Реактивний пульсуючий двигун: принцип роботи, пристрій і застосування

Реактивний пульсуючий двигун являє собою різновид силових агрегатів, що працюють за принципом змішування повітряної і реактивної пульсуючої сили. Зазначені мотори легко впізнати за характерним сильному звуку. Серед переваг перед аналогами-гранично спрощена конструкція і невелика маса. Інші особливості агрегатів розглянемо далі.

Історія створення

Перші розробки пульсуючого повітряно-реактивного двигуна (ПВРД) офіційно датовані другою половиною XIX століття. У 60-ті роки два винахідника, відокремлено один від одного, отримали патенти на нову конструкцію рушіїв. Розробки Телевежа Н. А. і Шарля де Вуальє на той період мало кого зацікавили. Зате на початку XX століття на них звернути увагу німецькі інженери, які шукали гідну альтернативу поршневим силовим агрегатам.

У період Другої світової війни німецька авіація поповнилася літаковим снарядом типу ФАУ, який оснащувався ПВРД. Незважаючи на те, що зазначений елемент поступався за технічними параметрами поршневим варіаціям, він користувався популярністю. Цей факт обумовлений простотою конструкції і дешевизною. У відомій історії це був єдиний випадок, коли подібні мотори застосовувалися для оснащення літаків в серійних масштабах.

Спроби вдосконалення

Після закінчення війни реактивний пульсуючий двигун деякий час залишався в розробці військового напрямку. Він використовувався як рушій для ракет конфігурації " повітря-земля». Низька ефективність, слабка стартова швидкість і необхідність розгону при запуску-причини, які стали ключовими в подальшому зниженні позицій ПВРД до нульового показника.

Зазначений тип мотора останнім часом знову почав цікавити інженерів і любителів. З`являються нові розробки, інші схеми удосконалення. Цілком можливо, що оновлені модифікації знову з`являться в оснащенні військової авіації. Практичне застосування його сьогодні-моделювання прототипів ракет і літаків з використанням сучасних конструкційних матеріалів.

Пристрій реактивного пульсуючого двигуна

Розглянутий агрегат являє собою порожнину, відкриту з обох сторін. На вході монтується забірник повітря, ззаду нього-тяговий блок з клапанами. Також в конструкцію входить кілька камер згоряння, сопло для випуску реактивного потоку. Вхідний клапан виготовляється в декількох конфігураціях, відмінних по влаштуванню і зовнішнім виглядом. Один з варіантів-прямокутні пластини по типу жалюзі, які кріпляться на рамі, відкриваються або закриваються під перепадами тиску. Друга, більш компактна версія-металеві "пелюстки", що розміщуються по колу.

У відсіку згоряння передбачена свічка запалювання. Цей елемент продукує серію розрядів, а після досягнення потрібної концентрації пального, заряд запалюється. Так як двигун володіє скромними габаритами, сталеві стінки агрегату інтенсивно нагріваються, здатні активувати паливну суміш по аналогу свічки.

Принцип роботи

Оскільки реактивний пульсуючий двигун працює циклічно, він має кілька основних тактів. Серед них:

1. Процес впуску. На цьому етапі клапан входу відкривається, в камеру згоряння потрапляє розряджене повітря. Синхронно, через форсунки, надходить пальне, в результаті чого створюється своєрідний паливний заряд.
2. Отримана суміш запалюється від іскри свічки запалювання, після чого спостерігається утворення газів високого тиску. Під їх дією Впускний клапан закупорюється.
3. Далі продукти згоряння видуваються через сопло, створюючи реактивну тягу. При цьому в відсіку згоряння виходить розрядження. Процедура повторюється-вхідний клапан відкривається, пропускаючи чергову порцію повітря.

Пальне подається за допомогою форсунок зі зворотним клапанним механізмом. При зниженні тиску в камері Gorenje надходить наступна доза палива. Після збільшення тиску подача припиняється. Варто відзначити, що на авіаційних моделях малої потужності форсунки відсутні, а система працює за традиційною карбюраторною схемою.

Конструктивні особливості

У пульсуючого реактивного двигуна, креслення і схема роботи якого приведена нижче, є впускний клапан перед камерою згоряння. Це є основною його відмінністю від найближчих "побратимів" типу прямоточного і реактивного мотора. Зазначена деталь відповідає за запобігання повернення продуктів згоряння, що визначає їх напрямок прямо в сопло. Конкуруючі різновиди особливо не потребують клапанах, оскільки повітря відразу подається під тиском з попереднім стисненням. Така "дрібниця" насправді є величезним плюсом в роботі розглянутого агрегату, щодо поліпшення термодинамічних характеристик.

Ще одна відмінність-циклічність роботи. Наприклад, в ТРД паливо спалюється безперервно, що гарантує рівномірну і рівну тягу. У ПВРД цикли забезпечують коливання всередині конструкції. Щоб гарантувати максимальну амплітуду, потрібна синхронізація вібрації всіх деталей. Цей момент досягається за рахунок підбору оптимальної довжини сопла.

Реактивний пульсуючий двигун здатний функціонувати на низьких швидкостях або перебуваючи в неактивній позиції при відсутності зустрічного потоку повітря. Ця перевага перед прямоточною версією вельми спірно, оскільки для пуску ракети або літака в зазначених умовах потрібно початкове прискорення.

Різновид

Крім звичайної версії пульсуючого повітряно-реактивного двигуна з прямолінійним і вхідним клапаном, існують ще бесклапанная і детонаційна різновиди.

Перша модифікація не оснащується вхідним клапаном. Це обумовлено вразливістю і швидким зносом додаткової деталі. У такому варіанті термін служби силової установки більше. За конструкцією агрегат являє собою форму у вигляді літери U, кінці якої спрямовані за течією реактивної тяги (назад). Канал, який відповідає за тягу, трохи довший. По короткому патрубку надходить повітряний потік у відсік згоряння. В результаті спалювання і розширення газів деяка частина з них повертається назад через вказаний вхід. Подібний пристрій дає можливість забезпечити поліпшену вентиляцію робочої камери. При цьому відсутня втрата паливного заряду через вхідний клапан, що створює незначну "надбавку" тягового зусилля.

ПВРД детонаційного типу орієнтований на спалювання заряду палива за допомогою детонації. Тобто, при постійному обсязі, в відсіку згоряння відбувається різке збільшення тиску паливно-повітряної суміші. При цьому обсяг збільшується починаючи від моменту переміщення газів по соплової частини. Таке рішення дозволяє підвищити термічний коефіцієнт корисної дії. В даний час така конфігурація моторів не експлуатується, перебуваючи на етапі дослідження і доопрацювань.

Плюс

Принцип роботи реактивного пульсуючого двигуна поряд з простотою конструкції і невисокою вартістю-основні переваги розглянутої системи. Ці якості зумовили появу даних моторів на військових ракетах, літаючих мішенях та інших об`єктах, де важлива не довговічність, а швидка доставка літального апарату до цілі з максимально спрощеною комплектацією " движка». Любителі авіамоделізму цінують розглянуту модифікацію з тих же причин. Компактні, дешеві і легкі мотори прекрасно підходять для авіаційних моделей. Ще один плюс-можливість виготовлення елементарного пульсуючого повітряно-реактивного двигуна своїми руками.

Мінус

Серед недоліків також чимало пунктів, а саме:

• високий ступінь шумності в робочому стані;
• надмірна витрата пального;
• наявність залишків палива після використання;
• підвищена вразливість вхідного клапана;
• обмеження швидкісного режиму.

Незважаючи на всі мінуси, ПВРД в своєму сегменті залишається дуже затребуваний. Подібний мотор незамінний для одноразових запусків, особливо якщо недоцільно монтувати потужні і дорогі версії.

Детонаційний пульсуючий реактивний двигун своїми руками

Для початку необхідно створити креслення з розгорткою майбутніх деталей. Якщо ви пам`ятаєте ази шкільної геометрії і володієте мінімальними навичками з креслення, можете приступати до роботи. Найпростіша схема-циліндричні труби. Малюються прямокутники, одна сторона яких буде дорівнювати довжині, а друга-діаметру (помноженому на 3,14-число "Пі"». Конусні і циліндричні розгортки можна виконати, знайшовши необхідні рекомендації в будь-якому посібнику з креслення.

Друге важливе питання-вибір металу. Як варіант, можна використовувати нержавійку або низьковуглецеву чорну сталь. Зупинимося на другому варіанті, оскільки він простіше в обробці і формуванні. Товщина листа по мінімуму становить 0,6 мм. У зазначеному випадку розмір склав 1 мм.

Підготовчий процес

Перш ніж приступити до спорудження пульсуючого реактивного двигуна своїми руками, необхідно очистити листові металеві заготовки від іржі і пилу. Для цього цілком підійде стандартна шліфувальна машинка. Потурбуйтеся про безпеку-надіньте рукавички, так як краю листів гострі і рясніють задирками.

Перед початком основних робіт потрібно підготувати креслення і картонні шаблони деталей в натуральну величину. Для отримання точної конфігурації і розмірів контури обводять перманентним маркером. Вкрай не рекомендується вирізати розгортки за допомогою зварювального апарату, яким би сучасним він не був. Справа в тому, що отримані таким способом деталі дуже погано зварюються по краях. Бажано для цієї мети використовувати електричні ножиці по металу, оскільки в ручному варіанті є великий ризик загинання країв заготовок. Різати потрібно акуратно, надійно зафіксувавши оброблюваний шаблон струбциною або іншим відповідним способом.

Основний етап

Виготовляючи реактивний пульсуючий двигун будинку, пам`ятайте, що труби фіксованого діаметра легко сформувати за допомогою більшого аналога. Цілком реально операцію провести руками за рахунок важільного принципу, після чого краю заготовки обробити киянкою, загинаючи їх до потрібної кондиції. Бажано, щоб кінці при стикуванні утворювали площину, що поліпшить розміщення зварного шва. Листи в трубу зігнути складніше, потрібно листогиб або вальці. Цей професійний інструмент знайдеться далеко не у кожного. В якості альтернативи допускається використання Тисів.

Важливий і копіткий момент-зварювання тонкого листа з металу. Тут будуть потрібні спеціальні навички, особливо якщо в процесі застосовується Ручне дугове зварювання. Новачкам краще не намагатися експериментувати (найменша перетримка електрода в одній точці призводить до пропалювання дірки). Крім того, в район шва можуть потрапити бульбашки, що згодом гарантує текти. Найкращий провести шліфування шва до мінімальної товщини, що дозволить побачити "шлюб" неозброєним оком відразу. Конічні сегменти згинають вручну, обжимають вузький кінець заготовки навколо труби малого діаметра, роблячи більше зусилля, ніж на широку частину.

Рекомендація

Знаючи, як зробити реактивний пульсуючий двигун самостійно, ви можете його використовувати на авіаційних моделях або для прискорення скейтерської дошки. Досвідчені користувачі рекомендують для отримання оптимального складу паливної суміші, спочатку подавати в мотор газ, заповнивши їм камеру згоряння повністю. Потім активують іскру запалювання. В останню чергу подається повітря, після досягнення оптимальної концентрації всіх компонентів-проводиться запуск.