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 aviones, cohetes y muchos otros dispositivos de flujo de fluidos.
Las boquillas de gatillo comunes para mangueras de jardín son un ejemplo simple de la boquilla de tapón y su método de operación. En este ejemplo, la boquilla consta de una abertura en forma de campana o cónica con un tapón en una varilla móvil situada delante de la boquilla. El tapón se parece a una válvula de asiento . El vástago de la válvula regresa a través del 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 bajo uso normal, proporcionando así 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 hasta la abertura, donde normalmente fluiría directamente en forma de chorro. Justo después de salir de la abertura se encuentra con el tapón, que desvía el agua en ángulo. Después de recorrer una corta distancia, el agua encuentra el exterior de la abertura de la boquilla, lo que la desvía nuevamente hacia adelante. Este proceso de dos pasos hace que el agua se expulse en un patrón en forma de anillo, lo que hace que llegue menos agua a cualquier lugar y, por lo tanto, reduce la erosión y al mismo tiempo facilita el riego de áreas más grandes.
La forma del tapón y de la abertura de la boquilla permite 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 causa menos bloqueo e interrupción del flujo y, en última instancia, permite que el agua vuelva a formar una corriente.
Las boquillas de tapón pertenecen a una clase de boquillas compensadoras de altitud , muy parecidas a las aerospike , que, a diferencia de los diseños tradicionales, mantienen su eficiencia en un amplio rango de altitudes. [1]
De manera similar al ejemplo de la manguera de jardín, las boquillas de tapón utilizan una boquilla de cohete con un tapón en forma de asiento para permitir cambiar el patrón del escape del cohete. Esto se utiliza para ajustar los cambios de altitud; en altitudes más bajas, el tapón se retira para hacer 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 utilizar 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 disposiciones de refrigeración más sencillas.
De manera confusa, el término "boquilla de tapón" también puede usarse 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 un antecuerpo largo y ahusado. Sin embargo, la parte de "pico" se puede cortar con sólo 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" también para este diseño.
La boquilla de bujía del motor a reacción tiene su origen en los cohetes [2] 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, [3] el propuesto motor de ciclo variable General Electric, con su boquilla de tapón acústico, [4] y Concorde. Sin embargo, se utilizó para el misil AGM-28 Hound Dog y el avión de pasajeros Tu-144. El tapón / boquilla de "expansión externa" 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 de boquilla convergente-divergente (con-di) de Delaval. El motor de avión Pratt & 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 condi. [5] Se utilizó un cuerpo central de traslación en el motor Kolesov RD-36-51 A sin postcombustión utilizado para el avión de pasajeros supersónico Tupolev Tu-144 D. Se perforó el cuerpo central y se introdujo aire comprimido en el chorro de escape a través de las perforaciones para atenuar el ruido. [6] El peso y la refrigeración son preocupaciones típicas de las boquillas de obturación de aviones. [7] Un diseño de boquilla de bujía evaluado en el Establecimiento Nacional de Turbinas de Gas [8] fue rechazado para el motor Concorde debido a la penalización de peso derivada de las características variables requeridas y a las preocupaciones sobre el enfriamiento adecuado de la bujía durante la operación de recalentamiento. [9] Las pruebas del modelo de boquilla de tapón han demostrado niveles de ruido reducidos en comparación con las boquillas convencionales tradicionales. [10]
Las boquillas de propulsión para aviones subsónicos han utilizado un cuerpo central/bala/cono para proporcionar el área de salida de la boquilla necesaria para configurar correctamente la línea de funcionamiento de un compresor axial en su mapa. Los primeros turborreactores alemanes operativos con compresores axiales, el Jumo 004 y el BMW 003 , necesitaban diferentes áreas de boquilla de escape para funcionar correctamente en cada uno de los regímenes de funcionamiento: arranque/ralentí, ascenso, alta velocidad, gran altitud. [11] Para cada diseño se eligió una boquilla con un cuerpo restrictivo de "bala" que se traslada hacia adelante y hacia atrás en el centro. Proporcionó control de área con una actuación relativamente simple y coincidía con la forma anular del escape de la turbina.
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