectile reactive.
• bombardament (numite și bombardiere): destinate pentru lovirea cu bombe a obiectivelor terestre sau maritime, (Rockwell B-1, Northrop-Grumman B-2, Boeing B-52)
• cercetare și supraveghere aeriană: destinate pentru executarea cercetării aeriene și sunt dotate cu aparatură fotografică și cu alte mijloace tehnice speciale (de radiolocație, de televiziune) (Northrop-Grumman EA-6B, SR-71 Blackbird, Boeing 767 AWACS)
• cercetare-corectare: pentru cercetarea și corectarea focului artileriei
• antrenament/școală (Boeing-Douglas T-45 Goshawk, Dassault-Dornier Alpha Jet, Mirage F1, IAR 99 Șoim)
• transport și tehnică de luptă (Lockheed C-5 Galaxy, C-130 Hercules, Boeing-Douglas C-17 Globemaster, Airbus/EADS A400 M)

În general insă, avioanele militare au misiuni multirol, de exemplu: vânătoare-intercepție-strategie-bombardament (F-16, F/A-18, MIG-29, Tornado, Saab-39 Gripen, Rafale).

Aeronavele cu destinație specială sunt utilizate pentru cercetare sau experimentare. Tot în această categorie se încadrează aeronavele experimentale ale căror soluții constructive de natură aerodinamică sau tehnologică urmează a fi implementate la viitoarele aeronave de serie.

După sistemul de propulsie, aeronavele se clasifică în:

• aeronave cu elice (AN-2, Cessna 172, ZLIN Z-142)
• aeronave cu reacție (Boeing 747, A340, MIG-21, F-16, AN-124, Concorde)
• aeronave cu elice și reacție (turbopropulsor) (ATR-42, C-130 Hercules)

Din prima categorie fac parte aeronavele echipate cu motoare clasice cu piston și elice, din cea de-a doua categorie aeronavele cu motoare turboreactoare, iar din ultima, cele echipate motoare turbopropulsoare.

După numărul de motoare, aeronavele se clasifică în:

F-35 Joint Strike Fighter: monomotor

Boeing 747: cvadrimotor

Antonov AN-225: 6 motoare

B-52: 8 motoare

McDonnell-Douglas DC-10: trimotor

Convair B-36 Peacemaker: 10 motoare - 6 cu elice, 4 reactoare

• monomotoare (AN-2, ZLIN Z-142, MIG-21, F-16, Mirage F1)
• bimotoare (Airbus A300 A310, A330, Boeing 737, 777, Rafale, BAC 1-11, F-14, F-18, ATR-42)
• multimotoare (care pot fi : tri-motoare : McDonnell-Douglas DC-10, Boeing 727, patru-motoare : Boeing 747, Airbus A340, C-5 Galaxy, AN-124 sau cu mai multe motoare : An-225 - 6 motoare, B-52 - 8 motoare).

Avioanele de pasageri au, în general, între două și patru motoare.