Pulsujące powietrze silnik odrzutowy(PuVRD) to jeden z trzech głównych typów silników oddychających powietrzem (WRE), których cechą charakterystyczną jest pulsacyjny tryb pracy. Pulsacja tworzy charakterystyczny i bardzo głośny hałas, po czym łatwo rozpoznać te silniki. W przeciwieństwie do innych typów jednostek napędowych, PuVRD ma najbardziej uproszczoną konstrukcję i niską wagę.

Struktura i zasada działania PuVRD

Pulsacyjny silnik odrzutowy to pusty kanał, otwarty po obu stronach. Z jednej strony - na wlocie - znajduje się wlot powietrza, za nim zespół trakcyjny z zaworami, następnie jedna lub więcej komór spalania i dysza, przez którą wychodzi strumień strumieniowy. Ponieważ praca silnika ma charakter cykliczny, można wyróżnić jego główne cykle:

• suw ssania, podczas którego otwiera się zawór wlotowy i powietrze dostaje się do komory spalania pod wpływem podciśnienia. Jednocześnie przez wtryskiwacze wtryskiwane jest paliwo, w wyniku czego powstaje ładunek paliwowy;
• powstały ładunek paliwa zapala się od iskry ze świecy zapłonowej, a podczas spalania tworzą się gazy wysokie ciśnienie, pod wpływem którego zawór wlotowy zamyka się;
• Na zamknięty zawór produkty spalania wychodzą przez dyszę, zapewniając ciąg strumienia. Jednocześnie w komorze spalania powstaje podciśnienie, gdy spaliny wychodzą, zawór wlotowy automatycznie otwiera się i wpuszcza do środka nową porcję powietrza.

Zawór wlotowy silnika może mieć różne konstrukcje i wygląd. Alternatywnie może być wykonany w formie żaluzji – prostokątnych płyt mocowanych na ramie, które otwierają się i zamykają pod wpływem różnicy ciśnień. Inny wzór ma kształt kwiatu z metalowymi „płatkami” ułożonymi w okrąg. Pierwsza opcja jest bardziej wydajna, ale druga jest bardziej kompaktowa i można ją stosować na konstrukcjach o małych rozmiarach, na przykład w modelach samolotów.

Paliwo dostarczane jest przez wtryskiwacze, które posiadają zawór zwrotny. Kiedy ciśnienie w komorze spalania spada, dostarczana jest porcja paliwa, natomiast gdy ciśnienie wzrasta w wyniku spalania i rozprężania gazów, dopływ paliwa zostaje zatrzymany. W niektórych przypadkach, na przykład w silnikach modeli samolotów o małej mocy, wtryskiwacze mogą nie być, a układ zasilania paliwem przypomina silnik gaźnikowy.

Świeca zapłonowa znajduje się w komorze spalania. Tworzy to serię wyładowań, a gdy stężenie paliwa w mieszance osiągnie pożądaną wartość, następuje zapalenie ładunku paliwa. Ponieważ silnik jest mały, jego stalowe ściany szybko nagrzewają się podczas pracy i mogą zapalić mieszankę paliwową nie gorzej niż świeca.

Nietrudno zrozumieć, że aby uruchomić silnik PURD, potrzebne jest wstępne „pchnięcie”, podczas którego pierwsza porcja powietrza dostaje się do komory spalania, czyli takie silniki wymagają wstępnego przyspieszenia.

Historia stworzenia

Pierwsze oficjalnie zarejestrowane opracowania PuVRD datowane są na drugą połowę XIX wieku. W latach 60-tych dwóm niezależnie od siebie wynalazcom udało się uzyskać patenty na nowy typ silnik. Nazwiska tych wynalazców to N.A. Teleshov. i Charlesa de Louvriera. W tym czasie nie stwierdzono ich rozwoju szerokie zastosowanie, ale już na początku XX wieku, gdy szukano zamiennika silników tłokowych do samolotów, niemieccy projektanci zwrócili uwagę na PuVRD. Podczas II wojny światowej Niemcy aktywnie korzystali z samolotu rakietowego FAU-1 wyposażonego w PuVRD, co tłumaczono prostotą konstrukcji tego zespołu napędowego i jego niskim kosztem, chociaż jego właściwości użytkowe były gorsze nawet od silników tłokowych. Był to pierwszy i jedyny przypadek w historii, w którym zastosowano tego typu silnik produkcja masowa samoloty.

Po zakończeniu wojny PuVRD pozostały „w sprawach wojskowych”, gdzie znalazły zastosowanie jako jednostka napędowa rakiet powietrze-ziemia. Ale i tutaj z czasem stracili swoją pozycję z powodu ograniczeń prędkości, konieczności początkowego podkręcania i niskiej wydajności. Przykładami wykorzystania PuVRD są rakiety Fi-103, 10X, 14X, 16X, JB-2. W ostatnich latach wzrosło zainteresowanie tymi silnikami, pojawiają się nowe rozwiązania mające na celu ich ulepszenie, więc być może w niedalekiej przyszłości silniki PURD ponownie staną się poszukiwane w lotnictwie wojskowym. W tej chwili impulsowy silnik odrzutowy jest przywracany do życia w zakresie symulacji, dzięki zastosowaniu w projekcie nowoczesnych materiałów konstrukcyjnych.

Funkcje PuVRD

Główną cechą PuVRJE, odróżniającą go od „bliskich krewnych” silników turboodrzutowych (TRJ) i silników strumieniowych (RAMJET), jest obecność zaworu dolotowego przed komorą spalania. To właśnie ten zawór nie pozwala na cofanie się produktów spalania, określając ich kierunek ruchu przez dyszę. W innych typach silników zawory nie są potrzebne – tam powietrze dostaje się do komory spalania już pod ciśnieniem w wyniku wstępnego sprężania. Ten na pierwszy rzut oka nieistotny niuans odgrywa ogromną rolę w działaniu pędnika z punktu widzenia termodynamiki.

Drugą różnicą w stosunku do silników turboodrzutowych jest praca cykliczna. Wiadomo, że w silniku turboodrzutowym proces spalania paliwa zachodzi niemal w sposób ciągły, co zapewnia płynny i równomierny ciąg strumienia. PURD pracuje cyklicznie, wywołując wibracje wewnątrz konstrukcji. Aby uzyskać maksymalną amplitudę należy zsynchronizować drgania wszystkich elementów, co można uzyskać dobierając odpowiednią długość dyszy.

W przeciwieństwie do silnika strumieniowego, silnik impulsowy może pracować nawet przy niskie prędkości oraz przebywanie w pozycji stacjonarnej, to znaczy, gdy nie ma nadchodzącego strumienia powietrza. To prawda, że ​​\u200b\u200bjego działanie w tym trybie nie jest w stanie zapewnić ciągu odrzutowego wymaganego do wystrzelenia, dlatego samoloty i rakiety wyposażone w silnik strumieniowy wymagają wstępnego przyspieszenia.

Mały filmik z uruchomienia i działania PuVRD.

Rodzaje PuVRD

Oprócz zwykłego PURD-a w postaci prostego kanału z zaworem wlotowym, jak opisano powyżej, istnieją również jego odmiany: bezzaworowe i detonacyjne.

Bezzaworowy PuVRD jak sama nazwa wskazuje nie posiada zaworu dolotowego. Powodem jego pojawienia się i zastosowania był fakt, że zawór jest dość wrażliwą częścią, która bardzo szybko ulega awarii. W tej wersji eliminuje się „słabe ogniwo”, a tym samym wydłuża żywotność silnika. Konstrukcja bezzaworowego PuVRD ma kształt litery U z końcami skierowanymi do tyłu, zgodnie z kierunkiem ciągu strumienia. Jeden kanał jest dłuższy, „odpowiada” za przyczepność; drugi jest krótszy, przez niego powietrze dostaje się do komory spalania, a podczas spalania i rozprężania gazów roboczych część z nich wychodzi przez ten kanał. Taka konstrukcja pozwala na lepszą wentylację komory spalania, zapobiega wyciekaniu ładunku paliwa przez zawór wlotowy i wytwarza dodatkowy, choć nieznaczny, ciąg.

bez wersji zaworu PuVRD
bez zaworu w kształcie litery U PuRVD

Detonacja PuVRD polega na spalaniu ładunku paliwa w trybie detonacji. Detonacja polega na gwałtownym wzroście ciśnienia produktów spalania w komorze spalania przy stałej objętości, a sama objętość wzrasta w miarę przemieszczania się gazów przez dyszę. W tym przypadku termika Sprawność silnika w porównaniu nie tylko z konwencjonalnym PURDem, ale także z każdym innym silnikiem. W tej chwili ten typ silnika nie jest w użyciu, ale znajduje się na etapie rozwoju i badań.

detonacja PuRVD

Zalety i wady PuVRD, zakres zastosowania

Do głównych zalet silników pulsacyjnych oddychających powietrzem można zaliczyć ich prostą konstrukcję, co prowadzi do ich niskiego kosztu. To właśnie te cechy stały się powodem zastosowania ich jako jednostek napędowych w rakietach wojskowych, bezzałogowych statkach powietrznych, celach latających, gdzie nie liczy się trwałość i superszybkość, ale możliwość zamontowania prostego, lekkiego i taniego silnika zdolnego rozwijający się żądaną prędkość i dostarczyć obiekt do celu. Te same cechy przyniosły PuVRD popularność wśród entuzjastów modelowania samolotów. Światło i silniki kompaktowe, które w razie potrzeby możesz wykonać samodzielnie lub kupić rozsądna cena, idealny do modeli samolotów.

PuVRD mają wiele wad: podwyższony poziom hałasu podczas pracy, nieekonomiczne zużycie paliwa, niepełne spalanie, ograniczona prędkość, wrażliwość niektórych elementów konstrukcyjnych, np. zaworu dolotowego. Jednak pomimo tak imponującej listy wad, PuVRD są nadal niezbędne w swojej niszy konsumenckiej. Są idealną opcją do celów „jednorazowego użytku”, gdy nie ma sensu instalować wydajniejszych, mocniejszych i ekonomicznych jednostek napędowych.

SILNIK PULSE ODRZUTOWY. Czytelnikom magazynu „SAMIZDAT” przedstawiam kolejny możliwy silnik dla statku kosmicznego, pomyślnie zakopanego przez VNIIGPE pod koniec 1980 roku. Mowa o zgłoszeniu nr 2867253/06 dotyczącym „SPOSOBU UZYSKANIA PRZEPUSTNICY STRUMIENIOWEJ PULSU Z WYKORZYSTANIEM FAL UDERZAJĄCYCH”. Zaproponowano wynalazców z różnych krajów cała linia metody tworzenia silników odrzutowych o pulsacyjnym ciągu odrzutowym. W komorach spalania i na płytach buforowych tych silników proponowano spalanie różnych rodzajów paliwa metodą detonacji, aż do wybuchu bomb atomowych. Moja propozycja umożliwiła stworzenie czegoś w rodzaju silnika spalinowego o maksymalnej mocy możliwe zastosowanie energia kinetyczna płynu roboczego. Z pewnością, spaliny proponowanego silnika brzmiałoby trochę jak spaliny silnik samochodowy. Nie przypominałyby też potężnych strumieni płomieni wystrzeliwanych z dysz nowoczesnych rakiet. Aby czytelnik mógł zrozumieć zaproponowaną przeze mnie metodę uzyskania pulsacyjnego ciągu odrzutowego oraz desperacką walkę autora o swoje nienarodzone dziecko, poniżej znajduje się niemal dosłownie opis i wzór zastosowania (ale niestety bez rysunków), a także jeden z zastrzeżeń wnioskodawcy do kolejnej decyzji odmownej VNIIGPE. Nawet to jest mojego autorstwa krótki opis, mimo że minęło już około 30 lat, odbierany jest jako kryminał, w którym morderca z VNIIGPE z zimną krwią rozprawia się z nienarodzonym dzieckiem.

METODA WYTWARZANIA TRAKCJI PULSE JET

Z POMOCĄ FAL UDERZAJĄCYCH. Wynalazek dotyczy dziedziny inżynierii silników odrzutowych i może być stosowany w technologii kosmicznej, rakietowej i lotniczej. Znana jest metoda uzyskiwania stałego lub pulsującego ciągu strumienia poprzez zamianę różnych rodzajów energii na energię kinetyczną ruchu ciągłego lub pulsującego strumienia płynu roboczego, który jest wrzucany do środowisko w kierunku przeciwnym do kierunku powstałego ciągu strumieniowego. W tym celu jest szeroko stosowany źródła chemiczne energię, która jest jednocześnie płynem roboczym. W tym przypadku przemiana źródła energii w energię kinetyczną ruchu ciągłego lub pulsującego strumienia płynu roboczego w jednej lub kilku komorach spalania z krytycznym (zmniejszonym) otworem wylotowym przechodzącym w rozszerzającą się dyszę stożkową lub profilowaną (patrz , na przykład V.E. Alemasow: „Teoria silniki rakietowe", s. 32; M.V. Dobrovolsky: "Silniki rakietowe na ciecz", s. 5; V.F. Razumeev, B.K. Kovalev: "Podstawy projektowania rakiet na paliwo stałe", s. 13). cechą odzwierciedlającą skuteczność uzyskiwania ciągu odrzutowego jest ciąg właściwy, który uzyskuje się poprzez stosunek ciągu do drugiego zużycia paliwa (patrz np. V.E. Alemasow: „The Theory of Rocket Engines”, s. 40). paliwo w celu uzyskania tego samego ciągu w silnikach odrzutowych wykorzystujących znane metodą uzyskiwania ciągu odrzutowego przy użyciu paliw ciekłych wartość ta osiąga wartość ponad 3000 nhs/kg, a przy zastosowaniu paliw stałych nie przekracza 2800 nhs/kg (patrz M. W. Dobrovolsky: „Silniki rakietowe na ciecz , s. 257; V. F. Razumeev, B. K. Kovalev: „Podstawy projektowania rakiet balistycznych na paliwo stałe”, s. 55, tabela 33). Istniejąca metoda wytwarzania ciągu odrzutowego jest nieekonomiczna. Masa startowa nowoczesnych rakiet, zarówno kosmicznych, jak i balistycznych, składa się z 90% lub więcej masy paliwa. Dlatego na uwagę zasługują wszelkie metody uzyskiwania ciągu odrzutowego zwiększające ciąg właściwy. Znana jest metoda wytwarzania impulsowego ciągu strumieniowego za pomocą fal uderzeniowych poprzez kolejne eksplozje bezpośrednio w komorze spalania lub w pobliżu specjalnej płyty buforowej. Metodę wykorzystującą płytkę buforową wdrożono m.in. w USA w eksperymentalnym urządzeniu, które latało wykorzystując energię fal uderzeniowych wytwarzanych w wyniku kolejnych eksplozji ładunków trinitrotoluenu. Urządzenie zostało opracowane w celu eksperymentalnej weryfikacji projektu Orion. Powyższa metoda uzyskiwania pulsacyjnego ciągu odrzutowego nie rozpowszechniła się, ponieważ okazała się nieekonomiczna. Według źródła literackiego średni ciąg właściwy nie przekraczał 1100 Ns/kg. Wyjaśnia to fakt, że ponad połowa energii wybuchu w w tym przypadku natychmiast opuszcza się wraz z falami uderzeniowymi, nie uczestnicząc w wytwarzaniu pulsacyjnego ciągu odrzutowego. Ponadto znaczna część energii fal uderzeniowych uderzających w płytę buforową została wykorzystana na zniszczenie i odparowanie powłoki ablacyjnej, której opary miały służyć jako dodatkowy płyn roboczy. Ponadto płyta buforowa jest znacznie gorsza od komór spalania o przekroju krytycznym i rozszerzającej się dyszy. W przypadku wytworzenia fali uderzeniowej bezpośrednio w takich komorach powstaje ciąg pulsujący, którego zasada uzyskiwania nie różni się od zasady uzyskiwania znanego stałego ciągu strumieniowego. Ponadto bezpośrednie oddziaływanie fal uderzeniowych na ścianki komory spalania lub na płytę buforową wymaga ich nadmiernego wzmocnienia i szczególnego zabezpieczenia. (Patrz „Wiedza” nr 6, 1976, s. 49, seria kosmonautyka i astronomia). Celem niniejszego wynalazku jest dalsze wyeliminowanie tych wad pełne wykorzystanie energię fal uderzeniowych i znaczną redukcję obciążeń udarowych na ściankach komory spalania. Cel ten osiąga się poprzez to, że przemiana źródła energii i płynu roboczego w kolejne fale uderzeniowe następuje w małych komorach detonacyjnych. Następnie fale uderzeniowe produktów spalania wprowadzane są stycznie do komory wirowej w pobliżu ściany końcowej (przedniej) i wirowane wysoka prędkość wewnętrzna ściana cylindryczna względem osi tej komory. Powstały kolosalny siły odśrodkowe , zwiększyć kompresję fali uderzeniowej produktów spalania. Całkowite ciśnienie tych potężnych sił jest przenoszone na końcową (przednią) ścianę komory wirowej. Pod wpływem tego całkowitego ciśnienia fala uderzeniowa produktów spalania rozwija się i pędzi po linii śrubowej, wraz ze wzrostem skoku, w stronę dyszy. Wszystko to powtarza się, gdy do komory wirowej wprowadzana jest każda kolejna fala uderzeniowa. W ten sposób powstaje główny składnik ciągu impulsowego. Aby jeszcze bardziej zwiększyć ciśnienie całkowite, które stanowi główny składnik ciągu impulsowego, do komory wirowej wprowadza się styczną falę uderzeniową pod pewnym kątem do jej końcowej (przedniej) ściany. W celu uzyskania dodatkowej składowej ciągu impulsowego w profilowanej dyszy wykorzystuje się także ciśnienie fali uderzeniowej produktów spalania, wzmocnione odśrodkowymi siłami rozpędzania. Aby pełniej wykorzystać energię kinetyczną wirowania fal uderzeniowych, a także wyeliminować moment obrotowy komory wirowej względem jej osi, powstający w wyniku zasilania stycznego, wirujące fale uderzeniowe produkty spalania przed opuszczeniem dyszy podawane są na profilowane łopatki, które kierują je w linii prostej wzdłuż osi komory wirowej i dyszy. Proponowana metoda wytwarzania pulsacyjnego ciągu strumieniowego przy użyciu wirujących fal uderzeniowych i odśrodkowych sił spinowych została przetestowana we wstępnych eksperymentach. Płynem roboczym w tych eksperymentach były fale uderzeniowe gazów proszkowych powstałe w wyniku detonacji 5-6 g czarnego prochu handlowego N 3. Proch umieszczono w rurze zatkanej z jednej strony. Wewnętrzna średnica rurki wynosiła 13 mm. Otwartym końcem wkręcono go w styczny gwintowany otwór w cylindrycznej ścianie komory wirowej. Wewnętrzna wnęka komory wirowej miała średnicę 60 mm i wysokość 40 mm. Na otwartym końcu komory wirowej montowano naprzemiennie wymienne końcówki dysz: stożkowe, zwężające się, stożkowe, rozszerzające się i cylindryczne o średnicy wewnętrznej równej średnicy wewnętrznej komory wirowej. Dysze dyszowe nie posiadały profilowanych łopatek na wylocie. Komorę wirową wraz z jednym z wymienionych powyżej zamocowań dyszy zamontowano na specjalnym dynamometrze mocowaniem dyszy skierowanym do góry. Granice pomiaru dynamometru wynoszą od 2 do 200 kg. Ponieważ impuls reaktywny był bardzo krótki (około 0,001 s), rejestrowano nie sam impuls reaktywny, ale siłę naporu od całkowitej masy komory wirowej, dyszy dyszy i ruchomej części konstrukcji samego dynamometru, który otrzymał ruch. Całkowita masa wynosiła około 5 kg. Do rury ładującej, która w naszym eksperymencie służyła jako komora detonacyjna, załadowano około 27 g prochu. Po zapaleniu prochu od otwartego końca rurki (od strony wewnętrznej wnęki komory wirowej) najpierw nastąpił równomierny, spokojny proces spalania. Gazy proszkowe, wchodzące stycznie do wewnętrznej wnęki komory wirowej, wirowały w niej i obracając się, wychodziły ze świstem w górę przez dyszę dyszy. W tym momencie hamownia nie zarejestrowała żadnych wstrząsów, lecz wirujące z dużą prędkością gazy proszkowe pod wpływem sił odśrodkowych nacisnęły wewnętrzną cylindryczną ściankę komory wirowej i zablokowały przedostanie się do niej. W rurze, w której przebiegał proces spalania, powstawały stojące fale ciśnienia. Gdy proch w tubie pozostał nie więcej niż 0,2 pierwotnej ilości, czyli 5-6 g, doszło do detonacji. Powstała fala uderzeniowa, przez styczny otwór, pokonując ciśnienie odśrodkowe pierwotnych gazów proszkowych, wpadła do wewnętrznej wnęki komory wirowej, skręconej w niej, została odbita od przedniej ściany i kontynuując obrót, pędziła wzdłuż spirali trajektorię o rosnącym skoku do dyszy dyszy, skąd wyleciał na zewnątrz z ostrym i mocnym dźwiękiem, przypominającym wystrzał armatni. W momencie odbicia fali uderzeniowej od przedniej ściany komory wirowej, sprężyna hamowni zarejestrowała wstrząs, największą wartość co (50-60 kg) wynosiło przy zastosowaniu dyszy dyszowej z rozszerzającym się stożkiem. Podczas kontrolnego spalania 27 g prochu w rurze ładującej bez komory wirowej oraz w komorze wirowej bez rury ładującej (zaślepiony otwór styczny) z cylindryczną i stożkową dyszą rozprężną nie powstała fala uderzeniowa , ponieważ w tym momencie stały ciąg strumienia był mniejszy od granicy czułości hamowni i tego nie zarejestrował. Podczas spalania tej samej ilości prochu w komorze wirowej ze stożkową zwężającą się dyszą (przewężenie 4:1) rejestrowano stały ciąg strumienia wynoszący 8-10 kg. Zaproponowana metoda uzyskiwania pulsacyjnego ciągu strumieniowego, nawet w opisanym powyżej wstępnym eksperymencie (z nieefektywnym handlowym prochem jako paliwem, bez profilowanej dyszy i bez kierownic na wylocie) pozwala uzyskać średni ciąg właściwy wynoszący około 3300 nxs /kg, co przekracza wartość tego parametru w najlepszych silnikach rakietowych zasilanych paliwem ciekłym. W porównaniu z powyższym prototypem zaproponowana metoda umożliwia także znaczne zmniejszenie masy komory spalania i dyszy, a co za tym idzie, masy całego silnika odrzutowego. Aby w pełni i dokładniej zidentyfikować wszystkie zalety proponowanej metody uzyskiwania impulsowego ciągu strumieniowego, konieczne jest wyjaśnienie optymalnych zależności pomiędzy wielkościami komór detonacyjnych i komory wirowej, konieczne jest określenie optymalnego kąta między kierunkiem zasilania stycznego i przedniej ściany komory wirowej itp., czyli dalsze eksperymenty z przeznaczeniem odpowiednich środków i zaangażowaniem różnych specjalistów. PRAWO. 1. Sposób wytwarzania pulsacyjnego ciągu strumieniowego za pomocą fali uderzeniowej, obejmujący zastosowanie komory wirowej z rozprężającą się dyszą profilowaną, konwersję źródła energii na energię kinetyczną ruchu cieczy roboczej, styczne doprowadzenie cieczy roboczej do wiru komora, uwalnianie płynu roboczego do otoczenia w kierunku przeciwnym do kierunku otrzymywanego ciągu strumieniowego, charakteryzujące się tym, że w celu pełniejszego wykorzystania energii fal uderzeniowych następuje przemiana źródła energii i płynu roboczego w kolejne fale uderzeniowe przeprowadza się w jednej lub kilku komorach detonacyjnych, wówczas fale uderzeniowe, poprzez zasilanie styczne, są skręcane w komorze wirowej względem jej osi, odbijane w postaci skręconej od przedniej ściany i w ten sposób tworzą pulsacyjną różnicę ciśnień pomiędzy przednią ścianą komory a dyszą, która w proponowanej metodzie tworzy główną składową impulsowego ciągu strumieniowego i kieruje fale uderzeniowe po spiralnej trajektorii o rosnącym nachyleniu w kierunku dyszy. 2. Sposób wytwarzania impulsowego ciągu strumieniowego za pomocą fali uderzeniowej według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że w celu zwiększenia pulsacyjnego spadku ciśnienia pomiędzy przednią ścianą komory wirowej a dyszą, realizuje się styczne dostarczanie fal uderzeniowych przy pod pewnym kątem w stronę przedniej ściany. 3. Sposób wytwarzania impulsowego ciągu strumieniowego za pomocą fali uderzeniowej według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że w celu uzyskania dodatkowego impulsowego ciągu strumieniowego wykorzystuje się w komorze wirowej i w komorze wirowej ciśnienie sił odśrodkowych powstałych na skutek wirowania fal uderzeniowych. rozszerzająca się profilowana dysza. 4. Sposób uzyskiwania impulsowego ciągu strumieniowego za pomocą fal uderzeniowych według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że w celu pełnego wykorzystania energii kinetycznej spinu fal uderzeniowych w celu uzyskania dodatkowego impulsowego ciągu strumieniowego, a także wyeliminowania momentu obrotowego wiru komory względem jej osi, co następuje podczas zasilania stycznego, nieskręcone fale uderzeniowe przed opuszczeniem dyszy podawane są na profilowane łopatki, które kierują je w linii prostej wzdłuż wspólnej osi komory wirowej i dyszy. Do Państwowego Komitetu Wynalazków i Odkryć ZSRR, VNIIGPE. Sprzeciw wobec ODMOWA DECYZJI Z DNIA 16.10.80 W SPRAWIE WNIOSKU N 2867253/06 DOTYCZĄCEGO „SPOSOBU UZYSKANIA PRZEPUSTNICY STRUMIENIOWEJ IMPULSOWEJ Z WYKORZYSTANIEM FAL UDERZAJĄCYCH”. Po zapoznaniu się z decyzją odmowną z dnia 16.10.80 zgłaszający doszedł do wniosku, że badanie uzasadniało odmowę wydania certyfikatu autorskiego dla proponowanej metody wytwarzania ciągu odrzutowego ze względu na brak nowości (w porównaniu z patentem brytyjskim nr 296108, klasa F 11,1972), brak obliczenia ciągu, brak pozytywny efekt w porównaniu ze znaną metodą uzyskiwania ciągu odrzutowego ze względu na wzrost strat tarcia podczas obracania płynu roboczego oraz ze względu na zmniejszenie charakterystyki energetycznej silnika w wyniku stosowania paliwa stałego. Na powyższe wnioskodawca uważa za konieczne udzielenie następującej odpowiedzi: 1. Badanie po raz pierwszy odnosi się do braku nowości i jest sprzeczne samo w sobie, gdyż w tej samej decyzji odmownej stwierdza się, że proponowana metoda różni się od znanych w tym szoku fale skręcone są wzdłuż osi komory wirowej.... Zgłaszający nie twierdzi, że jest to absolutna nowość, czego dowodem jest przedstawiony we wniosku prototyp. (Patrz drugi arkusz wniosku). W sprzeciwiającym się patencie brytyjskim N 296108, kl. F 11, 1972, sądząc po danych z samego badania, produkty spalania są wyrzucane z komory spalania przez dyszę przez prosty kanał, to znaczy nie ma wirowania fal uderzeniowych. W konsekwencji, we wskazanym patencie brytyjskim, sposób uzyskiwania ciągu odrzutowego w zasadzie nie różni się od znanego sposobu uzyskiwania stałego ciągu i nie można go przeciwstawić proponowanemu sposobowi. 2. Z badania wynika, że ​​wielkość ciągu w proponowanej metodzie można obliczyć i odwołuje się do książki G. N. Abramowicza „Applied Gas Dynamics”, Moskwa, Nauka, 1969, s. 109 - 136. W określonym dziale zastosowany gaz dynamiki podano metody obliczania bezpośrednich i ukośnych fal uderzeniowych w czole fali uderzeniowej. Fale uderzeniowe nazywane są bezpośrednimi, jeśli ich czoło tworzy kąt prosty z kierunkiem propagacji. Jeżeli czoło uderzenia znajduje się pod pewnym kątem „a” do kierunku propagacji, wówczas takie wstrząsy nazywane są ukośnymi. Przecinając czoło ukośnej fali uderzeniowej, przepływ gazu zmienia swój kierunek o pewien kąt „w”. Wartości kątów „a” i „w” zależą głównie od liczby Macha „M” oraz od kształtu opływowego korpusu (np. od kąta klinowego skrzydła samolotu), co oznacza, że ​​„a” i „w” w każdym konkretnym przypadku są wartościami stałymi. W zaproponowanej metodzie uzyskiwania ciągu reaktywnego fale uderzeniowe w czole fali uderzeniowej, szczególnie w początkowym okresie jej przebywania w komorze wirowej, kiedy działanie na ścianę czołową powoduje wytworzenie impulsu siły reaktywnej, są uderzeniami zmiennymi skośnymi. Oznacza to, że czoło fali uderzeniowej i przepływ gazu w momencie wytworzenia reaktywnego impulsu ciągu zmieniają w sposób ciągły swoje kąty „a” i „w” zarówno względem cylindrycznej, jak i przedniej ściany komory wirowej. Ponadto obraz komplikuje obecność potężnych sił ciśnienia odśrodkowego, które w początkowej chwili działają zarówno na ścianę cylindryczną, jak i przednią. W związku z tym wskazana w badaniu metoda obliczeniowa nie jest odpowiednia do obliczania sił pulsacyjnego ciągu strumieniowego w proponowanej metodzie. Możliwe, że metoda obliczania fal uderzeniowych przedstawiona w stosowanej dynamice gazów G. N. Abramowicza będzie punktem wyjścia do stworzenia teorii obliczania sił udarowych w proponowanej metodzie, ale zgodnie z przepisami o wynalazkach rozwój takie teorie nie wchodzą jeszcze w zakres obowiązków wnioskodawcy, ponieważ budowanie nie jest obowiązkiem wnioskodawcy działający silnik. 3. Podnosząc względną nieefektywność proponowanej metody wytwarzania napędu odrzutowego, w badaniu pominięto wyniki uzyskane przez wnioskodawcę w jego wstępnych eksperymentach, a wyniki te uzyskano przy użyciu tak nieefektywnego paliwa, jakim jest proch strzelniczy (patrz karta piąta wniosku). . Mówiąc o dużych stratach na skutek tarcia i rotacji płynu roboczego, w badaniu nie uwzględniono faktu, że główna składowa impulsowego ciągu strumieniowego w proponowanej metodzie występuje niemal natychmiast w momencie przedostania się fali uderzeniowej do komory wirowej , ponieważ wlotowy otwór styczny znajduje się w pobliżu jego przedniej ściany (patrz zastosowanie rys. 2), czyli w tym momencie czas podróży i droga fali uderzeniowej są stosunkowo małe. W związku z tym straty tarcia w proponowanej metodzie nie mogą być duże. Mówiąc o stratach na skręcie, w badaniu nie uwzględniono faktu, że właśnie w momencie, gdy fala uderzeniowa obraca się zarówno względem ściany cylindrycznej, jak i względem ściany przedniej w kierunku osi komory wirowej, powstaje potężna siła odśrodkowa pojawiają się siły, które po dodaniu do ciśnienia w falach uderzeniowych tworzą przyczepność w proponowanej metodzie. 4. Należy także zauważyć, że ani we wzorze wniosku, ani w jego opisie wnioskodawca nie ogranicza wytwarzania impulsowego ciągu odrzutowego wyłącznie z paliw stałych. Wnioskodawca używał paliwa stałego (prochu) jedynie podczas swoich wstępnych eksperymentów. W oparciu o powyższe wnioskodawca zwraca się do VNIIGPE o ponowne rozpatrzenie swojej decyzji i przesłanie materiałów aplikacyjnych do zakończenia odpowiedniej organizacji z propozycją przeprowadzenia eksperymentów weryfikacyjnych i dopiero potem podjęcie decyzji, czy zaakceptować, czy odrzucić proponowaną metodę uzyskanie pulsacyjnego napędu odrzutowego. UWAGA! Autor prześle każdemu pocztą elektroniczną zdjęcia z opisanych powyżej testów eksperymentalnej instalacji pulsacyjnego silnika odrzutowego. Zamówienie należy złożyć na adres: e-mail: [e-mail chroniony]. Nie zapomnij podać swojego adresu e-mail. Zdjęcia zostaną wysłane na Twój adres e-mail, gdy tylko wyślesz 100 rubli przekazem pocztowym do Nikołaja Iwanowicza Matwiejewa w rybińskim oddziale Sbierbanku Rosji N 1576, Sberbank Rosji JSC N 1576/090, na konto osobiste N 42306810477191417033/34. MATVEEV, 19.11.80

Pod koniec stycznia pojawiły się doniesienia o nowych sukcesach rosyjskiej nauki i techniki. Z oficjalnych źródeł okazało się, że jeden z krajowych projektów obiecującego silnika odrzutowego typu detonacyjnego przeszedł już etap testów. Przybliża to moment całkowitego zakończenia wszystkich wymaganych prac, w wyniku którego opracowane w Rosji rakiety kosmiczne lub wojskowe będą mogły otrzymać nowe elektrownie o ulepszonych parametrach. Co więcej, nowe zasady pracy silników mogą znaleźć zastosowanie nie tylko w dziedzinie rakiet, ale także w innych dziedzinach.

Pod koniec stycznia wicepremier Dmitrij Rogozin opowiedział krajowej prasie o najnowszych sukcesach organizacji badawczych. Poruszał między innymi proces tworzenia silników odrzutowych z wykorzystaniem nowych zasad działania. Obiecujący silnik ze spalaniem detonacyjnym został już poddany testom. Zdaniem wicepremiera zastosowanie nowych zasad pracy elektrowni pozwala na znaczny wzrost mocy. W porównaniu z tradycyjnymi projektami architektonicznymi obserwuje się wzrost przyczepności o około 30%.

Schemat silnika rakiety detonacyjnej

Nowoczesne silniki rakietowe różne klasy i typy stosowane w różnych dziedzinach wykorzystują tzw. cykl izobaryczny lub spalanie deflagracyjne. W ich komorach spalania utrzymuje się stałe ciśnienie, przy którym paliwo spala się powoli. Silnik oparty na zasadach deflagracji nie wymaga szczególnie mocnych jednostek, ale ma ograniczoną maksymalną wydajność. Zwiększanie podstawowych cech, począwszy od pewnego poziomu, okazuje się nieracjonalnie trudne.

Alternatywą dla silnika pracującego w cyklu izobarycznym w kontekście zwiększania wydajności jest układ z tzw. spalanie detonacyjne. W tym przypadku reakcja utleniania paliwa zachodzi za falą uderzeniową przemieszczającą się z dużą prędkością przez komorę spalania. Stawia to szczególne wymagania konstrukcji silnika, ale oferuje także oczywiste korzyści. Pod względem efektywności spalania spalanie detonacyjne 25% lepsze niż deflagracja. Od spalania przy stałym ciśnieniu różni się także zwiększoną mocą wydzielania ciepła na jednostkę powierzchni frontu reakcji. Teoretycznie możliwe jest zwiększenie tego parametru o trzy do czterech rzędów wielkości. W rezultacie prędkość gazów reaktywnych można zwiększyć 20-25 razy.

Dzięki temu silnik detonacyjny, charakteryzujący się zwiększoną wydajnością, jest w stanie wytworzyć większy ciąg przy mniejszym zużyciu paliwa. Jego przewaga nad tradycyjnymi konstrukcjami jest oczywista, jednak do niedawna postęp w tej dziedzinie pozostawiał wiele do życzenia. Zasady działania detonacyjnego silnika odrzutowego zostały sformułowane w 1940 roku przez radzieckiego fizyka Ya.B. Zeldovicha, ale gotowe produkty tego rodzaju nie zostały jeszcze wprowadzone do użytku. Głównymi przyczynami braku realnego sukcesu są problemy ze stworzeniem odpowiednio mocnej konstrukcji, a także trudność w wystrzeleniu, a następnie utrzymaniu fali uderzeniowej przy wykorzystaniu istniejących paliw.

Jeden z najnowszych krajowych projektów w dziedzinie silników rakietowych detonacyjnych rozpoczął się w 2014 roku i jest rozwijany w NPO Energomash im. Akademik V.P. Głuszko. Według dostępnych danych celem projektu z szyfrem Ifrit było zbadanie podstawowych zasad Nowa technologia następnie stworzono silnik rakietowy na paliwo ciekłe wykorzystujący naftę i tlen. Nowy silnik, nazwany na cześć ognistych demonów z arabskiego folkloru, opierał się na zasadzie spalania z detonacją wirową. Zatem zgodnie z podstawową ideą projektu fala uderzeniowa powinna w sposób ciągły poruszać się po okręgu wewnątrz komory spalania.

Głównym twórcą nowego projektu była NPO Energomash, a właściwie utworzone na jego bazie specjalne laboratorium. Ponadto w prace zaangażowanych było kilka innych organizacji badawczych i projektowych. Program otrzymał wsparcie od Foundation for Advanced Study. Dzięki wspólnym wysiłkom wszystkim uczestnikom projektu Ifrit udało się sformułować optymalny wygląd obiecującego silnika, a także stworzyć modelową komorę spalania o nowych zasadach działania.

Aby zbadać perspektywy całego kierunku i nowych pomysłów, tzw Model komora detonacyjna spalanie spełniające wymagania projektu. Taki eksperymentalny silnik o zredukowanej konfiguracji miał wykorzystywać jako paliwo ciekłą naftę. Jako środek utleniający zaproponowano gazowy tlen. W sierpniu 2016 rozpoczęły się testy prototypowego aparatu. Ważne, że po raz pierwszy tego typu projekt mógł wejść do etapu testów laboratoryjnych. Wcześniej opracowywano krajowe i zagraniczne silniki rakietowe detonacyjne, ale nie testowano ich.

Podczas badania próbki modelowej udało się uzyskać bardzo ciekawe wyniki pokazujące poprawność zastosowanych podejść. Zatem za pomocą odpowiednie materiały i technologii udało się doprowadzić ciśnienie w komorze spalania do 40 atmosfer. Nacisk eksperymentalnego produktu osiągnął 2 tony.

Komora modelowa na stanowisku probierczym

W ramach projektu Ifrit uzyskano pewne wyniki, ale domowy silnik detonacyjny na paliwo ciekłe jest wciąż daleki od pełnego praktycznego zastosowania. Przed wprowadzeniem takiego sprzętu do projektów nowych technologii projektanci i naukowcy będą musieli rozwiązać szereg najpoważniejszych problemów. Dopiero wtedy przemysł rakietowo-kosmiczny czy przemysł obronny będzie mógł zacząć realizować potencjał nowej technologii w praktyce.

W połowie stycznia” Rosyjska gazeta» opublikowano wywiad z głównym konstruktorem NPO Energomasz, Petrem Lewoczkinem, którego tematem był stan obecny i perspektywy silników detonacyjnych. Przedstawiciel firmy deweloperskiej przypomniał główne założenia projektu, a także poruszył temat odniesionych sukcesów. Poza tym mówił o możliwe obszary zastosowanie „Ifrytu” i podobnych konstrukcji.

Na przykład silniki detonacyjne można zastosować w samolotach hipersonicznych. P. Lewoczkin przypomniał, że obecnie proponowane do stosowania w takim sprzęcie silniki wykorzystują spalanie poddźwiękowe. Przy prędkości hipersonicznej pojazdu latającego powietrze wpadające do silnika musi zostać spowolnione do trybu dźwiękowego. Jednakże energia hamowania musi prowadzić do dodatkowych obciążeń termicznych płatowca. W silnikach detonacyjnych szybkość spalania paliwa osiąga co najmniej M=2,5. Dzięki temu możliwe staje się zwiększenie prędkości lotu samolotu. Taka maszyna z silnikiem typu detonacyjnego może rozpędzić się do prędkości ośmiokrotnie większej od prędkości dźwięku.

Jednak realne perspektywy dla silników rakietowych typu detonacyjnego nie są jeszcze zbyt duże. Według P. Lewoczkina „właśnie otworzyliśmy drzwi do obszaru spalania detonacyjnego”. Naukowcy i projektanci będą musieli przestudiować wiele zagadnień i dopiero wtedy możliwe będzie stworzenie projektów o praktycznym potencjale. Z tego powodu przemysł kosmiczny przez długi czas będzie musiał korzystać z silników ciekłych o tradycyjnej konstrukcji, co jednak nie przekreśla możliwości ich dalszego udoskonalania.

Ciekawostką jest to, że detonacyjną zasadę spalania stosuje się nie tylko w silnikach rakietowych. Już istnieje projekt krajowy system lotniczy z komorą spalania typu detonacyjnego, działający wg zasada impulsu. Prototyp tego typu został doprowadzony do testów i w przyszłości może dać początek nowemu kierunkowi. Nowe silniki ze spalaniem detonacyjnym mogą znaleźć zastosowanie w wielu dziedzinach i częściowo zastąpić tradycyjne silniki turbinowe lub turboodrzutowe.

Krajowy projekt detonacyjnego silnika lotniczego jest opracowywany w Biurze Projektowym im. JESTEM. Kołyski. Informacje o tym projekcie po raz pierwszy zostały zaprezentowane podczas ubiegłorocznego międzynarodowego forum wojskowo-technicznego Army 2017. Na stoisku firmy deweloperskiej prezentowane były materiały różne silniki, zarówno seryjny, jak i w fazie rozwoju. Wśród tych ostatnich znajdowała się obiecująca próbka detonacyjna.

Istotą nowej propozycji jest zastosowanie niestandardowej komory spalania umożliwiającej realizację pulsacyjnego spalania detonacyjnego paliwa w atmosferze powietrza. W takim przypadku częstotliwość „eksplozji” wewnątrz silnika powinna sięgać 15-20 kHz. W przyszłości istnieje możliwość dalszego podniesienia tego parametru, dzięki czemu hałas silnika będzie wykraczał poza zakres odbierany przez ludzkie ucho. Takie cechy silnika mogą być interesujące.

Pierwsze uruchomienie eksperymentalnego produktu „Ifrit”

Jednak główne zalety nowej elektrowni są związane ze zwiększoną wydajnością. Testy laboratoryjne prototypowych produktów wykazały, że są one o około 30% lepsze od tradycyjnych silników turbinowych pod względem wydajności konkretne wskaźniki. Do czasu pierwszej publicznej demonstracji materiałów na silniku OKB. JESTEM. Kołyski udało się unieść dość wysoko Charakterystyka wydajności. Eksperymentalny silnik nowego typu mógł pracować bez przerwy przez 10 minut. Całkowity czas pracy tego produktu na stanowisku w tamtym czasie przekroczył 100 godzin.

Przedstawiciele firmy rozwojowej wskazali, że możliwe jest już stworzenie nowego silnika detonacyjnego o ciągu 2-2,5 tony, nadającego się do montażu na lekkich samolotach lub bezzałogowych statkach powietrznych. Przy projektowaniu takiego silnika proponuje się zastosowanie tzw. urządzenia rezonatorowe odpowiedzialne za prawidłowy przebieg spalania paliwa. Ważna zaleta Nowy projekt zakłada zasadniczą możliwość montażu tego typu urządzeń w dowolnym miejscu płatowca.

Specjaliści z OKB im. JESTEM. Kołyski pracują nad silnikami lotniczymi o spalaniu detonacyjnym pulsacyjnym od ponad trzech dekad, ale jak dotąd projekt nie wyszedł z fazy badawczej i nie ma realnych perspektyw. Głównym powodem jest brak zamówienia i niezbędnego finansowania. Jeżeli projekt otrzyma niezbędne wsparcie, to w dającej się przewidzieć przyszłości może powstać przykładowy silnik odpowiedni do zastosowania na różnym sprzęcie.

Do tej pory rosyjskim naukowcom i projektantom udało się wykazać bardzo niezwykłe wyniki w dziedzinie silników odrzutowych przy zastosowaniu nowych zasad działania. Istnieje kilka projektów nadających się do zastosowania w polach rakietowych, kosmicznych i hipersonicznych. Ponadto nowe silniki mogą być stosowane w „tradycyjnym” lotnictwie. Niektóre projekty są nadal w trakcie realizacji wczesne stadia i nie są jeszcze gotowe do inspekcji i innych prac, podczas gdy najbardziej niezwykłe wyniki uzyskano już w innych kierunkach.

Zgłębiając temat silników odrzutowych ze spalaniem detonacyjnym, rosyjskim specjalistom udało się stworzyć laboratoryjny model komory spalania o pożądanych charakterystykach. Eksperymentalny produkt „Ifrit” przeszedł już testy, podczas których zebrano dużą ilość różnorodnych informacji. Dzięki uzyskanym danym rozwój kierunku będzie kontynuowany.

Opanowanie nowego kierunku i przełożenie pomysłów na praktyczną formę zajmie dużo czasu, dlatego w najbliższej przyszłości rakiety kosmiczne i wojskowe będą wyposażane wyłącznie w tradycyjne silniki ciekłe. Prace jednak wyszły już z etapu czysto teoretycznego i obecnie każde uruchomienie próbne silnika eksperymentalnego przybliża moment budowy pełnoprawnych rakiet z nowymi elektrowniami.

Na podstawie materiałów ze stron:
http://engine.space/
http://fpi.gov.ru/
https://rg.ru/
https://utro.ru/
http://tass.ru/
http://svpressa.ru/

Czy wiesz, że jeśli wlejesz suchy alkohol do wygiętej po łuku rury, przedmuchasz ją powietrzem ze sprężarki i dodasz gaz z butli, wpadnie w szał, będzie krzyczeć głośniej niż startujący myśliwiec i zarumieni się ze złości? To przenośny, ale bardzo bliski prawdy opis działania bezzaworowego, pulsującego silnika oddychającego powietrzem - prawdziwego silnika odrzutowego, który każdy może zbudować.

Schemat ideowy Bezzaworowy PURD nie zawiera ani jednej ruchomej części. Jego zawór jest frontem przemian chemicznych zachodzących podczas spalania paliwa.

Siergiej Apresow Dmitrij Goriaczkin

Bezzaworowy PuVRD to niesamowita konstrukcja. Nie posiada ruchomych części, sprężarki, turbiny, zaworów. Najprostszy PuVRD może obejść się nawet bez układu zapłonowego. Ten silnik może działać na prawie wszystkim: zastąp zbiornik propanu kanistrem benzyny, a silnik będzie nadal pulsował i wytwarzał ciąg. Niestety, PURD nie sprawdziły się w lotnictwie, choć ostatnio zaczęto je poważnie rozważać jako źródło ciepła do produkcji biopaliw. I w tym przypadku silnik pracuje na pyłie grafitowym, czyli na paliwie stałym.

Wreszcie elementarna zasada działania silnika pulsacyjnego sprawia, że ​​jest on stosunkowo obojętny na precyzję wykonania. Dlatego produkcja PuVRD stała się ulubioną rozrywką ludzi, którzy mają słabość do zainteresowań technicznych, w tym modelarzy samolotów i początkujących spawaczy.

Pomimo swojej prostoty PURD jest nadal silnikiem odrzutowym. Montaż go w domowym warsztacie jest bardzo trudny, a proces ten wiąże się z wieloma niuansami i pułapkami. Dlatego postanowiliśmy uczynić naszą klasę mistrzowską wieloczęściową: w tym artykule porozmawiamy o zasadach działania PURD i powiemy, jak wykonać obudowę silnika. Materiał w kolejnym numerze będzie poświęcony układowi zapłonowemu i procedurze rozruchu. Wreszcie w jednym z poniższych numerów na pewno zainstalujemy nasz silnik na podwoziu z własnym napędem, aby wykazać, że naprawdę jest on w stanie wytworzyć poważny ciąg.

Od pomysłu rosyjskiego do rakiety niemieckiej

Montaż pulsacyjnego silnika odrzutowego jest szczególnie przyjemny, wiedząc, że zasada działania PuVRD została po raz pierwszy opatentowana przez rosyjskiego wynalazcę Nikołaja Teleszowa w 1864 roku. Autorstwo pierwszego działającego silnika przypisuje się także Rosjaninowi Władimirowi Karawodinowi. Najwyższy punkt Rozwój PuVRD słusznie uważany jest za słynny pocisk manewrujący V-1, który służył w armii niemieckiej podczas II wojny światowej.

Aby praca była przyjemna i bezpieczna, najpierw oczyszczamy blachę z kurzu i rdzy za pomocą szlifierki. Krawędzie blach i części są zwykle bardzo ostre i pełne zadziorów, dlatego przy metalu należy pracować wyłącznie w rękawiczkach.

Oczywiście, mówimy o o silnikach pulsacyjnych zaworowych, których zasada działania jest jasna z rysunku. Zawór na wejściu do komory spalania umożliwia swobodny dopływ powietrza do niej. Paliwo dostarczane jest do komory i tworzy się palna mieszanina. Kiedy świeca zapłonowa zapala mieszankę, nadciśnienie zamyka zawór w komorze spalania. Rozprężające się gazy kierowane są do dyszy, tworząc ciąg strumieniowy. Ruch produktów spalania wytwarza w komorze próżnię techniczną, dzięki czemu zawór otwiera się i do komory zasysane jest powietrze.

W przeciwieństwie do silnika turboodrzutowego, w PURD mieszanina nie pali się w sposób ciągły, ale w trybie pulsacyjnym. Tym właśnie tłumaczy się charakterystyczny hałas o niskiej częstotliwości pulsujących silników, co czyni je niemożliwymi do zastosowania w lotnictwie cywilnym. Pod względem wydajności PuVRD ustępują także silnikom turboodrzutowym: pomimo imponującego stosunku ciągu do masy (w końcu PuVRD mają minimalną liczbę części) stopień sprężania w nich osiąga co najwyżej 1,2:1, więc paliwo spala się nieefektywnie.

Przed udaniem się na warsztaty narysowaliśmy i wycięliśmy na papierze szablony części naturalnej wielkości. Pozostaje tylko prześledzić je trwałym markerem, aby uzyskać oznaczenia do wycięcia.

Ale PuVRD są nieocenione jako hobby: w końcu mogą w ogóle obejść się bez zaworów. Zasadniczo konstrukcja takiego silnika składa się z komory spalania z podłączonymi do niej rurami wlotowymi i wylotowymi. Rura wlotowa jest znacznie krótsza niż rura wylotowa. Zawór w takim silniku to nic innego jak czoło przemian chemicznych.

Palna mieszanina w PURD pali się z prędkością poddźwiękową. Takie spalanie nazywa się deflagracją (w przeciwieństwie do spalania naddźwiękowego – detonacją). Gdy mieszanina zapali się, z obu rur ulatniają się łatwopalne gazy. Dlatego zarówno rura wlotowa, jak i wylotowa są skierowane w tym samym kierunku i wspólnie uczestniczą w tworzeniu ciągu strumieniowego. Jednak ze względu na różnicę długości, w momencie spadku ciśnienia w rurze wlotowej, spaliny nadal przemieszczają się wzdłuż rury wylotowej. Tworzą podciśnienie w komorze spalania, a powietrze jest do niej zasysane przez rurę wlotową. Część gazów z rury wylotowej kierowana jest także do komory spalania pod wpływem podciśnienia. Sprężają nową porcję łatwopalnej mieszaniny i podpalają ją.

Podczas pracy nożyczkami elektrycznymi głównym wrogiem są wibracje. Dlatego obrabiany przedmiot należy bezpiecznie zamocować za pomocą zacisku. W razie potrzeby można bardzo ostrożnie wytłumić wibracje ręką.

Bezzaworowy silnik pulsacyjny jest bezpretensjonalny i stabilny. Do utrzymania działania nie jest wymagany układ zapłonowy. Dzięki działaniu próżni zasysa powietrze atmosferyczne bez konieczności dodatkowego doładowania. Jeśli budujesz silnik na paliwo ciekłe (dla uproszczenia woleliśmy propan), wówczas rura wlotowa regularnie spełnia funkcje gaźnika, wtryskując mieszaninę benzyny i powietrza do komory spalania. Jedynym momentem, w którym potrzebny jest układ zapłonowy i wymuszona indukcja, jest uruchomienie.

Chiński projekt, rosyjski montaż

Istnieje kilka popularnych konstrukcji silników impulsowych. Oprócz klasycznej „rury w kształcie litery U”, która jest bardzo trudna w produkcji, często występuje „ Chiński silnik„ze stożkową komorą spalania, do której przyspawana jest pod kątem mała rura wlotowa, oraz „rosyjskim silnikiem”, podobnym konstrukcją do tłumika samochodowego.

Rury o stałej średnicy można łatwo formować wokół rury. Odbywa się to głównie ręcznie ze względu na efekt dźwigni, a krawędzie przedmiotu obrabianego są zaokrąglane za pomocą młotka. Lepiej jest tak ukształtować krawędzie, aby po połączeniu tworzyły płaszczyznę – ułatwia to umieszczenie spoiny.

Przed eksperymentowaniem z własnymi konstrukcjami PuVRE zdecydowanie zaleca się zbudowanie silnika według gotowych rysunków: w końcu przekroje i objętości komory spalania, rur wlotowych i wylotowych całkowicie determinują częstotliwość pulsacji rezonansowych. Jeżeli proporcje nie zostaną zachowane, silnik może się nie uruchomić. W Internecie można znaleźć różnorodne rysunki PURD. Wybraliśmy model o nazwie „Giant Chinese Engine”, którego wymiary podane są na pasku bocznym.

Amatorskie PuVRD są wykonane z blachy. Dopuszczalne jest stosowanie w budownictwie gotowych rur, jednak nie jest to zalecane z kilku powodów. Po pierwsze, prawie niemożliwe jest wybranie rur o dokładnie wymaganej średnicy. Jeszcze trudniej jest znaleźć niezbędne sekcje stożkowe.

Gięcie profili stożkowych jest w całości pracą ręczną. Kluczem do sukcesu jest ściśnięcie wąskiego końca stożka wokół rury o małej średnicy, obciążając ją bardziej niż szerszą część.

Po drugie, rury z reguły mają grube ścianki i odpowiednią wagę. Dla silnika, który musi mieć dobra wartość tęsknota za masami, jest to niedopuszczalne. Wreszcie podczas pracy silnik nagrzewa się do czerwoności. Jeśli w projekcie zastosujesz rury i kształtki wykonane z różnych metali o różnych współczynnikach rozszerzalności, silnik nie wytrzyma długo.

Wybraliśmy więc ścieżkę, którą podąża większość entuzjastów PURD-u - wykonanie korpusu z blachy. I wtedy stanęliśmy przed dylematem: zwrócić się do profesjonalistów posiadających specjalistyczny sprzęt (wycinarki wodno-ścierne CNC, walce do walcowania rur, specjalne spawanie) lub uzbrojonych w najprostsze narzędzia i najczęściej spotykane spawarka, przejdź trudną ścieżkę początkującego konstruktora silników od początku do końca. Woleliśmy drugą opcję.

Powrót do szkoły

Pierwszą rzeczą do zrobienia jest narysowanie rozwoju przyszłych części. Aby to zrobić, musisz pamiętać o geometrii szkolnej i sporo rysunku uniwersyteckiego. Wykonywanie opracowań dla rur cylindrycznych jest tak proste, jak łuskanie gruszek - są to prostokąty, których jeden bok jest równy długości rury, a drugi średnicy pomnożonej przez „pi”. Obliczanie rozwoju stożka ściętego lub walca ściętego jest zadaniem nieco bardziej złożonym, do którego musieliśmy zajrzeć do podręcznika rysunku.

Spawanie cienkich blach to delikatne zadanie, szczególnie jeśli tak jak my, korzystasz z ręcznego spawania łukowego. Być może do tego zadania lepiej by pasowało spawanie nietopliwą elektrodą wolframową w środowisku argonu, ale sprzęt do tego jest rzadki i wymaga specyficznych umiejętności.

Wybór metalu to bardzo delikatna kwestia. Z punktu widzenia odporności na ciepło najlepiej nadaje się do naszych celów stal nierdzewna, ale po raz pierwszy lepiej jest zastosować czarną stal niskowęglową: łatwiej jest ją formować i spawać. Minimalna grubość blachy wytrzymującej temperaturę spalania paliwa wynosi 0,6 mm. Im cieńsza stal, tym łatwiej ją formować i trudniej spawać. Wybraliśmy blachę o grubości 1 mm i wydaje się, że mieliśmy rację.

Nawet jeśli Twoja spawarka może pracować w trybie cięcia plazmowego, nie używaj jej do cięcia rozwiertaków: krawędzie tak obrabianych części nie będą dobrze spawane. Nożyczki ręczne do metalu również nie są najlepszy wybór, ponieważ zaginają krawędzie obrabianych przedmiotów. Idealnym narzędziem są nożyczki elektryczne, które jak w zegarku tną milimetrowe arkusze.

Aby zgiąć arkusz w rurę, istnieje specjalne narzędzie - rolki lub gięcie blachy. Należy do profesjonalnych urządzeń produkcyjnych i dlatego raczej nie zagości w Twoim garażu. Imadło pomoże ci zgiąć porządną rurę.

Proces spawania metalu o wymiarach milimetrowych za pomocą spawarki pełnowymiarowej wymaga pewnego doświadczenia. Lekko trzymając elektrodę w jednym miejscu łatwo jest wypalić dziurę w obrabianym przedmiocie. Podczas spawania do szwu mogą przedostać się pęcherzyki powietrza, które następnie wyciekają. Dlatego sensowne jest zmielenie szwu szlifierką do minimalnej grubości, aby pęcherzyki nie pozostały wewnątrz szwu, ale stały się widoczne.

W kolejnych odcinkach

Niestety nie da się opisać wszystkich niuansów pracy w jednym artykule. Powszechnie przyjmuje się, że prace te wymagają kwalifikacji zawodowych, jednak przy należytej staranności wszystkie są dostępne dla amatora. Nam, dziennikarzom, zależało na opanowaniu nowych specjalności zawodowych i w tym celu czytaliśmy podręczniki, konsultowaliśmy się z profesjonalistami i popełnialiśmy błędy.

Podobało nam się korpus, który zespawaliśmy. Miło na to patrzeć, miło trzymać w dłoniach. Dlatego szczerze doradzamy Państwu podjęcie się takiego zadania. W kolejnym numerze magazynu opowiemy jak wykonać układ zapłonowy i uruchomić bezzaworowy silnik impulsowy.

Biuro Projektów Eksperymentalnych Łyulki opracowało, wyprodukowało i przetestowało prototyp silnika detonacyjnego z pulsacyjnym rezonatorem, z dwustopniowym spalaniem mieszaniny nafty i powietrza. Jak podano, średni zmierzony ciąg silnika wynosił około stu kilogramów, a czas ciągłej pracy przekraczał dziesięć minut. Do końca tego roku Biuro Projektowe zamierza wyprodukować i przetestować pełnowymiarowy silnik z detonacją pulsacyjną.

Według głównego projektanta Biura Projektowego Lyulka, Aleksandra Tarasowa, podczas testów symulowano tryby pracy charakterystyczne dla silników turboodrzutowych i strumieniowych. Zmierzone wartości ciągu właściwego i specyficzne spożycie paliwa były o 30–50 procent lepsze niż w konwencjonalnych silnikach oddychających powietrzem. Podczas eksperymentów wielokrotnie włączano i wyłączano nowy silnik, a także kontrolę trakcji.

Na podstawie przeprowadzonych badań, danych uzyskanych z testów, a także analizy projektu obwodu, Biuro Projektowe Lyulki zamierza zaproponować opracowanie całej rodziny detonacji pulsacyjnych Silniki lotnicze. W szczególności można tworzyć silniki o krótkotrwałej żywotności do bezzałogowych statków powietrznych i rakiet oraz silniki lotnicze do lotów naddźwiękowych.

W przyszłości w oparciu o nowe technologie, silniki do systemów rakietowych, kosmicznych i kombinowanych elektrownie samoloty zdolne do latania w atmosferze i poza nią.

Według biura projektowego nowe silniki zwiększą stosunek ciągu do masy samolotu 1,5-2 razy. Ponadto przy zastosowaniu takich elektrowni zasięg lotu lub masa uzbrojenia samolotu może wzrosnąć o 30-50 procent. Jednocześnie ciężar właściwy nowych silników będzie 1,5-2 razy mniejszy niż w konwencjonalnych elektrowniach odrzutowych.

Fakt, że w Rosji trwają prace nad stworzeniem pulsującego silnika detonacyjnego, w marcu 2011 roku. Stwierdził to następnie Ilya Fedorov, dyrektor zarządzający stowarzyszenia badawczo-produkcyjnego Saturn, w skład którego wchodzi Biuro Projektowe Lyulka. Fiodorow nie sprecyzował, o jakim typie silnika detonacyjnego mowa.

Obecnie znane są trzy typy silników pulsacyjnych: zaworowe, bezzaworowe i detonacyjne. Zasada działania tych elektrowni polega na okresowym dostarczaniu paliwa i utleniacza do komory spalania, gdzie następuje zapłon mieszanki paliwowej, a produkty spalania wypływają z dyszy, tworząc ciąg strumieniowy. Różnica w stosunku do konwencjonalnych silników odrzutowych polega na spalaniu detonacyjnym mieszanki paliwowej, w którym rozprzestrzenia się front spalania większa prędkość dźwięk.

Pulsacyjny silnik oddychający powietrzem został wynaleziony pod koniec XIX wieku przez szwedzkiego inżyniera Martina Wiberga. Silnik pulsacyjny uważany jest za prosty i tani w produkcji, ale ze względu na właściwości spalania paliwa jest zawodny. Nowy typ silnika po raz pierwszy zastosowano w produkcji podczas II wojny światowej w niemieckich rakietach manewrujących V-1. Wyposażone były w silnik Argus As-014 firmy Argus-Werken.

Obecnie kilka dużych firm obronnych na świecie prowadzi badania nad rozwojem wysokowydajnych impulsowych silników odrzutowych. W szczególności prace wykonują francuska firma SNECMA i amerykańska General Electric oraz Pratt & Whitney. W 2012 roku Laboratorium Badawcze Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych ogłosiło zamiar opracowania silnika z detonacją wirową, który zastąpiłby konwencjonalne elektrownie z turbiną gazową na statkach.

Silniki z detonacją wirową różnią się od silników pulsacyjnych tym, że spalanie detonacyjne mieszanki paliwowej w nich zachodzi w sposób ciągły – czoło spalania przemieszcza się w pierścieniowej komorze spalania, w której mieszanka paliwowa jest stale aktualizowana.