Silnik pulsacyjny odrzutowy: zasada działania, konstrukcja i zastosowanie

Silnik pulsacyjny Jet jest rodzajem jednostki napędowej opartej na zasadzie mieszania powietrza i siły pulsowania strumienia. Silniki te są łatwo rozpoznawalne dzięki charakterystycznemu wysokiemu dźwiękowi. Do zalet w stosunku do swoich analogów należy zaliczyć niezwykle uproszczoną konstrukcję i niewielką wagę. Poznaj pozostałe szczegóły dotyczące jednostek poniżej.

Historia tworzenia

Pierwsze opracowania lotniczego silnika odrzutowego z napędem impulsowym (PVRD) oficjalnie datowane są na drugą połowę XIX wieku. W latach 60-tych dwóch wynalazców, niezależnie od siebie, uzyskało patenty na nową konstrukcję napędu. Opracowania N. Teleshov. А. a Charles de Veillet był w tym czasie mało interesujący. Natomiast na początku XX w zwrócił uwagę Niemieccy inżynierowie, którzy szukali godnej alternatywy dla tłokowych jednostek napędowych.

Podczas II wojny światowej niemieckie siły powietrzne zostały wzmocnione rakietą typu FAU, która była wyposażona w ramjet. Choć gorszy od odmian tłokowych, był bardzo popularny. Fakt ten wynika z prostoty konstrukcji i niskich kosztów. W znanej historii był to jedyny przypadek zastosowania takich silników do napędu samolotów na dużą skalę.

Próby poprawy

Po wojnie pulsujący silnik odrzutowy pozostawał przez pewien czas w rozwoju wojskowym. Wykorzystywany jest jako pojazd napędowy dla pocisków typu powietrze-ziemia. Niska sprawność, słaba prędkość startowa i konieczność przyspieszania przy rozruchu to powody, które były kluczowe dla dalszego obniżenia wartości ramjetu do zera.

Ten typ silnika wzbudził ostatnio ponowne zainteresowanie zarówno wśród inżynierów, jak i hobbystów. Pojawiają się nowe wzory, różne schematy doskonałości. Jest całkiem możliwe, że zmodernizowane wersje powrócą do lotnictwa wojskowego. Jego praktyczne zastosowanie dzisiaj to modelowanie prototypowych rakiet i samolotów z wykorzystaniem nowoczesnych materiałów konstrukcyjnych.

Budowa odrzutowego silnika pulsacyjnego

Agregat, o którym mowa, to zagłębienie otwarte z obu stron. Na wlocie zamontowany jest wlot powietrza, a z tyłu zespół trakcyjny z zaworami. Posiada również kilka komór spalania, dyszę do wypuszczania strumienia. Zawór wlotowy jest dostępny w kilku konfiguracjach, różniących się konstrukcją i wyglądem. Jedną z opcji są prostokątne płyty żaluzjowe, które są przymocowane do ramy i otwierają się lub zamykają pod wpływem różnicy ciśnień. Drugą, bardziej kompaktową wersją jest metalowy "zawór płatkowy", umieszczony w okręgu.

Komora spalania wyposażona jest w świeca zapłonowa. Element ten generuje serię wyładowań i po osiągnięciu odpowiedniego stężenia paliwa następuje zapłon ładunku. Niewielkie rozmiary silnika sprawiają, że stalowe ścianki jednostki intensywnie się nagrzewają i są w stanie aktywować mieszankę paliwową jak świeca zapłonowa.

Zasada działania

Ponieważ odrzutowy silnik pulsacyjny pracuje w cyklach, ma on kilka głównych suwów. Wśród nich:

1. Proces wlotowy. Na tym etapie otwiera się zawór wlotowy i wypływające powietrze dostaje się do komory spalania. paliwo przepływa synchronicznie przez dysze, tworząc rodzaj ładunku paliwowego.
2. Mieszanka zostaje zapalona przez świecę zapłonową, po czym powstają gazy pod wysokim ciśnieniem. Powoduje to zamknięcie zaworu wlotowego.
3. Produkty spalania są następnie wydmuchiwane przez dyszę, tworząc napęd odrzutowy. W ten sposób powstaje podciśnienie w komorze spalania. Procedura się powtarza - zawór wlotowy otwiera się, aby wpuścić kolejną porcję powietrza.

Paliwo jest wtryskiwane przez dysze z mechanizmem zaworu zwrotnego. Gdy ciśnienie w komorze spalania spada, uwalniana jest kolejna dawka paliwa. Po wzroście ciśnienia wtrysk zostaje przerwany. Warto zauważyć, że modele samolotów małej mocy nie mają dysz, a system działa w tradycyjny sposób gaźnikowy.

Specjalne cechy konstrukcyjne

Pulsacyjny silnik odrzutowy, którego rysunek i schemat przedstawiono poniżej, ma zawór wlotowy przed komorą spalania. Jest to główna różnica w stosunku do jego najbliższych "braci" takich jak ramjet i silnik odrzutowy. Część ta odpowiada za uniemożliwienie powrotu produktów spalania, powodując ich przepływ prosto do dyszy. Konkurencyjne odmiany nie wymagają zaworów, ponieważ powietrze jest natychmiast poddawane ciśnieniu i wstępnie sprężane. Taki "drobiazg" to w rzeczywistości ogromny plus w pracy rozważanej jednostki, dotyczący poprawy właściwości termodynamicznych.

Kolejną różnicą jest cykliczny charakter operacji. W FRE, na przykład, paliwo spala się w sposób ciągły, zapewniając płynny i równomierny ciąg. W ramjet, cykle zapewniają oscylację w strukturze. Aby zagwarantować maksymalną amplitudę, konieczna jest synchronizacja drgań wszystkich części. Osiąga się to poprzez wybór optymalnej długości dyszy.

Silnik odrzutowy jest zdolny do pracy przy niskich prędkościach lub w pozycji nieaktywnej przy braku przeciwny przepływ powietrza. Ta przewaga nad wersją z bezpośrednim przepływem jest wysoce wątpliwa, ponieważ wymaga ona początkowego przyspieszenia, aby wystrzelić rakietę lub samolot w tych warunkach.

Odmiany

Oprócz zwykłej wersji silnika odrzutowego z prostą klapą i zaworem wlotowym, istnieją warianty bezzaworowe i detonacyjne.

Pierwszy wariant nie jest wyposażony w zawór wlotowy. Wynika to z podatności i szybkiego zużycia części dodatkowej. W tej wersji długość życia jednostki napędowej jest dłuższy. Strukturalnie jednostka ma kształt litery U, z końcami skierowanymi w stronę ciągu strumienia (do tyłu). Przewód odpowiedzialny za ciąg jest nieco dłuższy niż. Krótki kanał spalinowy jest odpowiedzialny za przepływ powietrza do komory spalania. W wyniku spalania i gazy rozprężające część z nich jest wprowadzana z powrotem przez wskazany wlot. Takie rozwiązanie pozwala na zapewnienie lepszej wentylacji komory roboczej. Nie dochodzi do utraty ładunku paliwa przez zawór wlotowy, co powoduje lekkie "podbicie" siły ciągu.

Ramjet typu detonacyjnego jest ukierunkowany na spalanie ładunku paliwa za pomocą detonacji. To znaczy, że przy stałej objętości następuje gwałtowny wzrost ciśnienia mieszanki paliwowo-powietrznej w komorze spalania. W tym przypadku objętość zwiększa się od momentu przejścia gazów przez dyszę. Dzięki temu poprawia się sprawność cieplna komory spalania. Obecnie taka konfiguracja silników nie jest eksploatowana, będąc na etapie badań i rozwoju.

Pros

Zasada działania odrzutowego silnika pulsacyjnego, jak również prostota i niski koszt stanowią kluczowe zalety omawianego systemu. Te cechy sprawiły, że silniki te stały się idealnym wyborem dla rakiet wojskowych, dronów i innych zastosowań, w których nie liczy się trwałość, a raczej szybkie dostarczenie pojazdu do celu, przy zastosowaniu jak najprostszego pakietu napędowego. Fani modelarstwa lotniczego doceniają tę modyfikację z tych samych powodów. Kompaktowe, tanie i lekkie silniki są idealne dla modeli samolotów. Kolejny plus: własnoręczne wykonanie elementarnego silnika odrzutowego pulsującego powietrzem.

Wady

Do wad zalicza się również sporo punktów, a mianowicie:

• wysoki stopień hałaśliwości podczas pracy;
• Nadmierne zużycie paliwa;
• obecność pozostałości paliwa po użyciu;
• zwiększona podatność zaworu wlotowego;
• ograniczenie prędkości.

Pomimo wszystkich wad, ramjet nadal cieszy się dużym zainteresowaniem w swoim segmencie. Taki silnik jest niezbędny przy jednorazowych startach, zwłaszcza gdy niepraktyczne jest montowanie mocnych i drogich wersji.

Detonacyjny pulsacyjny silnik odrzutowy własnymi rękami

Na początek trzeba stworzyć schemat z przekrojem przyszłych części. Jeśli pamiętasz podstawy geometrii z liceum i masz minimum umiejętności rysowania, możesz przystąpić do pracy. Najprostszy schemat - rury cylindryczne. Prostokąty są rysowane, którego jedna strona będzie równa długości, a druga średnicy (pomnożonej przez 3,14 - liczbę "pi"). Rozwiertaki stożkowe i cylindryczne można wykonać, znajdując niezbędne wytyczne w dowolnej instrukcji rysunkowej.

Drugą ważną kwestią jest wybór metalu. Alternatywnie można użyć stali nierdzewnej lub łagodnej stali czarnej. Przejdźmy do drugiego wariantu, ponieważ jest on łatwiejszy w obróbce i kształtowaniu. Minimalna grubość blachy wynosi 0,6 mm. W tym przypadku wielkość ta wynosi 1 mm.

proces przygotowawczy

Przed rozpoczęciem budowy pulsującego strumienia silnik własnymi rękami, blacha powinna być oczyszczona z rdzy i kurzu. Zwykła szlifierka będzie w sam raz. Zadbaj o bezpieczeństwo - załóż rękawice, ponieważ krawędzie arkuszy są ostre i pełne zadziorów.

Zanim zaczniesz, przygotuj rysunki naturalnej wielkości i kartonowe szablony. W celu uzyskania dokładnej konfiguracji i wymiarów kontury są obrysowywane trwałym markerem. Wycinanie rozwiertaków za pomocą spawarki, jakkolwiek nowoczesnej, jest wysoce niewskazane. Faktem jest, że części uzyskane w ten sposób są bardzo trudne do spawania wokół krawędzi. Używaj do tego najlepiej elektrycznych nożyc do metalu, ponieważ istnieje duże ryzyko zagięcia krawędzi obrabianych przedmiotów, jeśli zrobisz to ręcznie. Podczas cięcia należy zachować ostrożność i zabezpieczyć element roboczy za pomocą zacisku lub innego odpowiedniego narzędzia.

Scena główna

Wykonując pulsator strumieniowy w domu, należy pamiętać, że rury o stałej średnicy można łatwo kształtować z większym odpowiednikiem. Całkiem możliwe jest ręczne wykonanie tej operacji z zastosowaniem zasady dźwigni, po czym należy dopracować krawędzie kęsa młotkiem, wyginając go do pożądanego kształtu. Korzystnie, końce doczołowe powinny tworzyć płaszczyznę, aby poprawić ustawienie spoiny. Arkusze są trudniejsze do zginania w rury i będą wymagały giętarki do płyt lub rolek. Nie każdy ma do dyspozycji tak profesjonalne narzędzie. Alternatywą jest użycie imadła.

Ważnym i pracochłonnym zadaniem jest spawanie cienkich blach. Wymagane są tu specjalne umiejętności, zwłaszcza jeśli w procesie wykorzystywane jest ręczne spawanie łukowe. Początkujący nie powinni próbować eksperymentować (najmniejsze prześwietlenie elektrody w jednym punkcie prowadzi do przepalenia otworu). Ponadto do obszaru szwu mogą przedostać się pęcherzyki powietrza i może dojść do wycieku. Najlepiej jest Zeszlifuj spoinę do minimalnej grubości, tak aby "wada" była natychmiast widoczna gołym okiem. Stożkowe segmenty są gięte ręcznie, zaciskając wąski koniec przedmiotu obrabianego wokół rury o małej średnicy, z większą siłą niż na szerokim końcu.

Zalecenia

Wiedząc jak samodzielnie wykonać pulsator strumieniowy, można go wykorzystać w modelach samolotów lub do przyspieszenia deskorolki. Doświadczeni użytkownicy zalecają, że w celu uzyskania optymalnej mieszanki paliwowej należy najpierw całkowicie wypełnić komorę spalania gazem. Następnie aktywuje iskrę zapłonową. Na koniec doprowadza się powietrze, a gdy wszystkie składniki osiągną optymalne stężenie, rozpoczyna się zapłon.