Motores nucleares para aviación

Motores nucleares

El primer motor nuclear de ejecución directa se construyó a partir de la unidad de impulsión General Electric J47 y se llamó X-39 (cuatro piezas de la unidad P-1). Su principio es relativamente simple. El aire es succionado por el compresor de uno o más motores a reacción. A partir de ahí entra en una cámara común y luego pasa a través del núcleo del reactor, donde absorbe una parte sustancial de su calor. Después de salir del reactor, se sigue la turbina y, finalmente, la boquilla de descarga. Después del desarrollo del sistema P-1, se decidió, en lugar de desarrollo directo, llevar a cabo una serie de experimentos sucesivos, que finalmente condujeron a la construcción de un reactor práctico. Obtuvieron el nombre común de HTRE (experimentos del reactor de transferencia de calor). El reactor HTRE-1 se derivó principalmente de P-1, pero en lugar del tubo anular era tubular. Como combustible, la aleación 80Ni-20Cr junto con el óxido de uranio enriquecido se mezcló en una proporción de 60:40. Treinta y seis células de combustible fueron recubiertas con una aleación similar con la adición de niobio (elemento químico con número atómico 41). Trabajaron a una temperatura de 1700 grados F, produciendo una corriente de aire saliente a 1350 grados F. El escudo de radiación formó berilio. Después de que el reactor se transfirió a la instalación de prueba del núcleo, se supuso que se lograría una vida útil de al menos 100 horas. HTRE-1 fue activado químicamente por un compresor conectado a un motor a reacción X-39 que colgaba sobre la corriente de aire a través del núcleo. La primera activación fue llevada a cabo por ingenieros en enero de 1956, con una potencia de 20,2 MW. Durante la prueba, se dañaron tres pilas de combustible, pero fueron relativamente fáciles de reemplazar. El reactor funcionó durante un total de 144 horas. Luego se modificó a HTRE-2 mediante la eliminación de siete pilas de combustible y su sustitución por un adaptador hexagonal vacío en el que se podrían colocar y probar diversos materiales. Para compensar la reactividad reducida, el escudo de berilio se extendió por 10 centímetros. HTRE-2 trabajó un total de 1299 horas y todavía estaba trabajando después de las pruebas. El próximo reactor HTRE-3 difería considerablemente de sus predecesores. En primer lugar, tenía barras de moderación sólidas y se colocó horizontalmente para que pudiera caber en la aeronave si fuese necesario. Su poder ya habilitó dos motores de corriente X-39 para ser conectados. La activación inicial tuvo lugar el 8 de septiembre de 1958, pero la alta temperatura dañó varias pilas de combustible. Después de una reparación inevitable, siguió un extenso programa de prueba. HTRE-3 se convirtió en el primer reactor que no necesitaba combustible químico para su inicio.






El trabajo en General Electric no se limitó a experimentos. En 1955, tres años después de que se revocara el proyecto P-1, el programa WS-125A exigió el desarrollo de un sistema de propulsión operacional, prefiriéndose los motores directos en el motor. En general, había dos opciones: colocar el reactor directamente entre el compresor y la boquilla de descarga o moverlo hacia un lado. En el primer caso, el eje del motor pasa directamente en el núcleo del sistema de reactor y propulsión tiene una XNJ140 tal designación (General Electric P140). El reactor debe estar hecho de materiales cerámicos y usar una mezcla de berilio y óxido de uranio.



Sistema de propulsión del motor nuclear General Electric XNJ140E


En el último caso, el reactor estaba ubicado centralmente entre dos motores a reacción. El aire fue llevado desde el compresor de alta presión a través de un sistema de tuberías al reactor y desde allí a dos boquillas. En comparación con el concepto anterior, ha proporcionado varias ventajas. Primero de todo el eje del motor no pasó directamente a través del reactor centro incandescente, mientras que bajo una estructura de este tipo podría motores también trabajar utilizando sólo combustible químico convencional. Además, el uso de un reactor más potente en comparación con los dos pesos escalares más pequeños, mientras que su ubicación entre los motores en parte ayudó a proteger la radiación peligrosa. Tal sistema de accionamiento ha sido designado como XMA-1 (General Electric P144B). El prototipo del prototipo XMA-1A debe tener el mismo núcleo que HTRE-3. El tipo de XMA-1C mejorado se especificó para uso en serie. Antes de que el desarrollo terminara, los ingenieros aún lograron construir y probar un sistema XMA-1, pero solo para combustible químico y sin un reactor nuclear. Tanto XNJ140 como XMA-1 deberían usar el mismo tipo de reactor. Para el bombardero operacional considerado, se consideraron tres sistemas XNJ140 o dos XMA-1.


Motor de sistema de propulsión nuclear X-211  XMA-1A XMA-1C General Elrctric

Sistema de propulsión General Electric XMA-1 motores nucleares X-211


Los motores con derivación indirecta son muy similares a los anteriores, excepto que el aire no fluye directamente a través del núcleo del reactor sino que se calienta en el intercambiador de calor. El medio de transferencia suele ser metal líquido o agua a alta presión. En el primer caso, el reactor tiene un núcleo sólido y un medio de calor metálico fluye alrededor de él. En el segundo, el combustible se mezcla con el medio de enfriamiento y la cantidad crítica se alcanza en el flujo del núcleo del reactor. El desarrollo de estos motores se le ha dado la firma Pratt y Whitney y la mayor parte del trabajo debe ser llevado a cabo en el laboratorio CANEL (Connecticut Aircraft Nuclear Engine Labolatory). El contrato oficial fue galardonado en 1953 y el trabajo en el segundo tipo se llevaron a cabo hasta junio de 1954. Más tarde recibió cuatro millones de inversión y llevó a cabo con éxito el sistema de pruebas en tierra en noviembre de 1954. Fue la primera extracción de energía de un reactor nuclear a una temperatura que está dentro de los límites de motores a reacción El medio de transferencia era agua a una temperatura de 1500 grados Fahrenheit, mantenida en un estado líquido a una presión de 5000 psi. El desarrollo se completó sobre la base de análisis interno, los resultados de los cuales USAF aceptado y desde entonces han pasado todo el trabajo en el desarrollo de un reactor con un núcleo sólido. Él no sabe mucho sobre el reactor en sí, tal vez solo que llevaba el Pratt and Whitney NJ-18A. En este punto, es posible agregar que en los Estados Unidos claramente prefieren agua a metal líquido. El único reactor de sodio licuado estaba ubicado en el submarino costa afuera USS Seawolf, y después de algunos años de servicio, reemplazó el problema con agua. En Pratt y Whitney, se eligió el litio para enfriar el reactor, pero hasta octubre de 1958, cuando se detuvieron todos los demás trabajos, no pudieron construir un prototipo funcional del motor. El desarrollo de algunos subsistemas para uso civil ha continuado en cierta medida incluso después de la cancelación del programa ANP.

Douglas C-133 / X-211

En diciembre de 1957, los representantes de la USAF instaron al Ministerio de Defensa a liberar recursos adicionales para las primeras pruebas de vuelo del sistema de propulsión XMA-1. Se suponía que debía estar integrado en un avión existente, el primer buque tanque diseñado KC-135, pero más tarde recurrió a Douglas C-133. En pruebas de vuelo, se debe lograr una Mach de 0.62 a 10,670 metros, con solo el motor correcto del par activado. El aire fue alimentado a través de una abertura de succión adicional detrás de la puerta de entrada de la tripulación. En el primer año, se programaron 75 vuelos y otros cien. La implementación práctica nunca ocurrió afortunadamente. Creo que para muchas personas sería una experiencia literalmente "inolvidable", ver volar el avión por encima y luego respirar el aire que viene directamente del núcleo abierto del reactor.


Genezis (en eslovaco)