Содержание материала

 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.

  • 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.