Sysäysputkimoottori

Sysäysputkimoottori (engl. pulsejet) on reaktiomoottorityyppi, joka polttaa polttoaineensa pulsseissa. Moottori koostuu sysäysputkesta ja polttoaineensyöttöjärjestelmästä. Siinä ei läppäventtiilin ohella ole lainkaan liikkuvia osia.

Historia

Ensimmäinen toimiva sysäysputkimoottori rakennettiin Venäjällä 1908. Sysäysputkimoottoria käytettiin operatiivisesti ensimmäisen kerran saksalaisessa V1-lentopommissa. Sysäysputkimoottorin tunnusomaisen äänen mukaan V-1 sai nimen buzz bomb (surinapommi).

Rakenne ja toiminta

Sysäysputken tärkeimmät osat ovat polttokammio (jossa tapahtuu palaminen), läppäventtiili, ja pakoputki. Sytytysmekanismina voidaan käyttää joko sytytystulppaa, hehkutulppaa tai itsesytytystä kuulamoottorin tapaan.

Kun sysäysputki käynnistetään, sytytysmekanismi käynnistetään ja polttoainehana avataan [1]. Samalla läppäventtiileille puhalletaan ilmaa. Ilman ja polttoaineen sekoituksen pitäisi nyt syttyä, jolloin sysäysputki alkaa toimia pitäen sille tunnusomaista pärisevää tai poksahtelevaa ääntä. Palavan kaasun paine sulkee läppäventtiilin [2], jolloin ilman ja polttoaineen tulo palokammioon lakkaa. Kuumat palokaasut poistuvat pakoputken kautta [3]. Paineen laskiessa läppäventtiili jälleen aukeaa, palokammioon syöksyy uutta ilma-polttoaineseosta, ja prosessisykli alkaa alusta.

Sysäysputkimoottori seuraa termodynaamisesti Lenoir'in kiertoprosessia, joka eroaa Carnot'n ja Braytonin kiertoprosesseista sikäli, että siitä puuttuu kokonaan puristustahti - siinä on vain imu-, työ- ja poistotahdit. Paine saadaan aikaan ilmavirran dynaamisella paineella - tästä syystä sysäysputkimoottori tuottaa työntövoimaa vain liikkeessä ollessaan. Termodynaamisesti sysäysputkimoottorilla on aina huonompi terminen hyötysuhde kuin mäntämoottoreilla ja turbiineilla, mutta sysäysputkimoottori on molempia paljon yksinkertaisempi ja helpompi valmistaa, ja siinä voidaan käyttää heikkolaatuisiakin polttoaineita.

On hyvin helppoa sanoa, että toimiiko sysäysputkimoottori, sillä se käydessään tuottaa hyvin kovaa pärisevää ääntä. Pärinä itsessään johtuu polttoaineen räjähdysmäisestä palamisesta sysäysputken polttokammiossa, jota tapahtuu yleensä 40-200 kertaa sekunnissa. Sysäysputkimoottori myös kuumenee käydessään, joskus jopa valkohehkuiseksi.

Läppäventtiili, joka säätää ilman tuloa, on useimmiten hyvin ohutta jousiterästä. Se avautuu ja sulkeutuu palamissyklin mukaan, riippuen siitä, palaako polttoaine vai ottaako moottori sisään palokammioon polttoainetta ja tuoretta ilmaa. Pienemmissä moottoreissa venttiili ei siihen kohdistuvan voiman ja kuumuuden takia yleensä kestä 20 minuuttia pidempään yhtäjaksoista käyttöä. Venttiilien käyttöikää voidaan pidentää esimerkiksi estämällä kuumien palokaasujen pääsy suoraan kosketuksiin venttiilien kanssa. Läppäventtiilien liikeratojen minimointi kasvattaa myös venttiilien ikää.^[1]

Moottorityyppi on yksinkertainen valmistaa ja se antaa painoonsa nähden melko suuren työntövoiman verrattuna muihin moottorityyppeihin. Sysäysputki ei vaadi myöskään polttoainepumppua tai muita suihkumoottorien tavallisesti tarvitsemia laitteita toimiakseen. Ongelmana sysäysputkessa on tosin sen heikko terminen hyötysuhde, suuri polttoaineenkulutus ja voimakas käyntimelu (jopa yli 140 dB). Sitä käytetään nykyaikana lähinnä vain pienoislaitteissa. Sysäysmoottorin seisontateho on hyvin huono, joten se voidaan käynnistää vasta, kun laite on saanut riittävän alkuvauhdin, ja ilmavirran dynaaminen paine riittää käyttämään läppäventtiiliä. Vaihtoehtoisesti moottori voidaan käynnistää puhaltamalla paineilmaa imuaukkoon. Usein virtauksen dynaamista painetta tehostetaan myös muotoilemalla ilmanotto venturiputken muotoiseksi.

Venttiilitön sysäysputkimoottori

Venttiilitön sysäysputkimoottori on lähes samanlainen kuin tavallinen sysäysputki, mutta venttiili on korvattu ilmanottoputkella, joka yleensä taivutetaan taaksepäin, sillä sekin tuottaa työntövoimaa. Venttiilitön sysäysputki voi toimia lähes rajattoman ajan, jos se on rakennettu riittävän kestävistä materiaaleista. Moottorin teho-painosuhde on tosin huonompi, kuin samankokoisen venttiilillisen moottorin.

Havainnollistava kuva purkin toiminnasta.

Sysäysputkimoottorin värähtelevän luonnon ansiosta venttiilitön sysäysputkimoottori on myös mahdollista luoda erittäin yksinkertaisesti pienen purkin sisälle. Tässä palotila on pitkulainen, yleensä lasi- tai peltipurkista tehty ja ilmanottona sekä pakoputkena toimii yksi reikä keskellä yläosaa. Sytytyksessä liekki menee palotilan sisälle ja luo tyhjiön, joka taas imee ilmaa ja seos syttyy uudelleen. Työntövoima on erittäin alhainen, vain muutamia grammoja, mutta tarpeeksi kevyestä materiaalista valmistettu moottori jaksaa liikuttaa itseään esim. vedessä, jään päällä tai pyörien avulla.