Содержание материала

Автор информации БОРОДИН В.А.

Редактор Новак Д. А. Технический редактор Кузьмин И. Ф. Корректор Иванова А. П.

ПЕРЕЧЕНЬ

ОСНОВНОЙ ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кулагин И. И., Тепловые процессы в реактивных двигателях, Оборонгиз, 1939 г.

2. К о л е с н и к о в А. А., Основы теории реактивных двигателей, Воениздат, 1947 г.

3. П р и м е н к о Н. Е., Реактивные двигатели, их развитие и применение, Оборонгиз, 1947 г.

4. Б е д у н к о в и ч А. Г., Крылов В. Я, Па но в ко Я. Г., Розанов О. Н., Ростовцев Г. Г., Особенности конструкции реактивных самолетов, Воениздат, 1948 г.

 

ВВЕДЕНИЕ
В Советском Союзе авиамоделизм имеет очень широкое распространение и является важным этапом в подготовке квалифицированных специалистов для сталинской авиации.

Многие авиамоделисты впоследствии становятся выдающимися летчиками, авиационными командирами, строителями самолетов и моторов, преподавателями авиационных учебных заведений и научно-исследовательскими работниками авиационных институтов.

В результате повседневной заботы большевистской партии, Советского правительства и лично товарища И. В. Сталина о воспитании авиационных кадров советские авиамоделисты по своим спортивным достижениям вышли на первое место в мире. Нашей стране принадлежат все четыре абсолютных мировых рекорда — скорости, дальности, продолжительности и высоты полета летающих моделей самолетов г.

Воспитываясь на передовых традициях отечественной авиационной науки и техники, советский авиамоделизм в своем техническом совершенствовании не отставал от развития авиации в нашей стране.

За последние годы в советском авиамоделизме, наряду с резиномоторными летающими моделями и моделями с поршневыми моторчиками, появились летающие модели с реактивными двигателями, создающими тягу за счет реакции вытекающей струи газов.

Этот новый тип силовой установки, конструктивно простой и позволяющий значительно улучшить летные данные авиамоделей, привлекает внимание широких кругов авиамоделистов.

На первом этапе внедрения реактивной техники в авиамоделизм советские авиамоделисты строили модели с жид

костными реактивными двигателями (ЖРД), и, только после того как были созданы надежно работающие конструкции авиамодельных пульсирующих воздушно-реактивных двигателей (ПуВРД), авиамоделисты стали разрабатывать модели с двигателями подобного типа.

Вследствие малого веса, простоты конструкции и экс-плоатации пульсирующие воздушно-реактивные двигатели почти полностью вытеснили жидкостные реактивные двигатели и прочно заняли свое место наряду с авиамодельными поршневыми моторчиками.

В 1946 году были созданы первые типы авиамодельных реактивных двигателей и в 1947 году установлены первые всесоюзные рекорды дальности и продолжительности полета реактивных моделей *.

Это были жидкостные реактивные двигатели (ЖРД). работающие преимущественно на перекиси водорода высокой концентрации и катализаторе — перманганате натрия или калия. Появление именно этого типа двигателей было обусловлено тем, что они достаточно просты по конструкции и теоретический расчет их также несложен.

Схема одного из жидкостных реактивных двигателей с газобаллонной подачей топлива, предназначенного для летающих моделей самолетов, приведена на рис. 1.

Двигатель работает по следующему принципу.

При открытии крана 1 воздух из баллончика 17 проходит через редукционный клапан 3 и под давлением 13 ат поступает в топливный бачок 6. Под этим давлением перекись водорода из бачка по топливной трубке 9 подходит к форсунке 14. Поступившая в камеру сгорания перекись водорода в. присутствии катализатора распадается на свои составные части: воду и кислород, и при этом выделяется большое количество тепла.

Тепло превращает воду в пар, и смесь паров воды и кислорода при температуре примерно 500° С, под давлением 10 ат выбрасывается в атмосферу и создает тягу.

Ввиду сложности эксплоатации и значительного веса конструкции жидкостные реактивные двигатели не получили широкого распространения в авиамоделизме.

В 1948 году были завершены работы по созданию надежно работающих конструкций авиамодельных пульсирующих воздушно-реактивных двигателей. Этот тип двигателя имеет значительные преимущества перед другими  типами реактивных двигателей в весовом, конструктивном и эксплоатационном отношении, а также позволяет получить необходимую тягу.

 

 

Рис. 1. Принципиальная схема авиамодельного жидкостного реактивного двигателя:

1 — кран; 2 — зарядный штуцер; 3 — редукционный клапан; 4— воздушная трубка; 5 — заливная горловика: 6 — топливный бачок емкостью 2,45 л; 7 — забери ая трубка; 8— манометр, контролирующий давление в топливном бачке: 9 — подводящая топливная трубка; Ю — камера сгорания: 11—реактивнее сопло; 18—манометр, контролирующий давление в камере сгорания; 13—катализатор; 14 — топливная форсунка; 15 и 16 — жесткие кожухи; 17—воздушный баллончик емкостью 0,25 л

Приоритет в создании пульсирующего воздушно-реактивного двигателя, как и других типов реактивных двигателей, принадлежит русским изобретателям и конструкторам.

В 1909 году русским инженером Антоновичем впервые была предложена схема пульсирующего воздушно-реактивного двигателя, а в 1911 году инженером А. Гороховым был разработан проект силовой установки с этим двигателем.

Работами советских ученых и конструкторов внесено много нового в изучение процесса работы пульсирующих воздушно-реактивных двигателей.

Советские авиамоделисты, в совершенстве овладевшие конструированием моторных и безмоторных летающих моделей, в кратчайшее время должны научиться строить реактивные авиамодели, обладающие более высокими скоростями полета.

Овладение конструированием реактивных авиамоделей еще выше поднимет уровень развития авиамоделизма в нашей стране и позволит добиться новых успехов, прославляющих нашу социалистическую Родину.

Прежде чем приступить к описанию конструкции и работы пульсирующего ВРД, рассмотрим принцип действия простейшего реактивного двигателя.

ПОНЯТИЯ О РЕАКТИВНОМ ДВИГАТЕЛЕ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Для передвижения самолета в воздушной среде используется сила реакции воздушных масс, получающих ускоренное движение от воздушного винта. Отбрасываемые массы воздействуют на винт, сообщающий им ускоренное движение, что и обусловливает возникновение тяги, создаваемой винтом.

Таким образом, воздух получает ускорение не в самом двигателе, а в результате воздействия на него винта, т. е. тяга в данном случае создается не по принципу прямой реакции, а через промежуточное устройство в виде воздушного винта.

В реактивных двигателях в отличие от системы «двигатель— винт» газы получают ускоренное движение за счет тепла, подводимого к газам в самих двигателях. Таким образом, реактивные двигатели работают по принципу прямой реакции.

С физической точки зрения реактивный принцип основан на законе изменения количества движения тела. Согласно этому закону изменение количества движения тела равно импульсу силы, т. е. произведению силы, вызвавшей изменение скорости движения тела, на время ее действия 

mv2 — mv1 = Pty 

где Р— сила, действующая на тело, имеющее массу m;

t— время действия силы; т— масса тела;

V1— начальная скорость массы;

V2— конечная скорость массы.

Масса тела m равна его весу G, деленному на ускорение силы тяжести;

Количество движения тела есть произведение его массы на скорость:

Импульсом силы Р [кг] за время действия t [сек.] называется произведение силы на время ее действия: Pt.

Если принять время действия силы равным 1 сек., то

mv-mv1=P

где mv2 — mV1 — изменение количества движения тела за 1 секунду.

Сила Р, действующая на тело, направлена в сторону его движения. Согласно третьему закону механики, сила Р вызывает появление другой силы, равной силе Р по величине, но направленной в противоположную сторону.

Для пояснения сказанного представим себе сосуд, замкнутый со всех сторон и наполненный каким-либо газом.
Допустим, что давление газа в сосуде больше давления окружающей среды. В соответствии с законами механики заменяем силы, равномерно действующие на соответствующие стенки сосуда, одной равнодействующей силой. После такой замены будем иметь схему сил, показанную на рис. 2.

Давление газа на противоположные стенки замкнутого сосуда взаимно уравновешивается (сила P1 = Р2 и Рз = Р4), и сосуд остается в покое. Силы, вызванные давлением атмосферного воздуха, оказывают одинаковое давление на стенки сосуда снаружи и их система также будет уравновешена.

Если теперь в одной из стенок сосуда рис. 3 сделать отверстие С, то газ будет вытекать из отверстия в окружающую среду и давление его на внутренние стенки сосуда уже не будет уравновешено полностью, так как давление на стенку с отверстием С будет меньше, чем на противоположную стенку. Давление газа на стенки 3 и 4 и в этом случае по-прежнему будет взаимно уравновешено

Таким образом, равновесие сил, действующих по оси АА, нарушится. При этом энергия давления преобразуется в кинетическую энергию, т. е. в энергию движения частиц газа, вытекающих из отверстия С. При вытекании газа из камеры возникает сила Р\ направленная в сторону движения струи. Величина силы Р" зависит от массы вытекающих газов и от скорости их истечения.

По третьему закону механики при возникновении какой-либо силы обязательно должна возникнуть равная ей по величине, но противоположно направленная сила. Эта сила обозначена буквой Р.
Под действием этой силы сосуд будет перемещаться в направлении, противоположном истечению газа. Сосуд придет в движение не в результате отталкивания его от окружающего воздуха струей отходящих газов, а в результате взаимодействия сосуда со струей газов: сосуд, выбрасывая струю, сам отталкивается от нее. Следовательно, движение сосуда произойдет и при отсутствии внешнего воздуха, т. е. в безвоздушном пространстве.

Сила, возникающая в результате истечения продуктов сгорания через отверстие в сосуде и направленная в сторону, противоположную истечению газа, называется реактивной силой. Движение, вызванное реактивной силой Р, называется реактивным движением, а устройство, при помощи которого образуется реактивная сила, — реактивным двигателем.

Действие реактивной силы мы можем отчетливо ощутить, если, стоя на коньках на льду, бросим с силой груз вперед. При этом мы несколько откатываемся назад. Такой же эффект проявляется при бросании груза в горизонталь

ном направлении с лодки — лодка при этом отталкивается в противоположном направлении.

Толчок в плечо при выстреле из ружья есть не что иное, как действие реактивной силы. При выстреле пуля и пороховые газы вылетают из ствола, а отдача ружья представляет собой реактивную силу.

Откат ствола орудия при выстреле — тоже результат действия реактивной силы.

КЛАССИФИКАЦИЯ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПУЛЬСИРУЮЩИХ ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ 

В пульсирующих воздушно-реактивных двигателях процесс сгорания топлива происходит в замкнутом или полузамкнутом объеме.

Рассмотрим схему и принцип действия пульсирующего воздушно-реактивного двигателя, у которого сгорание происходит в замкнутом объеме. Поджатие воздуха в этом двигателе может осуществляться либо только за счет скоростного напора, либо за счет скоростного напора и дополнительного поджатия воздуха в компрессоре. На рис. 4 

приведена принципиальная схема пульсирующего воздушно-реактивного двигателя с поджатием воздуха только за счет скоростного напора.

Работа этого двигателя происходит следующим образом. Воздух, поджатый в диффузоре, поступает через входные клапаны 2 в камеру сгорания двигателя; клапан 4 сопла в это время закрыт (или закрывается к моменту заполнения камеры свежим воздухом). Как только камера сгорания 

наполнится свежим воздухом, передние клапаны также закрываются, и камера сгорания становится изолированной от окружающей среды. В это время в камеру через систему форсунок впрыскивается топливо, а затем образовавшаяся топливовоздушная смесь воспламеняется. В результате сгорания топлива в замкнутом объеме температура и давление газов в конце сгорания значительно возрастают. По окончании сгорания клапан реактивного сопла открывается, и продукты сгорания вытекают в атмосферу, в результате чего создается тяга. По мере истечения продуктов сгорания давление газов в камере сгорания падает, соответственно падает скорость истечения и реактивная тяга. Как только давление в диффузоре превысит давление в камере сгорания, входные клапаны открываются, и цикл повторяется. В результате такого чередования циклов изменение тяги носит пульсирующий характер.

Ввиду того что поджатие воздуха в диффузоре происходит только за счет скоростного напора, двигатель на земле (на месте) работать не может.

Изготовить пульсирующие ВРД, работающие по такой схеме, очень трудно, так как высокие температуры продуктов сгорания (около 2000°С) требуют обеспечения большой жаростойкости деталей двигателя, кроме того, необходимо ввести специальное управление клапаном на выходе.

На рис. 5 показана принципиальная схема пульсирующего ВРД с поджатием воздуха как за счет скоростного напора, так и в компрессоре, приводимом во вращение газовой турбиной. Двигатель не имеет клапана на выходе, и сгорание топлива осуществляется в полузамкнутом объеме. Работа этого двигателя происходит следующим образом.

 Ротор компрессора перед запуском раскручивается до каких-то минимально необходимых оборотов с помощью электромотора или другого приводного устройства. Давление воздуха, поджатого в компрессоре, достигает величины, достаточной для того, чтобы открыть клапаны, в результате чего воздух поступает в камеру сгорания. Затем происходит впрыскивание топлива и воспламенение топливовоздушной смеси. Давление газов в момент сгорания резко нарастает, и клапаны закрываются. Газы устремляются в открытую часть камеры сгорания и, пройдя через турбину и реактивное сопло, вытекают наружу. Проходя через турбину, газ, вращая ее, затрачивает на это часть своей энергии. Вращение турбины передается осевому компрессору, сидящему на одном валу с турбиной. Как только давление в камере сгорания окажется ниже давления воздуха, поджатого компрессором, клапаны вновь открываются, и воздух поступает в камеру сгорания. Затем цикл повторяется. Такой двигатель может работать и на земле (на месте).

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ АВИАМОДЕЛЬНОГО ПУЛЬСИРУЮЩЕГО ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ

В описываемом ниже авиамодельном пульсирующем ВРД сгорание смеси происходит в полузамкнутом объеме, т. е. камера сгорания с одной стороны остается открытой.

Воздух (рис. 6), проходя через конфузорную часть головки 1, увеличивает свою скорость, вследствие чего давление воздуха на этом участке, согласно закону Бернулли, падает. Наименьшее давление будет в самой узкой части, куда подведена топливная трубка. Под действием пониженного давления, окружающего трубку, из нее начнет подсасываться топливо, которое затем подхватывается струей воздуха, разбивается ею на более мелкие частички и испаряется. Пары топлива с воздухом поступают в диффузорную часть головки, где происходит некоторое поджатие смеси. Затем, проходя через клапанные отверстия решетки, смесь омывает клапаны и интенсивно завихривается. В таком завихренном состоянии окончательно перемешанная смесь поступает в камеру сгорания, где воспламеняется с помощью электрической свечи или очага пламени, подводимого к обрезу выхлопной трубы.

В результате сгорания топлива давление в камере сгорания возрастает, причем абсолютная величина давления зависит от качественного состава смеси и степени предварительного поджатая воздуха в диффузорной часта. Чем больше давление воздуха перед клапанной решеткой, тем больше свежей смеси будет поступать в камеру сгорания. Под действием повышенного давления в камере сгорания клапаны закрываются, и процесс сгорания протекает в полузамкнутом объеме.

Одновременно со сгоранием происходит процесс истечения продуктов сгорания через открытое реактивное сопло, где они получают максимальную скорость. В некоторый момент давление и температура достигают своего наивысшего значения. В этот момент скорость истечения продуктов сгорания из реактивного сопла и соответственно тяга, развиваемая двигателем, также максимальны.

В дальнейшем, по мере истечения продуктов сгорания, давление в камере сгорания падает. Как только давление окажется несколько меньше давления воздуха в диффузоре, клапаны вновь открываются, начинается заполнение камеры сгорания свежей смесью, и цикл повторяется снова.

Разрежение в камере сгорания, возникающее в процессе истечения газов, является следствием использования инерции столба выходящих газов в длинной трубе. Это своего рода «газовый поршень».

Кроме того, столб газов играет и другую очень важную роль,— он повышает давление в камере сгорания в момент вспышки. Происходит это в результате того, что столб газов под действием созданного им разрежения изменяет направление движения, т. е. начинает двигаться в сторону клапанной решетки. Двигаясь в этом направлении, столб газов производит поджатие вновь поступившего заряда смеси.

Таким образом, авиамодельный пульсирующий воздушно-реактивный двигатель может работать и на земле (на месте). На рис. 7 схематично показана последовательность работы двигателя за один цикл.

Схема А. Момент заполнения камеры сгорания свежей смесью при открытых клапанах.

Схема Б. Момент воспламенения смеси. Образовавшиеся при сгорании смеси газы расширяются, давление в камере сгорания возрастает, клапаны закрываются, и продукты сгорания устремляются через реактивное сопло в выхлопную трубу.

Схема В. Продукты сгорания, увеличивающие свой объем, движутся к выходу и создают разрежение перед клапанами, под действием которого клапаны открываются.

Схема Г. Момент заполнения камеры сгорания свежей смесью. Газовый столб начинает двигаться в сторону клапанной решетки.

В результате чередования циклов изменение тяги носит пульсирующий характер, причем за один цикл тяга изменяется от нуля до максимума, а затем опять до нуля.

На рис. 8 показано изменение тяги двигателя в течение одного цикла. Из графика видно, что тяга от нулевого значения достигает какого-то максимального значения, а затем опять снижается до нуля. Тяга двигателя зависит от количества и качества смеси, поступающей в камеру сгорания.
Чем больше (по весу) обогащенной смеси поступит в камеру сгорания, тем больше будет масса газа и количество подведенного тепла и тем больше величина максимального давления, а следовательно, и скорость истечения. В результате и тяга двигателя будет также больше. 

Таким образом, чтобы получить наибольшую тягу двигателя при заданных его габаритах, необходимо обеспечить возможно большее поступление топливовоздушной смеси в камеру сгорания.

Некоторые конструктивные факторы, влияющие на величину тяги, будут рассмотрены ниже.

Как же происходит воспламенение смеси в двигателе, обеспечивающее непрерывное автоматическое повторение циклов?

При установившейся работе двигателя воспламенение свежей порции смеси происходит не от постороннего источника, а от горящих газов. При сгорании, вследствие интенсивного нарастания давления, основная часть газов устремляется к выходу, оставляя за собой в некоторой части камеры сгорания «след» догорающей смеси. Свежепоступившая порция смеси и воспламеняется от этого следа пламени. В том случае, когда двигатель перегрет, воспламенение смеси может происходить и от стенок камеры сгорания.

Авиамодельный пульсирующий ВРД или, точнее, ВРД периодического сгорания является двигателем волнового типа, т. е. таким, на рабочий процесс которого существенное влияние оказывают колебания газового столба. Чем больше амплитуды колебаний и чем они чаще, тем тяга двигателя больше.

С помощью волновой теории может быть дано строгое объяснение процессов, происходящих в двигателе, но мы на этом останавливаться не будем, так как это выходит за рамки настоящей работы.


глава 2  

ЭЛЕМЕНТАРНАЯ ТЕОРИЯ ПУЛЬСИРУЮЩЕГО ВРД

ТЕПЛОВОЙ цикл

 

Выше мы рассмотрели физическую сущность работы пульсирующего ВРД и установили, что двигатель может работать на месте, т. е. при отсутствии скоростного напора. Создание тяги ПуВРД при скорости полета, равной нулю, обусловлено наличием длинной выхлопной трубы, в которой часть кинетической энергии газа, получаемой на выходе из камеры сгорания, используется самим двигателем для засасывания очередной порции горючей смеси.

Рассмотрим идеальный тепловой цикл пульсирующего ВРД в координатах р, V, т. е. установим, как происходит изменение объема и давления в течение одного цикла. 

Под идеальным циклом пульсирующего ВРД будем понимать такой цикл, в котором процессы сжатия воздуха в диффузоре и расширения продуктов сгорания на выходе из камеры сгорания протекают адиабатически, т. е. без отдачи и получения тепла извне, а процесс сгорания топлива происходит при постоянном объеме, т. е. мгновенно. Считаем также, что давление газа на выходе из реактивного сопла равно атмосферному.

На рис. 9 изображена теоретическая диаграмма цикла ПуВРД. На участке а — к диаграммы цикла воздух адиабатически поджимается в диффузоре от атмосферного давления, что соответствует точке а, до какого-то давления — выше атмосферного, соответствующего точке к; на участке к — z подводится тепло при постоянном объеме. Здесь имеется в виду, что топливо сгорает в двигателе мгновенно, следовательно, и нарастание давления также происходит мгновенно, до максимального значения, соответствующего точке z. На участке z — е продукты сгорания адиабатически расширяются в реактивном сопле до наружного давления, соответствующего точке е; на участке е — а происходит отдача тепла продуктами сгорания в окружающую среду. Линия е—а проведена условно, чтобы сделать цикл замкнутым, так как процесс охлаждения продуктов сгорания — отвод тепла — в действительности протекает вне реактивного двигателя. Приращение кинетической энергии воздуха при прохождении его через двигатель осуществляется только за счет тепла, эквивалентного площади акzea

При работе двигателя на месте, т. е. при скорости полета, равной нулю, линии а — к (рис. 9), изображающей поджатие воздуха в диффузоре за счет скоростного напора, не будет, и цикл в координатах р, V будет иметь вид, показанный на рис. 10. Полезная работа Lt в этом случае будет эквивалентна площади azea.

ТЯГА, РАЗВИВАЕМАЯ ДВИГАТЕЛЕМ

Выше было отмечено, что тяга, развиваемая реактивным двигателем любого типа и устройства, в том числе и пульсирующим ВРД, определяется на основании второго и третьего законов механики.

По второму закону механики количество движения, приобретаемое за время t потоком газа, протекающим через двигатель, равно импульсу силы, действующей на поток и обусловливающей его ускорение.

Эта сила, согласно третьему закону механики, равна по величине и обратна по направлению искомой реактивной 

тяге Р, т. е. силе реакции от газового потока, воспринимаемой конструкцией двигателя и передаваемой летающей модели.

Переходя к определению силы тяги в пульсирующем ВРД, введем понятие о средней скорости истечения. Известно, что мгновенное значение тяги пульсирующего ВРД за один цикл изменяется от максимальной величины до минимальной отрицательной. В свою очередь скорость истечения зависит от величины давления в камере сгорания, которое в течение цикла меняется от какого-то максимального значения — больше атмосферного, до минимального — меньше атмосферного (при этом имеется разрежение).

Следовательно, скорость истечения газов в течение цикла есть величина также непостоянная. Для упрощения определения тяги предположим, что скорость истечения газа есть величина постоянная, равная некоторому среднему значению истинной скорости за цикл. В дальнейшем эту скорость будем обозначать Сecp

За положительное направление для рассматриваемых сил примем направление полета, т. е. направление, противоположное движению потока воздуха относительно двигателя.

Обозначим массу продуктов сгорания, вытекающих из двигателя со скоростью Сeср м/сек за промежуток времени t, через mг, а массу воздуха, входящего в двигатель со скоростью V м/сек, т. е. со скоростью полета модели за тот же промежуток времени, — через ma. Тогда начальное количество движения будет равно mB v, конечное — mг  Сeср и изменение количества движения будет

 соответствующие секундные весовые расходы продуктов сгорания Gr и воздуха G , т. е.

Подставляя в формулу (3) секундные массовые расходы, выраженные через секундные весовые расходы, получим

ассмотрим, чему равно отношение
где Gr — секундный весовой расход газа через двигатель;

GB — секундный весовой расход воздуха через двигатель.

Для этого введем понятие о коэффициенте избытка воздуха. Коэффициентом избытка воздуха называется отношение действительного количества воздуха, поступающего в камеру для сжигания одного килограмма топлива, к теоретически необходимому, т. е.

В том случае, когда воздуха в камеру сгорания поступает больше, чем теоретически необходимо для сгорания 1 кг топлива, а будет больше единицы и смесь называется бедной. Если же воздуха в камеру поступит меньше, чем теоретически необходимо, то а будет меньше единицы и смесь называется богатой. Если считать, что в пульсирующем ВРД качество смеси а равно единице, то можно сделать следующее заключение.

Известно, что для полного сгорания 1 кг топлива теоретически необходимо примерно 15 кг воздуха. Тогда веc 

получить более простую приближенную формулу для определения силы тяги пульсирующего ВРД, дающую несколько заниженное значение силы тяги

 

Анализируя формулу (6), можно видеть, что сила тяги пульсирующего ВРД равна весу воздуха, проходящего через двигатель в одну секунду GB СеК деленному на ускорение силы тяжести g и умноженному на разность скоростей: скорости истечения газов из выхлопной трубы Сеср скорости набегающего потока воздуха v. Из формулы видно, что чем больше воздуха поступит в двигатель и чем больше скорость истечения продуктов сгорания, тем больше тяга, развиваемая двигателем.

Наполнение двигателя зависит и от величину разрежения в камере сгорания: чем больше разрежение, тем больше смеси оно способно засосать в двигатель. Эксперимент показывает, что средняя величина максимального разрежения в камере сгорания авиамодельного пульсирующего ВРД Б-10 равна 140 мм ртутного столба — ниже атмосферного, а средняя величина максимального давления равна 280 мм ртутного столба — выше атмосферного.

Тяга двигателя зависит также от частоты циклов: чем больше циклов в секунду повторяет двигатель, тем больше его тяга. Эксперимент показывает, что частота циклов двигателя Б-10 равна 142 в секунду, а двигателя Б-12 — 167 в секунду, т. е. оба эти двигателя имеют весьма высокие частоты колебания.


 ТЯГА АВИАМОДЕЛЬНОГО ПуВРД В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СКОРОСТИ ПОЛЕТА 

Тяги различных типов реактивных двигателей и поршневого мотора с воздушным винтом фиксированного шага различно изменяются в зависимости от скорости полета. На рис. 11 показаны кривые изменения тяг ЖРД, турбореактивного двигателя (ТРД) и поршневого мотора с винтом фиксированного шага в зависимости от скорости полета. 

Из графика видно, что располагаемая тяга поршневого двигателя с винтом (ВМГ) с увеличением скорости полета быстро падает.

 

Это падение тяги можно объяснить, анализируя следующую формулу для подсчета располагаемой тяги:

 

Из формулы видно, что значение скорости полета стоит в знаменателе дроби и ее увеличение резко уменьшает величину располагаемой тяги. Кроме того, коэффициент полезного действия винта nв стоящий в числителе дроби, с увеличением скорости полета падает, что также уменьшает значение располагаемой тяги.

Тяга же жидкостного реактивного двигателя (ЖРД) и турбореактивного двигателя (ТРД) с увеличением скорости полета почти не изменяется. Это и обусловливает преимущество реактивных двигателей в отношении тяги на больших скоростях полета по сравнению с поршневым мотором с воздушным винтом (ВМГ).

Точки пересечения кривых располагаемых тяг (ЖРД, ТРД, ВМГ) с кривой, потребной для горизонтального полета тяги (Prrrrrrrrrrrr), соответствуют максимально возможным скоростям горизонтального полета, при которых тяга, развиваемая винтом или реактивным двигателем, полностью используется для преодоления лобового сопротивления самолета. Из рис. 11 видно, что максимальная скорость реактивных самолетов с такими же аэродинамическими качествами, что и самолетов с ВМГ, оказывается значительно больше. Если же учесть, что реактивные самолеты, как правило, в аэродинамическом отношении более совершенны, то эта разница окажется еще больше.

Тяга пульсирующего ВРД в зависимости от скорости полета может изменяться различным образом и зависит от закона подачи топлива, т. е. от того, как отрегулирован автомат подачи топлива, реагирующий на скорость полета и высоту. Таким образом, тяга ПуВРД может оставаться постоянной, возрастать до какого-то предела или даже падать.

Если автомат подачи топлива настроен таким образом, что с увеличением скорости полета на заданной высоте обеспечивается поступление в камеру сгорания наивыгоднейшего количества горючего, то тяга двигателя будет расти до какого-то определенного предела, после чего начнет падать.

Падение тяги на больших скоростях полета обусловливается следующими основными двумя причинами:

1) сильным возрастанием сопротивления клапанной решетки;

2) ослаблением силы вспышки в камере сгорания, снижающим величину максимального давления.

Ослабление вспышки происходит вследствие постепенного выравнивания давлений в камере сгорания и диффузоре за счет скоростного напора и увеличения разрежения на обрезе выхлопной трубы, которое приводит к отсутствию сжатия смеси, вызываемого обратным движением газового столба.

В авиамодельном пульсирующем ВРД расход топлива зависит от расхода воздуха, так как внутренняя часть головки вместе с топливной трубкой и регулировочной иглой представляет собой простейший карбюратор. Чем больше воздуха пройдет через диффузорную часть за какой-то промежуток времени, тем больше подсос топлива и тем больше его поступит в камеру сгорания.

С увеличением скорости полета расход воздуха через двигатель за счет увеличения скоростного напора будет возрастать и, следовательно, будет возрастать количество топлива, поступающего в двигатель за цикл.

Кроме того, с увеличением скорости полета интенсивность охлаждения стенок камеры сгорания возрастает вследствие увеличения обдува их воздушным потоком, что также приводит к увеличению количества топливовоздушной смеси, поступающей в двигатель за цикл.

В результате этого тяга авиамодельного пульсирующего ВРД с увеличением скорости полета возрастает.

Возрастание тяги происходит до какого-то определенного предела, после чего за счет сильно увеличивающегося сопротивления клапанной решетки и ослабления вспышки в камере сгорания тяга двигателя начинает падать.

При использовании системы подвода топлива за счет подсоса необходимо иметь в виду, что в простейшем карбюраторе расходы воздуха и топлива растут непропорционально. Расход топлива возрастает быстрее, чем расход воздуха, в результате чего с увеличением расхода воздуха происходит постепенное обогащение смеси. Поэтому, чтобы не допустить переобогащения смеси, при котором нарушается нормальная работа двигателя, необходимо перед выпуском модели в воздух завернуть регулировочную иглу на одну четверть оборота, т. е. немного обеднить смесь.

Для обеспечения более надежной работы топливной системы указанного двигателя рекомендуется использовать поплавковую камеру, сохраняющую постоянный уровень топлива, а следовательно, обеспечивающую при каком-то установившемся режиме и постоянное качество смеси.

С увеличением высоты полета тяга двигателя падает, так как уменьшается весовое количество топливовоздушной смеси, поступающей в камеру сгорания, вследствие падения плотности воздуха.


КОНСТРУКТИВНЫЕ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ВЕЛИЧИНУ ТЯГИ

К факторам, влияющим на величину тяги авиамодельного ПуВРД, следует отнести конструкцию двигателя в целом и в первую очередь конструкцию клапанной решетки. Рассмотрим только конструкции клапанных решеток и лимитирует количество поступающей смеси в камеру сгорания.

При одной и той же величине разрежения за клапанной решеткой в камеру сгорания поступит тем больше свежей смеси, чем больше площадь проходного сечения решетки. И, наоборот, чем меньше площадь проходного сечения, тем больше сопротивление, оказываемое всасываемой смеси, и тем меньше ее поступит в камеру сгорания.

Дисковые решетки (см. приложения 1 и 2 в конце книги) с круглыми проходными отверстиями имеют очень малую площадь проходного сечения, что способствует понижению тяги двигателя.

Поэтому в дальнейшем необходимо работать над созданием решеток с большим проходным сечением, конструктивно простых и легких по весу, позволяющих значительно увеличить тягу авиамодельного ПуВРД 

Ниже приведено несколько схем решеток, позволяющих увеличить площадь проходных сечений и тем самым увеличить тягу двигателя.

Решетки А и Б (рис. 12) представляют собой конусы, выточенные на токарном станке, с размещением на них одного или двух рядов клапанов. Входные отверстия прорезаны по всей поверхности конуса и со стороны наложения клапанов; для создания большей опоры проточена ровная кольцевая площадка. Ввиду того что клапаны открываются не параллельно самим себе, а под углом один к другому, расстояние между ними можно сократить до 0,5—1,0 мм. Толщину клапанных пластинок можно брать   

0,08—0,1 мм. Клапаны прижимаются к телу конуса с помощью специального кольца, имеющего ровные площади соответственно числу входных отверстий. Клапаны закладываются на ровной площадке между конусом и кольцом и зажимаются гайкой.

Лучшей решеткой, с точки зрения увеличения площади проходного сечения, следует считать решетку В (рис. 13). Клапаны на ней расположены двумя ярусами и занимают значительную площадь. Достоинством решетки является и то, что входные отверстия прорезываются на ровных плоскостях и для клапанов обеспечена большая площадь опоры. 

Конструкцией решетки обеспечивается интенсивное (организованное) завихривание смеси, способствующее увеличению скорости ее сгорания. Решетка изготовлена из листовой стали толщиной 0,5 мм и спаяна латунью.

Решетка Г (рис. 14) с большим проходным сечением изготовлена из листовой стали толщиной 0,4—0,5 мм и имеет четыре ряда клапанов, расположенных под углом к направлению потока смеси. Особенностью этой решетки является то, что клапаны, прижимаемые к телу решетки стальными пластинами, сдвоенные, т. е. при изготовлении их из клапанной ленты вырезаются сразу два клапана, расположенных один к другому узкими сторонами (рис. 14). После прижима клапанов подвижные части их необходимо отогнуть от седел на 0,1—0,2 мм, чтобы обеспечить более свободное прохождение смеси.

Дисковая решетка Д (рис. 15) имеет несколько увеличенное сечение проходных отверстий за счет придания им каплевидной формы.

Другой, не менее важной характеристикой решетки являются ее аэродинамические качества. Решетка в какой-то степени препятствует свободному поступлению смеси в камеру сгорания из-за сопротивления, создаваемого ею. Чем больше это сопротивление, тем меньше поступит смеси в камеру сгорания.

Дисковая решетка с поперечным расположением клапанов имеет наиболее низкие аэродинамические качества и создает наибольшие сопротивления прохождению смеси по сравнению с другими выше приведенными схемами клапанных решеток. 

 

При установке дисковой решетки смесь проходит через отверстия диска, расположенные перпендикулярно направлению потока смеси, затем огибает клапаны, расположенные также перпендикулярно входу.

Таким образом, величина разрежения, созданного в камере сгорания, расходуется не только на засасывание 

смеси, но и на повороты движущегося потока смеси, прежде чем смесь сможет поступить в камеру сгорания. Чем меньше поворотов у движущегося потока смеси по пути в камеру сгорания, тем больше смеси поступит в камеру сгорания и, следовательно, тем большую тягу разовьет двигатель. Решетки А, Б, В и Г имеют наилучшие аэродинамические качества и позволяют, при прочих равных условиях, увеличить количество смеси, поступающей в камеру сгорания, и тем самым повысить тягу двигателя.

К положительным свойствам дисковой решетки, кроме простоты и легкости ее конструкции, следует отнести способность этой решетки сильно завихрять смесь, поступающую в камеру сгорания. Эта организованная завихренность позволяет хорошо перемешать смесь и значительно увеличить скорость ее сгорания, в результате чего возрастает частота циклов и, следовательно, при прочих равных условиях увеличивается тяга двигателя.

Третьим фактором, влияющим на величину тяги двигателя, является нагрев стенок камеры сгорания. По истечении 10—15 секунд работы стенки камеры сгорания приобретают высокую температуру, что ускоряет процесс испарения топлива и уменьшает время воспламенения смеси. При повышении температуры стенок камеры сгорания вес смеси, поступающей в камеру, уменьшается, что приводит к уменьшению максимального давления в ней и, следовательно, к уменьшению тяги. Если двигатель перегрет, воспламенение свежей смеси может происходить и от стенок, в этом случае количество свежей смеси, поступающей за один цикл (коэфициент наполнения двигателя свежей смесью), резко уменьшается, при этом тяга также резко падает, хотя частота циклов несколько увеличивается. Поэтому ни в коем случае нельзя допускать перегрева двигателя.

Для устойчивой работы двигателя любого типа имеется два предела: предельное обеднение и предельное обогащение. Если допустить работу двигателя на предельно обедненной смеси, то количество выделяемого тепла и скорость сгорания уменьшатся, следовательно, и скорость нарастания максимального давления и величина его также упадут. В результате газы будут двигаться по выхлопной трубе с меньшей скоростью, их инерционная способность снизится, и разрежение создаваемое ими перед клапанами, также уменьшится. Уменьшение абсолютной величины разрежения перед клапанами приводит к уменьшению количества свежепоступающей смеси в камеру сгорания. Поэтому при регулировке режима работы двигателя необходимо несколько обогащать смесь, так как при этом уменьшается теплонапряженность двигателя и увеличивается развиваемая им тяга. 

 

ОСНОВНЫЕ ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ (УДЕЛЬНЫЕ) ПАРАМЕТРЫ ПУЛЬСИРУЮЩЕГО ВРД

Сравнительную оценку летно-эксплоатационных качеств пульсирующего ВРД удобнее всего производить, пользуясь относительными параметрами.

Основными относительными параметрами являются: удельная тяга, удельный расход топлива, удельный вес двигателя и удельная лобовая тяга. Выражения для этих величин будут даны без выводов.

Удельная тяга:

Чем больше удельная тяга, тем меньше при заданной величине тяги Р потребный секундный расход воздуха, а следовательно, тем меньше размеры и вес двигателя. Нг рис. 16 показано изменение удельной тяги по скорости полета. Из графика видно, что удельная тяга все время падает, причем более быстрое ее падение происходит на больших скоростях полета. Падение удельной тяги с увеличением скорости вызывается непропорциональным изменением тяги двигателя и расхода воздуха через двигатель.

Возрастание тяги двигателя происходит медленнее возрастания расхола воздуха через двигатель. 

 

При заданной величине тяги удельный вес двигателя определяет вес двигательной установки, который, как известно, очень сильно влияет на параметры летающей модели и в первую очередь на ее скорость и грузоподъемность. Чем меньше удельный вес двигателя, т. е. чем меньше вес двигателя при заданной тяге, тем большего веса модель этот двигатель может поднять в воздух.

Удельная лобовая тяга играет важную роль при оценке аэродинамических качеств двигателя скоростной модели. Чем больше РЛОб, тем меньшая доля тяги, развиваемая двигателем в полете, расходуется на преодоление его собственного сопротивления.

Авиамодельный ПуВРД вследствие малого лобового сопротивления (что вызывается достаточно обтекаемой формой его) наиболее удобен для установки на летающую модель. Сопротивление, создаваемое двигателем, очень незначительно.

Рассмотренные относительные параметры для одного и того же двигателя меняются с изменением скорости и высоты полета, так как при этом не сохраняют свою величину тяга, развиваемая двигателем, и суммарный расход топлива у двигателя. Относительные параметры обычно относятся к работе двигателя на месте, на максимальном режиме на земле.


КОНСТРУКЦИЯ АВИАМОДЕЛЬНОГО ПУЛЬСИРУЮЩЕГО ДВИГАТЕЛЯ Б-10

Авиамодельный пульсирующий ВРД имеет ряд конструктивных особенностей по сравнению с описанными выше конструкциями пульсирующих двигателей. Чертежи двигателя Б-10 даны в приложении 1. Основной его особенностью является то, что топливо в камеру сгорания не впрыскивается через форсунки, а поступает вместе с воздухом через входные отверстия клапанной решетки. Такая система подвода топлива сильно упрощает конструкцию двигателя и регулирующего устройства. Топливная система двигателя Б-10 состоит из топливного бачка, подводящей трубки и регулировочной иглы. Топливо подсасывается в диффузор головки вследствие некоторого разрежения, возникающего в узкой части диффузора, где оно перемешивается с воздухом. Таким образом, диффузор, топливная трубка и регулировочная игла представляют собой простейший карбюратор. Впрыск топлива в камеру сгорания через форсунки на авиамодельном ПуВРД нецелесообразен. Это объясняется тем, что для достижения хорошего распыла топлива в малом объеме за короткое время требуется очень сложная аппаратура, обеспечивающая сохранение высокого давления при впрыске. К тому же вес требуемой аппаратуры в несколько раз больше веса самого двигателя. При конструировании и доводке двигателя Б-10 автору пришлось изготовить большое количество опытных двигателей различных форм и размеров и опытным путем добиваться устойчивой и надежной работы их.

При конструировании двигателя должны быть по возможности учтены все требования, предъявляемые обычно к авиамодельному двигателю, простота конструкции и экс-плоатации, надежность работы, возможность постройки двигателя самими авиамоделистами, использование для постройки доступных материалов. Конструкция двигателя Б-10 достаточно проста и имеет минимальное количество деталей. 

Так, например, если авиамодельный бензиновый моторчик имеет более 45 технологических деталей, то авиамодельный пульсирующий ВРД имеет их только 15. Кроме того, двигатель не требует батареек, бобины и электрической свечи, необходимых для воспламенения смеси. Вес авиамодельного ПуВРД равен 180—185 г, т. е. примерно в 2 раза меньше, чем вес поршневого бензинового моторчика без винта и системы зажигания

 

Головка двигателя (рис. 17) имеет удобообтекаемую форму и состоит из двух отдельных частей — внешней и внутренней.

Внутренняя часть изготовлена из дуралюмина в виде диффузора; в самую узкую часть диффузора подведена топливная трубка.

Внешняя часть головки (обтекатель) не является силовой деталью и служит только для придания удобообтекае-мой формы головке. Обе детали имеют небольшой вес и в конструктивном отношении являются достаточно доведенными.

Диффузорная часть головки изготовляется на токарном станке. В самой узкой части диффузора с внешней стороны расположен усиливающий прилив. В приливе имеется два диаметрально противоположно расположенных отверстия с резьбой. В верхнее отверстие ввертывается регулировочная игла, в нижнее — подводящая топливная трубка. 

Задняя часть диффузора оканчивается резьбой, нарезанной с внешней стороны, с помощью которой головка ввертывается в тело камеры сгорания и своей торцовой частью  

прижимает диск клапанной решетки к буртику камеры сгорания.

Обычно внутренняя часть диффузора имеет вид профилированного канала, очерченного на всем протяжении (от входа воздуха в головку и до входа в клапанную решетку) по одной плавной кривой Однако изготовление такого диффузора обработкой на токарном станке представляет значительные трудности. В разбираемой конструкции, с целью облегчения технологии изготовления, образующие стенок диффузора представляют собой прямые линии, и закругление имеется только в самой узкой части.

Внешняя часть головки изготовлена из листового алюминия толщиной 0,8 мм в виде обтекателя. Требуемую форму обтекателю придают способом выдавливания на токарном станке.

В обтекателе имеется два отверстия для прохода регулировочной иглы и топливной трубки. Своей передней и задней частями обтекатель посажен на соответствующие цилиндрические пояски, имеющиеся на диффузоре.

Регулировочная игла качества смеси изготовляется из 3-мм стальной проволоки. Игла имеет резьбу, с помощью которой она ввертывается в диффузорную часть головки. Своей конической частью она входит в жиклерное отверстие подводящей топливной трубки и тем самым дозирует количество топлива, поступающее через трубку.

Топливная трубка изготовляется из латуни на токарном станке. С внешней стороны она имеет буртик, которым упирается в силовой поясок диффузора в ввернутом состоянии, что позволяет обеспечить достаточно плотную затяжку трубки. Часть трубки с жиклерным отверстием диаметром 1,5 мм введена в узкую часть диффузора. Другая часть трубки до буртика имеет внутренний диаметр 2 мм и внешний 4 мм. В нижней части трубка имеет два заборных отверстия диаметром 2 мм, просверленных на расстоянии 1,5 мм от конца трубки; трубка введена внутрь топливного бачка и припаяна к обечайке в двух точках — верхней и нижней.

Бачок изготовлен из медной фольги и пропаян оловом.

В данной топливной системе бачок используется для хранения запаса топлива, необходимого для регулировки режима работы двигателя при его доводке, и не устанавливается на модель. Бачок может быть использован на модели как приемный бачок, в котором уровень топлива будет все время поддерживаться постоянным за счет топлива, подаваемого из другого (основного) бачка, расположенного выше.

Вопросам работы системы питания двигателя топливом нужно уделять очень большое внимание, так как от этого зависит устойчивость и длительность работы двигателя.

Клапанная решетка — главнейшая деталь пульсирующего ВРД. Назовем разбираемую решетку дисковой, так как дуралюминовый диск является силовой основой всей решетки. Дисковая решетка состоит из диска с отверстиями, стальных пластинчатых клапанов, зажимной стальной шайбы, стяжной стальной шпильки, двух шайб под гайки и двух гаек. Клапаны в дисковой решетке, закрывая изнутри входные отверстия диаметром 6,5 мм, образуют звездочку с двенадцатью лепестками. Узкие концы клапанов сходятся в центре диска на диаметре 12 мм и зажимаются стальной шайбой с наружным диаметром 18 мм и толщиной 2 мм. Диск, клапаны и зажимная шайба стягиваются стальной стяжной шпилькой. Таким образом, клапаны удерживаются от выпадания и смещения за счет сил трения. Всего на диске имеется двенадцать отверстий и столько же клапанов. Диск и зажимная шайба в центре имеют отверстия диаметром 5,5 мм для прохода стяжной шпильки диаметром 5 мм. При работе клапаны изгибаются по всей длине от зажимной шайбы и до концов. Вследствие того что у клапанов по их длине неодинаковая ширина, у зажимной шайбы, где ширина клапанов минимальная, а изгибающий момент максимальный, изгиб их в этом месте будет наибольшим. По мере удаления от зажимной шайбы к концам клапанов изгиб клапанов становится меньше, так как ширина их увеличивается, а изгибающий момент уменьшается. При установившемся режиме работы концы клапанов при всасывании смеси отходят от диска на 5—6 мм. После того как свежепоступившая порция смеси воспламенится, давление в камере сгорания повышается, и клапаны под действием этого повышенного давления и под действием собственных сил упругости закрываются.

В момент закрытия клапаны испытывают большую динамическую нагрузку и, кроме того, подвергаются воздействию высокой температуры. Температура клапана за цикл ввиду его малой толщины непостоянна, что создает еще более трудные условия их работы. Наконец, если учесть частоту циклов, с которой клапаны открываются и закрываются, равную 142 в секунду, то станет вполне ясной вся трудность условий их работы. Клапаны разрушаются в основном за счет усталостных напряжений, т. е. вследствие того что материал клапанов от частых ударов, изгиба и переменных термических нагрузок разрушается. Разрушаются в первую очередь концы клапанов как воспринимающие наибольшие нагрузки. При вырезке или штамповке клапанов следует обращать внимание на то, чтобы шаблон или штамп своей вытянутой частью был направлен вдоль ленты и, следовательно, вдоль волокон. Клапаны, вырезанные из ленты вдоль волокон ее, имеют больший срок работы, чем клапаны, вырезанные поперек волокон. Наружная часть клапана имеет форму полуокружности и тщательно отшлифована, что также несколько увеличивает срок работы клапана.

Продолжительность работы клапанов зависит от степени их механической обработки, а также от системы подвода топлива и качества смеси, поступающей в двигатель. Срок непрерывной работы клапанов колеблется в пределах 3—5 минут и более.

Решетка в собранном виде вставляется в переднюю часть камеры сгорания до упора в буртик и прижимается  к нему головкой. Такие решетки в собранном виде нужно всегда иметь в запасе. Для замены решетки требуется 2—3 минуты. Дисковая решетка по своей конструкции проста и легка в производстве, но имеет сравнительно малый срок работы. Поэтому необходимо разрабатывать более совершенные клапанные решетки, которые могли бы работать более длительное время.

Жаровая труба состоит из трех частей: камеры сгорания, реактивного сопла и выхлопной трубы, соединенных между собой точечной сваркой или пайкой латунью. Все три части трубы могут изготовляться из нержавеющей или обыкновенной стали и даже из жести консервных банок. Толщину стенок камеры сгорания и реактивного сопла рекомендуется делать не более 0,15—0,18 мм, а выхлопной трубы — 0,1 мм. Передняя часть камеры сгорания внутри имеет буртик, в который упирается клапанная решетка, и резьбу для ввертывания головки. В данной конструкции камера сгорания с резьбовой ее частью изготовляется на токарном станке за одно целое. Если есть возможность, то резьбовая часть вместе с упорным буртиком может быть изготовлена отдельно в виде кольца, которое затем приваривается или припаивается латунью к камере сгорания. В этом случае камеру сгорания следует изготовлять из листа стали или жести, сваренного вдоль камеры сгорания.

Реактивное сопло может быть выточено на токарном станке, но проще его изготовить из листовой стали.

Выхлопная труба изготовляется также из листовой стали или из готовой трубы. Необходимую толщину стенки можно получить обработкой на токарном станке, и в этом случае толщина ее обычно не меньше 0,15 мм.

Крепление двигателя к авиамодели осуществляется с помощью хомутиков, которые удобнее всего располагать в передней части камеры сгорания и в месте перехода ее в реактивное сопло, т. е. в местах, наиболее жестких. Способ крепления в каждом частном случае выбирается в зависимости от типа и конструкции модели. Крепить двигатель к модели необходимо по крайней мере в двух точках, ибо крепление в одной точке не обеспечивает достаточной жесткости.

В том случае, когда двигатель крепится к модели за головку, на ней необходимо предусмотреть специальный фланец. 


ЭКСПЛУАТАЦИЯ АВИАМОДЕЛЬНОГО ПУЛЬСИРУЮЩЕГО ВРД

 СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ

 

 Воспламенение рабочей смеси в камере сгорания в момент запуска осуществляется от пламени спички, подводимой к обрезу выхлопной трубы. Перед запуском двигатель необходимо продуть рабочей смесью с помощью воздушного насоса автомобильного типа. Резиновый шланг от воздушного насоса оканчивается специальным сплющенным насадком (рис. 18). Струя воздуха, выходящая из насадка, на правляется на обрез топливной трубки с жиклерным отверстием таким образом, чтобы из нее, за счет создавае-мого разрежения, начал вытекать бензин, который затем подхватывается струей воздуха, смешивается с ней и образует горючую смесь. Этой смесью и продувается двигатель. После того как двигатель заполнен рабочей смесью, зажигается спичка и подносится к обрезу выхлопной трубы. Одновременно с этим производится продувка двигателя горючей смесью вышеуказанным способом, но плавно, без рывков, чтобы не сдуть пламени. Как только двигатель заработает, продувка прекращается, и резиновый шланг, идущий от насоса, убирается из диффузорного отверстия. Первоначальный запал смеси указанным способом является одним из простейших и может рекомендоваться как способ запуска авиамодельных пульсирующих ВРД.

Зажигание смеси можно производить не только от открытого пламени, но и от специального приспособления. Если имеется в наличии аккумулятор или батарейки и бобина с прерывателем (пусковая катушка), то можно производить зажигание смеси и от электрической свечи. Для этого необходимо проводники от источника питания присоединить к клеммам пусковой катушки, а проводник высокого напряжения подвести к электрической авиамодельной свече. Свеча закрепляется на камере сгорания с помощью гайки, навернутой изнутри камеры сгорания. Проводник от пусковой катушки, идущий к массе, подсоединяется к самой трубе.

Принципиальная схема электрического способа запуска показана на рис. 19. В данной схеме к пусковой катушке проводники подключены не от аккумулятора, а от трансформатора, к которому ток подводится от сети. Трансформатор понижает напряжение тока, подводимого от сети, до 24—26 в. В том случае, когда питание подводится от аккумулятора, проводники присоединяются к клеммам К1 и K2 при этом трансформатор отключается.

Электрический способ запуска может быть рекомендован для лабораторных реактивных установок или для двигателей, устанавливаемых на моделях, у которых затруднен подвод открытого пламени к обрезу выхлопной трубы.

СИСТЕМА ПИТАНИЯ

Как было указано выше, топливо в двигатель поступает не в чистом виде, а в виде смеси его паров с воздухом. Для образования горючей смеси служит головка, внутренняя часть которой вместе с топливной трубкой и регулировочной иглой представляет собой простейший карбюратор.

Вследствие разрежения, создаваемого в узкой части диффузора, топливо из бачка, поднимаясь по трубке, начинает вытекать из жиклерного отверстия, затем подхватывается струей воздуха и смешивается с ним. Приготовление топливовоздушной смеси заканчивается после того, как она пройдет через отверстия клапанной решетки и сильно завихрится. Качество смеси регулируется иглой.

ЗАПУСК ДВИГАТЕЛЯ

Первые запуски (в период освоения двигателя) необходимо производить в подготовленном для этого помещении. Желательно под установку подложить железный лист. Выходящие газы нужно направлять в безопасном направлении. Во избежание тряски двигатель должен быть надежно закреплен в специальном станке или приспособлении.

Перед запуском необходимо тщательно осмотреть всю установку в целом и ее отдельные агрегаты.

Нужно проверить:

— крепление двигателя в приспособлении;

— заполнен ли бачок топливом;

— систему карбюрации;

— систему зажигания (при запуске от электрической свечи).

Если все в порядке, можно приступить непосредственно к запуску. Для этого нужно:

— отвернуть иглу жиклера на два-три оборота;

— продуть двигатель рабочей смесью с помощью воздушного насоса;

— не прекращая продувку, зажечь спичку, поднести ее снизу к обрезу выхлопной трубы и поджечь пары топлива, выходящие из трубы (продувка горючей смесью продолжается до надежного запуска двигателя).

После запуска следует отрегулировать режим работы с помощью регулировочной иглы, добиваясь при этом устойчивой работы. Желательно, чтобы двигатель работал на несколько обогащенной смеси, при которой обеспечивается 

 

нормальный температурный режим, устойчивая работа и тяга, близкая к максимальной.

Быстрота запуска зависит от качества смеси, поступающей в двигатель. Необходимое качество смеси характеризуется пламенем с голубоватым оттенком. Если горение происходит только на конце трубы и не переходит в камеру сгорания, что бывает при очень богатой смеси, то насадок от воздушного насоса следует направить прямо на решетку, минуя жиклер. В результате обедняется смесь, и очаг горения переносится в камеру сгорания.

Если при работе двигателя наблюдаются редкие вспышки и двигатель не переходит на установившийся режим, то смесь бедная и ее необходимо обогатить; для этого нужно увеличить поступление топлива (регулировочную иглу повернуть влево).

При сильно отогнутых клапанах возможны «хлопки» в диффузор, при которых может произойти воспламенение смеси и скопившегося в диффузоре топлива. В этих случаях пламя надо просто сдувать. Запуск двигателя с такими клапанами может быть осуществлен, но при более сильной продувке.

Трудность запуска двигателя в большинстве случаев вызывается неисправностью систем топливопитания и зажигания. Наиболее вероятные неисправности следующие.*

1. Не подсасывается топливо из жиклера вследствие того, что жиклер перекрыт иглой или засорен.

2. Не происходит поступления горючей смеси в камеру сгорания вследствие того, что клапаны плотно прижаты к решетке или насадок от насоса не направлен на жиклер и не создает необходимого подсоса топлива.

Если двигатель работает с перебоями, то причиной этого может быть слишком богатая или слишком бедная горючая смесь.

После того как двигатель опробован и отрегулирован на стенде, его можно устанавливать на летающую модель.

ОСТАНОВКА ДВИГАТЕЛЯ

Остановка двигателя производится преграждением свободного входа воздуха в диффузорную часть головки. Останавливать двигатель перекрытием жиклерного отверстия топливной трубки с помощью регулировочной иглы не рекомендуется, так как в этом случае при повторном запуске потребуется заново производить регулировку подачи топлива.

УСТАНОВКА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ

На рис. 20 показана одна из установок, предназначен-ная для регулировки двигателя и для замера его тяги. 

На ящике (или доске), изготовленном из 8-мм фанеры, крепятся две металлические стойки, заканчивающиеся в верхней части полукольцом. Средней частью полукольца приклепаны к стойкам, а на их концах имеются отверстия с резьбой под зажимные винты. Двигатель крепится двумя хомутиками, один из которых расположен в месте перехода камеры сгорания в реактивное сопло, а другой на выхлопной трубе. На хомутиках диаметрально противоположно расположены приливы, имеющие с внешней стороны конические углубления, в которые и входят своими остриями зажимные винты. Нижние части стоек жестко прикреплены к стальным осям; острые концы осей входят в соответствующие конические углубления в зажимных винтах. Зажимные винты ввернуты в неподвижные стальные штифты, прикрепленные неподвижно к верхней части ящика. Таким образом, при повороте стоек на своих осях двигатель сохраняет горизонтальное положение. К передней стойке прикреплен один конец спиральной пружины, другой конец ее соединен с петлей на ящике. К задней стойке жестко прикреплена стрелка, конец которой перемещается по градуированной шкале. Градуировку шкалы можно произвести следующим образом. Конец шелковой нити привязать к концу топливной трубки, выходящей в диффузор. Вытянуть нить вдоль оси двигателя, затем перегнуть ее через ролик или шариковый подшипник и подвешивать гири различного веса. По мере увеличения подвешенного груза двигатель будет подаваться вперед и опускаться параллельно самому себе. Нить же при этом должна все время совпадать с продольной осью двигателя, для чего ролик нужно несколько опускать. Градуировку шкалы необходимо производить на тягу до 1 кг.

При запуске передняя стойка стопорится специальным стопором и только в том случае, когда нужно замерить тягу, стопор, изготовленный в виде крючка, поднимается вверх. Если установка используется для лабораторных целей, внутренняя часть ящика используется для размещения баллона со сжатым воздухом, пусковой катушки и трансформатора. Для зарядки баллона воздухом сбоку ящика выведен зарядный штуцер. Электрический ток подводится от сети к трансформатору, понижающему напряжение тока до 24 в, и затем от трансформатора, через выключатель, расположенный с правой стороны ящика, подводится к пусковой катушке. Проводник высокого напряжения от пусковой катушки, через верхнее днище ящика, подводится к электрической запальной свече.

При переносе установки внешняя надстройка может быть легко разобрана и помещена в ящике, одна из стенок которого подвешена на шарнирах и откидывается вверх.

Установка в целом проста по конструкции и компактна.


 ОСОБЕННОСТИ КОМПОНОВКИ ЛЕТАЮЩИХ МОДЕЛЕЙ С ПУЛЬСИРУЮЩИМ ВРД

ОБЩИЕ СВЕДЕНИ

Летающие модели с реактивными двигателями имеют особенности конструктивной и аэродинамической компоновки, которые обусловливаются двумя основными факторами: 1) особенностями, присущими реактивному двигателю; 2) явлениями, связанными с полетом модели на скоростях 50—100 км/час и выше. Из особенностей реактивного двигателя, влияющих на компоновочную схему модели, являются: отсутствие на реактивном двигателе воздушного винта, наличие мощной струи выхлопных газов с высокой температурой, отбрасываемой назад с очень большой скоростью, и большие расходы горючего по сравнению с авиамодельным бензиновым моторчиком.

Из явлений, вызываемых большой скоростью полета, на общую схему модели и ее основные параметры влияют: повышенные требования к устойчивости и регулировке, а также большая прочность и меньшая чувствительность к вибрациям у деталей летающей модели.

Рассмотрим подробнее влияние этих факторов.

ОСОБЕННОСТИ ЛЕТАЮЩИХ МОДЕЛЕЙ, ВЫЗВАННЫЕ ОТСУТСТВИЕМ ВИНТА

Отсутствие винта на летающей модели позволяет разместить реактивный двигатель внутри фюзеляжа (рис. 28). При таком расположении двигателя ось выхлопной трубы совмещается с продольной осью фюзеляжа, благодаря чему при изменении величины тяги незначительно изменяется момент сил относительно центра тяжести.

Положение центра тяжести, т. е. балансировка модели при изменении режима работы двигателя, почти не нарушается. Наконец, размещение двигателя внутри фюзеляжа позволяет придать ему более обтекаемую форму и применить шасси с носовым колесом. Размещение двигателя внутри фюзеляжа наиболее желательно, но связано с рядом трудностей, возникающих при практическом осуществлении модели. В этом случае фюзеляж необходимо изготовлять из дуралюмина или алюминия.

Установка двигателя либо сверху фюзеляжа (рис. 29), либо под крылом (рис. 33) неблагоприятна в отношении продольной статической устойчивости и аэродинамического сопротивления. При такой установке двигателя создается большое плечо от реактивной силы струи выхлопных газов относительно центра тяжести и увеличивается площадь лобового сопротивления модели за счет выступающего наружу двигателя; однако при этом фюзеляж можно изготовлять из обычных материалов и использовать его для размещения бачков с топливом. Наконец, отсутствие винта позволяет уменьшить высоту шасси, что уменьшает вес модели.

При необходимости получения значительной тяги возможно спаривание пульсирующих ВРД, размещаемых над фюзеляжем. Во избежание значительного разворачивающего момента при остановке одного из двигателей их следует располагать рядом.

Отсутствие винта на реактивном двигателе позволяет осуществить компоновку двухмоторной модели комбинированного типа, а именно: установить в носовой части фюзеляжа поршневой бензиновый моторчик с винтом, а сзади — пульсирующий ВРД (рис. 32).

Модель такого типа благодаря значительной тяге винта на малых скоростях обладает хорошими взлетными качествами, а при обоих включенных двигателях может развить значительную скорость полета. В случае выключения пульсирующего ВРД модель может продолжать полет за счет тяги, создаваемой винтом.

Такую модель по своим свойствам можно считать средней между винтовыми и реактивными моделями.

 

ВЛИЯНИЕ НАЛИЧИЯ СТРУИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ

Высокие температуры и большие скорости истечения выхлопных газов реактивного двигателя требуют, чтобы летающая модель конструировалась таким образом, чтобы ни одна ее часть не попадала в струю газов. Так, например, при расположении двигателя над фюзеляжем необходимо применять разнесенное вертикальное оперение. Для уменьшения влияния нагретых стенок реактивного двигателя на детали летающей модели между ними устанавливают специальные дефлекторы. На реактивных моделях рекомендуется применять шасси с носовым колесом, так как при этом легко обеспечить вытекание струи выхлопных газов параллельно земли.

ВЛИЯНИЕ БОЛЬШИХ РАСХОДОВ ТОПЛИВА

Малая экономичность реактивного двигателя требует для полета реактивной модели значительного запаса топлива. Так, например, для полета модели с реактивным двигателем в течение 20 минут требуется 400—500 г топлива, тогда как поршневой моторчик за это же время расходует 50—55 г.

При размещении на модели бачков с топливом нужно стараться размещать их ближе к центру тяжести, чтобы израсходование топлива мало влияло на балансировку модели.


УСТАНОВКА ДВИГАТЕЛЯ ИА ЛЕТАЮЩИЕ МОДЕЛИ САМОЛЕТОВ

Пульсирующий ВРД вследствие малого веса и простоты конструкции может устанавливаться почти на все летающие модели: модели нормального типа, модели-утки, бесхвостки, модели типа летающее крыло и на лопасти геликоптерных винтов.

Двигатель может быть установлен на модели планеров и использован для забрасывания их на высоту. Для этого требуется кратковременная работа двигателя в течение двух-трех минут, и эту задачу с успехом может выполнять авиамодельный ПуВРД.

Приведенные ниже эскизы летающих моделей самолетов с пульсирующим ВРД помогут читателям при разработке и практическом изготовлении ими своих моделей.

Известно, что при конструировании, постройке и доводке модели с бензиновым моторчиком авиамоделисты всегда встречались с теми или иными трудностями, которые им приходилось преодолевать. При постройке моделей с пульсирующим ВРД они, несомненно, также встретятся с рядом трудностей.

Первая задача, которую нужно разрешить при установке ПуВРД на модель, заключается в том, чтобы изолировать обшивку модели от воздействия тепла, излучаемого жаровой трубой. Если обшивка не экранирована, т. е. не защищена тонким дуралюминовым или алюминиевым листом, то двигатель необходимо располагать так, чтобы камера сгорания отстояла от обшивки не менее чем на 50—60 мм„ Если же обшивка располагается близко к двигателю, рекомендуется покрывать ее слоем жидкого стекла. При установке экрана расстояние между обшивкой и двигателем уменьшается до 30—35 мм. Экран может быть выполнен в виде дуралюминового или алюминиевого щитка, отстоящего от обшивки на расстоянии 15—20 мм, или же кольца, расположенного вокруг двигателя. В последнем случае рекомендуется экран устанавливать на протяжении всей жаровой трубы и использовать при этом отсасывающую способность выходящих газов, что повысит общую эффективность реактивной установки. Кольцевой экран показан на рис. 25.

2. У большинства моделей двигатель размещается или над фюзеляжем и над крылом, или под фюзеляжем и под крылом. В обоих случаях будут возникать моменты от силы тяги относительно центра тяжести; в первом случае момент пикирующий, во втором — кабрирующий. Эти моменты нужно компенсировать или установкой самого двигателя под углом к продольной оси модели, или с помощью рулей высоты, управляемых в полете. Одна из таких возможных схем компенсации момента, вызываемого силой тяги двигателя за счет руля высоты, приведена на рис. 21. Двигатель установлен на специальных стойках, позволяющих иметь продольный ход относительно фюзеляжа. К нижнему концу стойки 2, выведенному внутрь фюзеляжа, присоединяется жесткая тяга 5, идущая к рулю высоты 6, и пружина 4, другой конец которой прикреплен к неподвижному штырьку 3. Работающий двигатель, создавая тягу, отойдет вперед относительно планера модели и отклонит руль высоты вверх.

Таким образом, пикирующий момент относительно центра тяжести, создаваемый работающим двигателем, будет компенсирован кабрирующим моментом, создаваемым рулем высоты. При остановке двигателя в полете он под действием пружины отойдет в крайнее заднее положение и установит рули высоты в положение, соответствующее режиму планирования.

Регулировку модели следует начинать с регулировки ее на планирование, а затем при работающем двигателе методом последовательного подбора угла отклонения стойки 2, а, следовательно, и руля высоты нужно добиться горизонтального режима полета модели.

При перемещении двигателя вперед центр тяжести модели будет немного отходить вперед, но это не окажет существенного влияния на общую балансировку модели.

3. Выше было отмечено, что условия работы двигателя требуют, чтобы уровень топлива в расходном бачке сохранялся постоянным. Выполнение этого условия, возможно, потребует применения поплавкового устройства,обеспечивающего сохранение постоянного уровня в расходном бачке (поплавковой камере).

На рис. 22 показана одна из топливных систем с поплавковым механизмом, обеспечивающим постоянный уровень топлива в расходном бачке. Топливо из основного бачка 1 по трубопроводу 3 подводится самотеком к расходному бачку (поплавковой камере) 2 и поступает в него до тех пор, пока поплавок не поднимется до определенной высоты и не перекроет иглой отверстие трубопровода. Как только уровень топлива в расходном бачке упадет, поплавок опустится, игла отойдет от перекрывного отверстия, и топливо вновь начнет поступать в камеру. Таким образом, уровень топлива в поплавковой камере будет оставаться постоянным.
Возможна подача топлива под давлением, создаваемым в бензиновом бачке. Для этого от особого клапана обратного действия (рис. 23), закрепленного на камере сгорания, отводится трубка к бензиновому бачку и закрепляется в верхней его части. При повышенном давлении в камере сгорания клапан открывается и перепускает часть газа по трубке в бачок и тем самым увеличивает в нем давление. Клапан изготовляется из той же стали, что и клапаны на решетке. Диаметр проходного отверстия, перекрываемого клапаном, 1,0—1,2 мм. Заливная горловина в этом случае должна плотно закрываться, чтобы не выпускать в атмосферу газы, поступающие из камеры сгорания в бачок.

Другая схема подачи топлива под давлением включает в себя качающее устройство (рис. 24), обеспечивающее примерно постоянное поступление топлива в диффузорную часть головки. Качающее устройство состоит из верхней крышки 1, мембраны 2, клапанной перегородки 3, нижней крышки 4, двух клапанов 5 и б, зажимной шайбы 7, резиновых прокладок 9, стяжного болта 10 и гайки 11. К нижней крышке припаяны две трубки 12 и 73, по одной из которых топливо подводится к качающему устройству, а по другой отводится от него. Трубка 14 соединяет полость Б с камерой сгорания 8.

Качающее устройство работает следующим образом. Под действием разрежения в камере сгорания, возникающего при истечении газов, мембрана 2 прижимается к верхней крышке, что вызывает падение давления в полости В, вследствие чего приоткроется клапан 5, и топливо по трубке 12 начнет поступать в полость В.

Затем под действием возросшего давления в камере сгорания (в процессе сгорания смеси) мембрана 2 прижимается к клапанной перегородке, и топливо из полости В начнет поступать в трубку 73, по которой оно подводится к диффузору головки.

Таким образом, качающее устройство работает за счет наличия перепадов давления в камере сгорания в процессе работы двигателя и обеспечивает надежную подачу топлива независимо от положения модели в воздухе.

Мембрана 2, диаметром 50—60 мм, изготовленная из резины, имеет внутри хлопчатобумажную прослойку. Толщина мембраны должна быть не более 1 мм.

Клапаны 5 и 6 изготовлены из той же стали, что и клапаны на клапанной решетке. Трубка 14, соединяющая камеру сгорания с качающим устройством, должна быть не длиннее 50—70 мм, так как в случае увеличения длины ее более 70 мм резко снижается эффект влияния перепада давления в камере сгорания на мембрану.

4. На рис. 28 показана схема модели с размещением двигателя внутри фюзеляжа. В этом случае фюзеляж изготовляется из листового алюминия или дуралюмина способом выколачивания или штамповкой.

Важным преимуществом такого размещения является наличие некоторого увеличения тяги за счет увеличения массы выходящих газов с помощью подсасывания (эжекции). Выходящие из длинной трубы газы увлекают за собой воздух из окружающей среды, который, проходя внутри фюзеляжа, охлаждает жаровую трубу, забирая от нее при этом некоторое количество тепла. В результате коэфициент наполнения двигателя за цикл увеличится, следовательно, и тяга двигателя при установившемся режиме также возрастет. За счет улавливания тепла подсасываемым воздухом, проходящим внутри фюзеляжа, тепловые потери двигателя уменьшаются, а общая эффективность реактивной установки увеличивается.

Идея увеличения массы вытекающих газов за счет эжекции принадлежит русскому инженеру Гешвенду, который в 1887 году в своем проекте самолета впервые применил насадки для увеличения массы вытекающего из реактивного двигателя пара. На рис. 25 показан авиамодельный ПуВРД с кольцевым экраном, позволяющим увеличить массу выходящих газов за счет эжекции.

5. На рис. 31 показана реактивная модель «утка», расположение двигателя на которой можно считать наиболее удачным из всех приведенных схем. Кроме того, в этой схеме двигатель почти не создает момента относительно центра тяжести, он удален от всех частей модели на далекое расстояние, и поэтому модель может изготовляться из обычных материалов. Для подвода воздуха к двигателю применяются специальные заборные патрубки, установленные в передней кромке крыла или выступающие с боков фюзеляжа. Воздух может также подводиться и через переднюю часть фюзеляжа, для чего по всей длине его прокладывается воздухопровод.

Каналы подвода воздуха к двигателю должны иметь как можно меньше поворотов, а внутренняя их поверхность должна быть тщательно обработана. При выполнении этих условий торможение воздуха стенками будет наименьшим и, следовательно, больше воздуха сможет поступить к двигателю. Модели типа «утка» имеют следующие преимущества по сравнению с другими типами моделей:

1) горизонтальное оперение имеет подъемную силу как в моторном полете, так и при посадке; таким образом, несущими поверхностями являются и горизонтальное оперение и крылья (у модели нормальной схемы оперение имеет отрицательную подъемную силу, уменьшающую несущую способность крыла);

2) выхлопные газы реактивного двигателя не встречают на своем пути каких-либо деталей модели;

3) вынос фюзеляжа вперед от крыла облегчает применение шасси с носовым колесом;

4) схема модели «утка» позволяет полностью предотвратить срыв в штопор.

Недостатки модели «утка»:

1) трудно достигается нужная степень путевой устойчивости модели вследствие большого дестабилизирующего влияния носовой части фюзеляжа и малого расстояния (плеча) от вертикального оперения до центра тяжести модели;

2) малы пределы допустимой центровки, что затрудняет компоновку модели;

3) при восходящих потоках легко происходит срыв потока с горизонтального оперения, в результате чего возникают беспорядочные колебания модели относительно поперечной оси, т. е. модель начинает попеременно поднимать и опускать нос.

Но несмотря на отмеченные недостатки, реактивная модель «утка» вероятно получит такое же широкое распространение в авиамоделизме, как и модели нормального типа.

КОМБИНИРОВАННЫЕ МОДЕЛИ

На рис. 32 показана одна из возможных комбинированных моделей. В носовой части фюзеляжа располагается бензиновый моторчик с винтом, а в хвостовой — авиамодельный пульсирующий воздушно-реактивный двигатель. Эта схема модели оригинальна и имеет ряд преимуществ по сравнению с другими моделями. Как уже было отмечено выше, сочетание бензинового поршневого моторчика и реактивного двигателя позволяет улучшить взлетные качества модели за счет возрастания тяги винта на малых скоростях. С увеличением скорости полета тяга винта падает, а тяга пульсирующего реактивного двигателя может оставаться постоянной или даже расти. Таким образом, с увеличением скорости полета суммарная тяга винта и реактивного двигателя падает более медленно, чем это происходит при наличии только винта. В результате комбинированная модель может развить гораздо большую скорость полета, чем модель с одним поршневым моторчиком или с одним реактивным двигателем. Лучше всего на такую модель устанавливать не обычный поршневой моторчик, а авиамодельный дизель. Отсутствие оборудования зажигания у авиамодельного дизеля позволяет сильно облегчить вес винтомоторной установки, в результате общий вес авиамодельного дизеля и реактивного двигателя становится примерно таким же, как и вес бензинового моторчика с оборудованием зажигания.

При выбранной схеме модели (рис. 32) выхлопные газы не встречают на своем пути каких-либо деталей модели, а нагретые стенки жаровой трубы удалены на значительное расстояние. Подвод открытого пламени к обрезу выхлопной трубы при запуске двигателя также свободен и не сопряжен с опасностью воспламенения частей модели. 

Вследствие того что реактивный двигатель, выступая из фюзеляжа, увеличивает общую длину модели, приходится применять более высокий костыль, чтобы конец выхлопной трубы отстоял от земли не менее чем на 50—60 мм.

Крепить костыль на реактивном двигателе не рекомендуется.

Для использования скоростного напора воздуха, создаваемого винтом, заборные патрубки выводятся с боков фюзеляжа, а поток воздуха направляется непосредственно в диффузорную часть головки и используется, таким образом, не только в полете, но и при запуске двигателя.

Порядок запуска двигателя следующий. Запускается дизель, и число оборотов его доводится до номинальных; при этом потоком воздуха, отбрасываемым винтом, «продувается» пульсирующий реактивный двигатель. Одновременно в диффузорную часть головки поступает топливо, которое испаряется и подается в жаровую трубу. Пламя подводится к обрезу выхлопной трубы и воспламеняет смесь, выходящую из трубы.

Запуск реактивного двигателя комбинированной модели и при отсутствии воздушного потока от винта также легко осуществим.

Запас топлива для обоих двигателей лучше всего хранить в раздельных бачках и располагать их ближе к центру тяжести с таким расчетом, чтобы выработка топлива не влияла на центровку модели.

Комбинированные модели представляют значительный интерес, ибо использование тяги от двух двигателей различного типа ставит перед авиамоделистами ряд задач, требующих вдумчивого и серьезного их разрешения.


 ИЗГОТОВЛЕНИЕ И СБОРКА ДВИГАТЕЛЯ Б-10

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДВИГАТЕЛЯ

В основное оборудование, необходимое для изготовления двигателя Б-10, входят: токарно-винторезный и сверлильный станки, набор резцов и сверл, метчики и лерки для нарезки резьб диаметра 3 и 5 мм, а также набор слесарного оборудования. Кроме того, могут потребоваться паяльная лампа или сварочный аппарат для газовой сварки. Несомненно, что лучше пользоваться сварочным аппаратом и только в крайнем случае паяльной лампой.

При изготовлении деталей двигателя требуется уделять им большое внимание, так как из-за малых размеров деталей они легко могут быть приведены в негодное состояние. Такая деталь, как головка, вследствие сложности ее конфигурации требует особого внимания при изготовлении. Остановимся более подробно на изготовлении этой наиболее сложной детали двигателя и приведем примерную технологию ее изготовления.

Так как изготовление других деталей двигателя не представляет особой трудности, то об их технологии будет сказано очень кратко.

Изготовление головки

Головка состоит из внутренней части, выполненной в форме диффузора, внешней части, являющейся обтекателем, регулировочной иглы и подводящей топливной трубки вместе с приемным топливным бачком.

Изготовление внутренней части головки. Внутренняя часть головки изготовляется из дуралюмина. При этом основные работы производятся на токарно-винторезном станке. Сверление сквозного диаметрального отверстия под нарезку резьбы для иглы и подводящей топливной трубки на токарном станке не производится.

В качестве заготовки для внутренней части головки лучше всего использовать круглую поковку диаметром 60 мм. Длина поковки должна быть не менее 150 мм.

Последовательность операции при изготовлении внутренней части головки:

1. Изготовить заготовку диффузорной части.

2. Заложить заготовку в патрон и зажать кулачками.

3. Произвести обдирку по наружной площади до диаметра, равного 58 мм.

4. Произвести подрезку торцовой базовой поверхности.

5. Просверлить отверстие строго по центру в соответствии с размером диаметра, указанным в чертеже.

При выполнении этой операции следует ориентироваться по наименьшему диаметру диффузора и сверло выбирать на 0,5—0,6 мм меньше этого диаметра.

6. Изготовить шаблон выходной конусной части диффузора по форме, указанной в чертеже (сторона аа, см. рис. 17).

7. Заправить резец.

8. Установить резец в резцедержатель и повернуть поперечный суппорт на угол конуса (26,5°).

9. Расточить внутреннюю конусную поверхность диффузора, периодически контролируя конусность шаблоном.

10. Отшлифовать внутреннюю расточенную площадь диффузора.

11. Окончательно обработать место заготовки под резьбу.

12. Заточить резец под резьбу.

13. Настроить станок в соответствии с нарезаемой резьбой.

14. Нарезать резьбу, контролируя резьбу резьбомером.

15. Изготовить оправку с нарезкой резьбы для крепления диффузора.

16. Ввернуть в изготовленную оправку диффузор.

17. Расточить с внешней стороны диффузора кольцевую канавку — за местом посадки задней части обтекателя на глубину, указанную в чертеже (стенка б, см. рис. 17).

18. Изготовить шаблон по контуру верхней части диффузора.

19. Произвести токарную обработку внешней площади диффузора, периодически контролируя работу при помощи шаблона.

20. Произвести расточку цилиндрического пояска для посадки передней части обтекателя.

21. Изготовить шаблон для расточки передней внутренней части диффузора (сторона гг, см. рис. 17).

22. Изготовить шаблон для заправки резца и заправить резец.

23. Установить поперечный суппорт на угол конуса входной части.

24. Расточить конусную входную часть диффузора.

25. Расточить узкую часть диффузора под требуемый размер с помощью резца и завальцевать углы шабером.

26. Окончательно отшлифовать внутреннюю поверхность.

27. Просверлить сквозное отверстие под нарезку резьбы для регулировочной иглы и подводящей топливной трубки сверлом диаметром 2,7 мм.

28. Нарезать резьбу метчиком диаметром 3 мм.

Изготовление обтекателя. Обтекатель изготовляется из листового алюминия, способом выдавливания на токарном станке. Заготовка вырезается из листа толщиной 0,8—1,0 мм в форме диска диаметром 140 мм.

Последовательность операций при изготовлении обтекателя:

1. Изготовить стальную оправку по форме обтекателя. При изготовлении оправки рекомендуется сделать шаблон по форме, указанной в чертеже.

2. Вырезать заготовку из алюминиевого листа.

3. Изготовить оправку для подпора центром задней бабки (оправка представляет собой диск с углублением для центра).

4. Установить и зажать заготовку между оправками.

5. Запустить станок на 200 об/мин и выдавить обтекатель с помощью давила, добиваясь при этом гладкой поверхности (давило — рычаг с овальной зашлифованной концевой частью).

6. Отшлифовать внешнюю часть обтекателя.

7. Обрезать и подогнать кромки обтекателя по местам посадки на диффузоре.

8. Разметить и просверлить отверстия для прохода иглы и подводящей топливной трубки.

Изготовление подводящей топливной трубки

Подводящая топливная трубка изготовляется из латуни на токарном станке.

В качестве заготовки для трубки нужно использовать пруток диаметром 5—6 мм. Обработку рекомендуется начинать с просверливания отверстия диаметром 1,5 мм строго по центру. После этого на глубину, указанную на чертеже, рассверлить отверстие до диаметра 2,5 мм и затем обработать наружную поверхность заготовки. Необходимо при этом стремиться более точно обработать поверхность под резьбу, после чего отрезать трубку по размеру и нарезать резьбу. На расстоянии 1,5 мм от нижнего обреза трубки просверлить сквозное отверстие диаметром 2 мм для забора топлива. В ввернутом положении трубка должна упираться в усиливающий поясок диффузора своим буртиком, образованным разностью диаметров, причем обрез трубки, выходящий в узкую часть диффузора, должен находиться на 0,5—1 мм выше центра.

 Изготовление регулировочной иглы

Игла регулировки качества смеси изготовляется из 3-мм стальной проволоки. Заготовку необходимо выправить, сделать прямолинейной, а затем вложить в оправку, и, оставив конец, равный длине конусной части иглы, вместе с оправкой вставить в патрон. После этого нужно зажать кулачками заготовку и вручную, с помощью напильника, обработать ее по форме конуса и отшлифовать. Затем нужно нарезать резьбу на длине, указанной в чертеже, согнуть заготовку (иглу) под углом 90°, отрезать лишний конец и ввернуть в головку. Игла должна ввертываться в головку с небольшим натягом.

 Изготовление клапанной решетки

Клапанная решетка состоит из диска, клапанов, зажимной шайбы, стяжной шпильки, двух шайб и двух гаек. Можно использовать имеющиеся шпильки, гайки и шайбы, чтобы не изготовлять их. Вместо стяжной шпильки можно применить обычный болт такого же диаметра.

Изготовление диска

Диск клапанной решетки изготовляется из дуралюмина на токарном станке. Круглая поковка вставляется в патрон и обрабатывается по наружному диаметру под требуемый размер. Затем более тщательно обрабатывается торцовая поверхность заготовки и производится сверление центрального 5,5-мм отверстия.

После этого с помощью отрезного резца отрезается диск необходимой толщины, зачищаются заусенцы и размечаются

12 клапанных отверстий. При сверлении отверстий диск должен быть крепко прижат к горизонтальной поверхности и не сдвигаться с места.

Необходимо подчеркнуть, что после окончательной обработки диска он не должен иметь заусенцев, погнутостей и вмятин. Кромки клапанных отверстий со стороны входа топливовоздушной смеси должны иметь небольшую овализацию.

При отсутствии круглой поковки диск можно изготовить из листового дуралюмина, при этом выпиливание диска необходимо производить самым тщательным образом, чтобы не нарушить его ровной поверхности.

Изготовление клапанов

Клапаны изготовляются из углеродистой, термически обработанной стали марки У-8А или У-9А толщиной 0,06—0,08 мм.

Клапаны вырезаются по специальному шаблону, изготовленному точно по чертежу из листового железа толщиной 0,5 мм.

Шаблон нужно накладывать на ленту так, чтобы он своей вытянутой частью был расположен вдоль волокон. Обычно волокна расположены вдоль самой ленты, и поэтому шаблон необходимо располагать также вдоль ленты.

После вырезки клапанов кромки их опиливаются мелкозернистым брусочком.

Клапаны, изогнутые в процессе их обработки, необходимо выправить и на отверстие диска накладывать только выправленные клапаны, изготовленные точно по шаблону.

Изготовление зажимной шайбы

Зажимная шайба изготовляется из стали. При ее изготовлении (обработкой на токарном станке) необходимо обращать внимание на то, чтобы поясок, которым шайба ложится на клапаны, был строго плоским, т. е. не имел овализации. Это обеспечивает более надежное прижатие клапанов.

 Изготовление жаровой трубы

Изготовление жаровой трубы можно осуществить двумя способами. По первому способу камера сгорания, реактивное сопло и выхлопная труба изготовляются на токарном станке, а сочленение этих частей производится пайкой латунью. По второму способу части трубы изготовляются из листовой стали и соединяются с помощью точечной сварки. Выбор способа зависит от имеющихся возможностей.

В том случае, когда жаровая труба изготовляется на токарном станке, порядок операции следующий:

1. Подобрать стальную цельнотянутую трубу, внутренний диаметр которой равен внутреннему диаметру камеры сгорания, и с одного конца отрезать заготовку.

2. Подобрать специальную пробку, с помощью которой выправить внутренность трубы. Это необходимо сделать потому, что внутренние диаметры трубы в двух взаимно перпендикулярных направлениях могут отличаться на величину до 0,2 мм, т. е. почти на толщину стенки камеры сгорания. После этого произвести точный замер внутреннего диаметра трубы.

3. Изготовить оправку по внутреннему диаметру заготовки и насадить на нее заготовку. Желательно, чтобы посадка была с небольшим натягом.

4. Для гарантии от провертывания трубы на оправке просверлить отверстие сквозь трубу и оправку 5-мм сверлом и вставить в него соответствующий болт, при этом гайка должна быть законтрена.

5. Запустить станок на 200—250 об/мин и произвести обработку наружной поверхности трубы. Контроль наружного диаметра производить с помощью точного мерительного инструмента (микрометра или хорошего штангенциркуля).

6. Отмерить длину камеры сгорания, указанную на чертеже, и с помощью резца отрезать лишнюю часть.

Выхлопная труба изготовляется точно так же, как и жаровая.

В том случае, когда не представляется возможным обработать трубу по всей ее длине, трубу можно сделать составной из двух частей, каждая из которых равна половине длины выхлопной трубы.

Изготовление реактивного сопла

Реактивное сопло изготовляется на токарном станке в такой последовательности:

1. Изготовить заготовку из круглой стальной поковки диаметром 65—70 мм. Длина заготовки должна быть не менее 150 мм, для того чтобы заготовку можно было зажать кулачками патрона.

2. Заложить заготовку в патрон и зажать кулачками.

3. Просверлить сквозное отверстие диаметром 25 мм точно по центру.

4. Установить поперечный суппорт под углом конуса реактивного сопла и произвести обработку внутренней поверхности заготовки до ширины пояска у основания конуса, равного 1,5 мм; при этом длина конуса будет больше, чем это необходимо.

5. Изготовить оправку из дуралюминовой или стальной поковки, представляющей собой усеченный конус.

6. Для предотвращения провертывания заготовки на оправке у основания конуса оправки нужно просверлить сквозное диаметральное отверстие диаметром 4 мм и вставить в него штифт (концы штифта должны выходить из оправки не более чем на 5 мм). Затем произвести керновку штифта в месте выхода из оправки.

7. Выбрать места для штифтов на заготовке реактивного сопла и насадить ее на оправку так, чтобы штифты точно вошли в вырезы на заготовке.

8. Подпереть центром задней бабки заготовку и обработать внешнюю поверхность сопла. Контроль производить промером толщины стенки.

9. Точно отмерить длину реактивного сопла и отрезать лишнюю часть. Диаметр нижнего основания конуса должен быть равен внешнему диаметру камеры сгорания, а диаметр верхнего основания — внешнему диаметру выхлопной трубы.

Резьбовое кольцо с буртиком для упора диска решетки изготовляется также на токарном станке.

После того как все части жаровой трубы готовы, их нужно соединить вместе и пропаять латунью, для чего необходимо иметь паяльную лампу, латунную проволоку и буру. При наличии сварочного аппарата лучше пользоваться им. Сначала нужно пропаять камеру сгорания и реактивное сопло, затем припаять выхлопную трубу к реактивному соплу и резьбовое кольцо к камере сгорания. При пайке обращать внимание на то, чтобы все части жаровой трубы были правильно сочленены. Перекосы не допускаются.

При наличии сварочного аппарата для точечной сварки тонких листов трудоемкость работ при изготовлении жаровой трубы значительно сокращается и вес ее также уменьшается.

В заключение сделаем ряд замечаний, которые необходимо иметь в виду при изготовлении жаровой трубы:

1. При изготовлении жаровой трубы обработкой на токарном станке толщина стенок должна быть не более 0,2 мм (желательно 0,15 мм).

2. При изготовлении жаровой трубы из листовой стали толщина стенок должна быть: у камеры сгорания и реактивного сопла — 0,15 мм, у выхлопной трубы — 0,1 мм.

3. Ширина шва и расстояние между точками (при точечной сварке) должны быть не более 5 мм.

4. Внутренняя поверхность жаровой трубы должна быть более гладкой и не иметь неровностей, вызывающих торможение газового потока.

 СБОРКА ДВИГАТЕЛЯ

Перед сборкой двигателя необходимо произвести проверку наличия всех деталей и протереть их сухой чистой байкой. Полный комплект деталей состоит из диффузора, обтекателя, регулировочной иглы, подводящей топливной трубки вместе с бачком, диска с отверстиями, зажимной шайбы, двух гаек, двух шайб под гайки, стяжной шпильки, двенадцати клапанов и жаровой трубы.

Сборка головки

1. Надеть обтекатель на диффузор так, чтобы отверстия в нем для иглы и топливной трубки совпали с соответствующими отверстиями на диффузоре. Желательно, чтобы обтекатель садился на свое место с некоторым натягом.

2. Ввернуть топливную трубку до упора в усиливающий поясок диффузора. Обрез трубки с жиклерным отверстием должен быть на 0,5—1 мм выше горизонтальной центральной линии отверстия диффузора. Если топливная трубка впаяна в бачок, то в ввернутом состоянии бачок должен принять положение, соответствующее горизонтальному полету, т. е. продольная ось его должна совпасть с продольной осью двигателя. Если бачок не займет указанного положения, подложить под буртик топливной трубки шайбу.

3. Ввернуть регулировочную иглу на свое место. Острие иглы должно проходить точно по центру жиклерного отверстия топливной трубки и при полностью ввернутом положении игла должна плотно перекрывать его.

9. Проверить правильность наложения клапанов на отверстия диска. Концы клапанов должны отстоять от края диска на расстоянии 2—2,5 мм. Оси симметрии клапанов должны совпадать с линиями радиусов, проведенных из центра диска через центры клапанных отверстий. Поправлять положение клапанов рекомендуется перочинным ножом или другим плоским предметом, имеющим острое ребро.

10. Окончательно затянуть гайку.

11. С помощью перочинного ножа отогнуть клапаны так, чтобы концы их отстояли от диска на расстоянии не более 0,5 мм. Это необходимо для более легкого «продувания» двигателя горючей смесью в момент запуска.

После сборки клапанной решетки окончательно собирается двигатель, для чего необходимо:

1. Установить жаровую трубу в вертикальное положение, камерой сгорания вверх.

2. Вставить в камеру сгорания клапанную решетку так, чтобы она легла на буртик. Клапаны решетки должны быть направлены вниз, т. е. в сторону камеры сгорания.

3. Ввернуть головку в камеру сгорания от руки, при этом жаровую трубу держать ближе к резьбовому кольцу, чтобы не помять стенок камеры сгорания.

Окончательно собранный двигатель можно устанавливать или на модель, предварительно определив линию центра тяжести, или на испытательный стенд и после заливки топлива приступать к запуску.


АВИАМОДЕЛЬНЫЙ ПУЛЬСИРУЮЩИЙ ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Б-12

Авиамодельный ПуВРД Б-12, чертежи которого даны в приложении 2, по своей конструкции и принципу действия аналогичен ПуВРД Б-10, ранее рассмотренному достаточно подробно.

Авиамодельный пульсирующий ВРД Б-12 имеет также простую конструкцию и легко может быть изготовлен из тех же материалов, что и двигатель Б-10. Двигатель Б-12 развивает тягу 450—550 г и имеет 167 циклов в секунду. Расход топлива с дисковой решеткой, показанной в приложении 2 (рис. 54 и 55), 23—24 г/мин. Вес двигателя 145— 150 г.

Головка двигателя навертывается на камеру сгорания, а не ввертывается в нее, как это осуществлено на двигателе Б-10. Диффузорная часть головки имеет внутреннюю резьбу, камера сгорания — внешнюю. Затяжка производится также от руки.

Для предотвращения провертывания обтекателя относительно дуффузорной части рекомендуется фиксировать его положение с помощью специальных стопоров. Стопоры закрепляются на задней части диффузора и выступающие их концы при посадке обтекателя входят в специальные вырезы, имеющиеся на обтекателе, чем и осуществляется фиксация.

Дисковая решетка конструктивно выполнена так же, как и у двигателя Б-10, с той лишь разницей, что она имеет 10 входных отверстий.

В приложении 2 показана также другая решетка с наклонным расположением клапанов, имеющая лучшие характеристики, чем дисковая решетка, но более сложная в изготовлении. Применение этой решетки удлиняет срок непрерывной работы клапанов более чем в 2 раза и увеличивает тягу двигателя до 20°/о. Решетка имеет 12 входных отверстий такого же диаметра, как и на дисковой.

В приложениях 1 и 2 показаны ребристые головки, которые особенно могут быть рекомендованы для лабораторных установок, так как они по весу значительно больше пустотелых, а в производстве несколько проще. Ребристые головки изготовляются из дуралюмина или электрона. 

Жаровая труба двигателя Б-12 изготовляется из тех же материалов и тем же способом, что и труба двигателя Б-10. Части трубы соединяются пайкой латунью или свариваются точечной сваркой.

Лучшими жаровыми трубами являются трубы цельнотянутые, т. е. такие, которые сделаны из одной сплошной заготовки. В этом случае толщина стенок должна быть 0,15—0,20 мм.

Вследствие значительной частоты циклов двигатель имеет повышенный температурный режим. Стенки его камеры сгорания нагреваются сильнее, чем у двигателя Б-10, поэтому для двигателя Б-12 особенно рекомендуется применение кольцевого экрана по всей длине жаровой трубы.

Экран уменьшает влияние нагретых стенок двигателя на детали летающей модели и способствует увеличению тяги двигателя за счет дополнительного подсоса массы воздуха струей вытекающих газов.

На рис. 25 было показано наиболее выгодное расположение экрана, при котором двигатель увеличивает тягу на 15—20°/о.

Для уменьшения влияния температуры горящей смеси на клапаны можно устанавливать пламегасительные сетки (рис. 36). При этом пламя не будет касаться клапанов, но коэфициент наполнения камеры сгорания свежей смесью вследствие дополнительного сопротивления, создаваемого сеткой, уменьшится. В результате уменьшится и тяга двигателя. Срок службы клапанов в случае установки пламе-гасительной сетки увеличивается на 10—15°/о.

Пламегасительная сетка может быть или стальной (сторона ячейки 1,5 мм), или дуралюминовой в форме диска (толщиной 1 мм) с отверстиями диаметра 1,3—1,5 мм по всей площади.

скачать архив с чертежами  https://yadi.sk/i/zaqYC6oHIgxIaQ

 

 

 

  • На сайте представленная вся информация, предназначена для домашнего ознакомительного просмотра, взятая из свободных источников информации.

    Для связи с Администрацией сайта пишите на почту proektodindoma@gmail.com

    Дата ОТКРЫТИЯ САЙТА 01.01.2019 г.