Реактивный пульсирующий двигатель представляет собой разновидность силовых агрегатов, работающих по принципу смешивания воздушной и реактивной пульсирующей силы. Указанные моторы легко узнать по характерному сильному звуку. Среди преимуществ перед аналогами – предельно упрощенная конструкция и небольшая масса. Остальные особенности агрегатов рассмотрим далее.
История создания
Вам будет интересно:Перфоратор "Метабо": отзывы, виды, особенности применения
Первые разработки пульсирующего воздушно-реактивного двигателя (ПВРД) официально датированы второй половиной XIX столетия. В 60-е годы два изобретателя, обособленно друг от друга, получили патенты на новую конструкцию движителей. Разработки Телешова Н. А. и Шарля де Вуалье на тот период мало кого заинтересовали. Зато в начале XX века на них обратили внимание немецкие инженеры, которые искали достойную альтернативу поршневым силовым агрегатам.
В период Второй мировой войны немецкая авиация пополнилась самолетным снарядом типа ФАУ, который оснащался ПВРД. Невзирая на то, что указанный элемент уступал по техническим параметрам поршневым вариациям, он пользовался популярностью. Этот факт обусловлен простотой конструкции и дешевизной. В известной истории это был единственный случай, когда подобные моторы применялись для оснащения самолетов в серийных масштабах.
Попытки усовершенствования
Вам будет интересно:"Корвет-71": устройство, технические характеристики, применение, отзывы
После окончания войны реактивный пульсирующий двигатель некоторое время оставался в разработке военного направления. Он использовался как движитель для ракет конфигурации «воздух-земля». Низкая эффективность, слабая стартовая скорость и необходимость разгона при запуске – причины, которые стали ключевыми в дальнейшем снижении позиций ПВРД до нулевого показателя.
Указанный тип мотора в последнее время снова начал интересовать инженеров и любителей. Появляются новые разработки, иные схемы усовершенствования. Вполне возможно, что обновленные модификации снова появятся в оснащении военной авиации. Практическое применение его сегодня – моделирование прототипов ракет и самолетов с использованием современных конструкционных материалов.
Устройство реактивного пульсирующего двигателя
Вам будет интересно:Рейсмус "Корвет": характеристики, описание и отзывы
Рассматриваемый агрегат представляет собой полость, открытую с обеих сторон. На входе монтируется заборник воздуха, сзади него – тяговый блок с клапанами. Также в конструкцию входит несколько камер сгорания, сопло для выпуска реактивного потока. Входной клапан изготавливается в нескольких конфигурациях, отличных по устройству и внешнему виду. Один из вариантов – прямоугольные пластины по типу жалюзи, которые крепятся на раме, открываются или закрываются под перепадами давления. Вторая, более компактная версия – металлические «лепестки», размещаемые по кругу.
В отсеке сгорания предусмотрена свеча зажигания. Этот элемент продуцирует серию разрядов, а после достижения нужной концентрации горючего, заряд воспламеняется. Так как двигатель обладает скромными габаритами, стальные стенки агрегата интенсивно нагреваются, способны активировать топливную смесь по аналогу свечи.
Принцип работы
Поскольку реактивный пульсирующий двигатель работает циклично, он имеет несколько основных тактов. Среди них:
Горючее подается посредством форсунок с обратным клапанным механизмом. При снижении давления в камере горения поступает следующая доза топлива. После увеличения давления подача прекращается. Стоит отметить, что на авиационных моделях малой мощности форсунки отсутствуют, а система работает по традиционной карбюраторной схеме.
Конструктивные особенности
У пульсирующего реактивного двигателя, чертеж и схема работы которого приведена ниже, имеется впускной клапан перед камерой сгорания. Это является основным его отличием от ближайших «собратьев» типа прямоточного и реактивного мотора. Указанная деталь отвечает за предотвращение возврата продуктов сгорания, что определяет их направление прямо в сопло. Конкурирующие разновидности особо не нуждаются в клапанах, поскольку воздух сразу подается под давлением с предварительным сжатием. Такая «мелочь» на самом деле является огромным плюсом в работе рассматриваемого агрегата, касательно улучшения термодинамических характеристик.
Вам будет интересно:Маленький увлажнитель воздуха: характеристики, рейтинг лучших и отзывы владельцев
Еще одно отличие – цикличность работы. Например, в ТРД топливо сжигается беспрерывно, что гарантирует равномерную и ровную тягу. В ПВРД циклы обеспечивают колебания внутри конструкции. Чтобы гарантировать максимальную амплитуду, требуется синхронизация вибрации всех деталей. Этот момент достигается за счет подбора оптимальной длины сопла.
Реактивный пульсирующий двигатель способен функционировать на низких скоростях или находясь в неактивной позиции при отсутствии встречного потока воздуха. Это преимущество перед прямоточной версией весьма спорно, поскольку для пуска ракеты или самолета в указанных условиях требуется первоначальное ускорение.
Разновидности
Кроме обычной версии пульсирующего воздушно-реактивного двигателя с прямолинейным и входным клапаном, существуют еще бесклапанная и детонационная разновидности.
Первая модификация не оснащается входным клапаном. Это обусловлено уязвимостью и быстрым износом дополнительной детали. В таком варианте срок службы силовой установки больше. По конструкции агрегат представляет собой форму в виде литеры U, концы которой направлены по течению реактивной тяги (назад). Канал, который отвечает за тягу, немного длиннее. По короткому патрубку поступает воздушный поток в отсек сгорания. В результате сжигания и расширения газов некоторая часть из них возвращается обратно через указанный вход. Подобное устройство дает возможность обеспечить улучшенную вентиляцию рабочей камеры. При этом отсутствует потеря топливного заряда через входной клапан, что создает незначительную «прибавку» тягового усилия.
ПВРД детонационного типа ориентирован на сжигание заряда топлива посредством детонации. То есть, при постоянном объеме, в отсеке сгорания происходит резкое увеличение давления топливно-воздушной смеси. При этом объем увеличивается начиная от момента перемещения газов по сопловой части. Такое решение позволяет повысить термический коэффициент полезного действия. В настоящее время такая конфигурация моторов не эксплуатируется, находясь на этапе исследования и доработок.
Плюсы
Принцип работы реактивного пульсирующего двигателя наряду с простотой конструкции и невысокой стоимостью – основные преимущества рассматриваемой системы. Эти качества обусловили появление данных моторов на военных ракетах, летающих мишенях и прочих объектах, где важна не долговечность, а быстрая доставка летательного аппарата к цели с максимально упрощенной комплектацией «движка». Любители авиамоделизма ценят рассматриваемую модификацию по тем же причинам. Компактные, дешевые и легкие моторы прекрасно подходят для авиационных моделей. Еще один плюс – возможность изготовления элементарного пульсирующего воздушно-реактивного двигателя своими руками.
Минусы
Среди недостатков также немало пунктов, а именно:
- высокая степень шумности в рабочем состоянии;
- чрезмерный расход горючего;
- наличие остатков топлива после использования;
- повышенная уязвимость входного клапана;
- ограничение скоростного режима.
Невзирая на все минусы, ПВРД в своем сегменте остается весьма востребован. Подобный мотор незаменим для одноразовых запусков, особенно если нецелесообразно монтировать мощные и дорогие версии.
Детонационный пульсирующий реактивный двигатель своими руками
Для начала необходимо создать чертеж с разверткой будущих деталей. Если вы помните азы школьной геометрии и обладаете минимальными навыками по черчению, можете приступать к работе. Самая простая схема – цилиндрические трубы. Рисуются прямоугольники, одна сторона которых будет равняться длине, а вторая – диаметру (умноженному на 3,14 – число «пи»). Конусные и цилиндрические развертки можно выполнить, найдя необходимые рекомендации в любом пособии по черчению.
Второй немаловажный вопрос – выбор металла. Как вариант, можно использовать нержавейку или низкоуглеродистую черную сталь. Остановимся на втором варианте, поскольку он проще в обработке и формировании. Толщина листа по минимуму составляет 0,6 мм. В указанном случае размер составил 1 мм.
Подготовительный процесс
Прежде чем приступить к сооружению пульсирующего реактивного двигателя своими руками, необходимо очистить листовые металлические заготовки от ржавчины и пыли. Для этого вполне подойдет стандартная шлифовальная машинка. Побеспокойтесь о безопасности – наденьте перчатки, так как края листов острые и изобилуют заусенцами.
Перед началом основных работ нужно подготовить чертежи и картонные шаблоны деталей в натуральную величину. Для получения точной конфигурации и размеров контуры обводят перманентным маркером. Крайне не рекомендуется вырезать развертки при помощи сварочного аппарата, каким бы современным он ни был. Дело в том, что полученные таким способом детали очень плохо свариваются по краям. Желательно для этой цели использовать электрические ножницы по металлу, поскольку в ручном варианте имеется большой риск загибания краев заготовок. Резать нужно аккуратно, надежно зафиксировав обрабатываемый шаблон струбциной или другим подходящим способом.
Основной этап
Изготавливая реактивный пульсирующий двигатель дома, помните, что трубы фиксированного диаметра легко сформировать при помощи большего аналога. Вполне реально операцию провести руками за счет рычажного принципа, после чего края заготовки обработать киянкой, загибая их до нужной кондиции. Желательно, чтобы концы при стыковании образовывали плоскость, что улучшит размещение сварного шва. Листы в трубу согнуть сложнее, потребуется листогиб или вальцы. Этот профессиональный инструмент найдется далеко не у каждого. В качестве альтернативы допускается использование тисов.
Важный и кропотливый момент – сварка тонкого листа из металла. Здесь потребуются специальные навыки, особенно если в процессе применяется ручная дуговая сварка. Новичкам лучше не пытаться экспериментировать (малейшая передержка электрода в одной точке приводит к прожиганию дыры). Кроме того, в район шва могут попасть пузырьки, что впоследствии гарантирует течь. Лучше всего провести шлифовку шва до минимальной толщины, что позволит увидеть «брак» невооруженным глазом сразу. Конические сегменты сгибают вручную, обжимают узкий конец заготовки вокруг трубы малого диаметра, делая большее усилие, чем на широкую часть.
Рекомендации
Зная, как сделать реактивный пульсирующий двигатель самостоятельно, вы можете его использовать на авиационных моделях либо для ускорения скейтерской доски. Опытные пользователи рекомендуют для получения оптимального состава топливной смеси, сначала подавать в мотор газ, заполнив им камеру сгорания полностью. Затем активируют искру зажигания. В последнюю очередь подается воздух, после достижения оптимальной концентрации всех компонентов – производится запуск.