Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель. Пульсирующий воздушно реактивный двигатель

Реферат Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель

скачать

Реферат на тему:

План:

1 История
2 Принцип действия и устройство ПуВРД
- 2.1 Другие пульсирующие ВРД
- 2.2 Область применения ПуВРД
5 Видео

Введение

Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель

Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель — Вариант Воздушно-реактивного двигателя. В ПуВРД используется камера сгорания с входными клапанами и длинное цилиндрическое выходное сопло. Горючее и воздух подаются периодически.

Цикл работы ПуВРД состоит из следующих фаз:

Клапаны открываются и в камеру сгорания поступает воздух и топливо, образуется воздушно-топливная смесь.
Смесь поджигается с помощью искры свечи зажигания. Образовавшееся избыточное давление закрывает клапан.
Горячие продукты сгорания выходят через сопло и создают реактивную тягу.

1. История

Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель (ПуВРД) был изобретён в XIX веке шведским изобретателем Мартином Вибергом. Немецкие конструкторы, ещё накануне Второй мировой войны проводившие широкий поиск альтернатив поршневым авиационным двигателям, не обошли вниманием и это изобретение, долгое время остававшееся невостребованным. Наиболее известным летательным аппаратом (и единственным серийным) c ПуВРД Argus As-014 производства фирмы Argus-Werken, явился немецкий самолёт-снаряд Фау-1. Главный конструктор Фау-1 Роберт Люссер выбрал для него ПуВРД не ради эффективности (поршневые авиационные двигатели той эпохи обладали лучшими характеристиками), а, главным образом, из-за простоты конструкции и, как следствие, малых трудозатрат на изготовление, что было оправдано при массовом производстве одноразовых снарядов, серийно выпущенных за неполный год (с июня 1944 по март 1945) в количестве свыше 10 000 единиц.

После войны исследования в области пульсирующих воздушно-реактивных двигателей продолжились во Франции (компания SNECMA) и в США (Pratt & Whitney, General Electric), Результаты этих разработок заинтересовали США и СССР. Был разработан ряд опытных и экспериментальных образцов. Первоначально основная проблема ракет «воздух-поверхность» заключалась в несовершенстве инерциальной системы наведения, точность которой считалась хорошей, если ракета с дальности в 150 километров попадала в квадрат со сторонами 3 километра. Это привело к тому, что с боезарядом на основе обычного взрывчатого вещества данные ракеты имели низкую эффективность, а ядерные заряды в то же время имели ещё слишком большую массу (несколько тонн). Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель обладает большим удельным импульсом по сравнению с ракетными двигателями, но уступает по этому показателю турбореактивным двигателям. Существенным ограничением является также то, что этот двигатель требует разгона до рабочей скорости 100 м/с и его использование ограничено скоростью порядка 250 м/с. Когда появились компактные ядерные заряды, уже была отработана конструкция более эффективных турбореактивных двигателей. Поэтому пульсирующие воздушно-реактивные двигатели не получили широкого распространения.

благодаря простоте и дешевизне, маленькие двигатели этого типа стали очень популярны среди авиамоделистов, и в любительской авиации, и появились коммерческие фирмы, производящие на продажу для этих целей ПуВРД и клапаны к ним (быстроизнашивающаяся запчасть).

Представители ракет «воздух-поверхность» с пульсирующим воздушно-реактивным двигателем.

Fi-103
10Х · 14Х · 16Х - Благодаря использованию двух двигателей был достигнут практический предел скорости полета для ПуВРД — 980км/ч (270 м/с).
JB-2

2. Принцип действия и устройство ПуВРД

pV-диаграмма цикла Хамфри.

Изготовление авиамодели с ПуВРД

Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель (ПуВРД, англоязычный термин Pulse jet), как следует из его названия, работает в режиме пульсации, его тяга развивается не непрерывно, как у ПВРД или ТРД, а в виде серии импульсов, следующих друг за другом с частотой от десятков герц, для крупных двигатателей, до 250 Гц — для малых двигателей, предназначенных для авиамоделей.[1]

Конструктивно, ПуВРД представляет собой цилиндрическую камеру сгорания с длинным цилиндрическим соплом меньшего диаметра[2]. Передняя часть камеры соединена со входным диффузором, через который воздух поступает в камеру.

Между диффузором и камерой сгорания установлен воздушный клапан, работающий под воздействием разницы давлений в камере и на выходе диффузора: когда давление в диффузоре превышает давление в камере клапан открывается и пропускает воздух в камеру; при обратном соотношении давлений он закрывается.

Схема пульсирующего воздушно-реактивного двигателя (ПуВРД): 1 — воздух; 2 — горючее; 3 — клапанная решётка; за ней — камера сгорания; 4 — выходное (реактивное) сопло.

Клапан может иметь различную конструкцию: в двигателе Argus As-014 ракеты Фау-1 он имел форму и действовал наподобие оконных жалюзи и состоял из наклёпанных на раму гибких прямоугольных клапанных пластинкок из пружинной стали; в малых двигателях он выглядит как пластина в форме цветка с радиально расположенными клапанными пластинками в виде нескольких тонких, упругих металлических лепестков, прижатых к основанию клапана в закрытом положении и отгибающихся от основания под действием давления в диффузоре, превышающего давление в камере. Первая конструкция намного совершеннее — оказывает минимальное сопротивление потоку воздуха, но гораздо сложнее в производстве.

Фау-1

Клапан ракеты Фау-1

гибкие прямоугольные клапанные пластинки

В передней части камеры имеются одна или несколько топливных форсунок, которые впрыскивают топливо в камеру, пока давление наддува в топливном баке превышает давление в камере; при превышении давлением в камере давления наддува, обратный клапан в топливном тракте перекрывает подачу топлива. Примитивные маломощные конструкции нередко работают без впрыска топлива, подобно поршневому карбюраторному двигателю. Для пуска двигателя в этом случае обычно используют внешний источник сжатого воздуха.

Для инициирования процесса горения в камере устанавливается свеча зажигания, которая создаёт высокочастотную серию электрических разрядов, и топливная смесь воспламеняется, как только концентрация горючего в ней достигает некоторого, достаточного для возгорания, уровня. Когда оболочка камеры сгорания достаточно прогревается (обычно, через несколько секунд после начала работы большого двигателя, или через доли секунды — малого; без охлаждения потоком воздуха, стальные стенки камеры сгорания быстро нагреваются докрасна), электрозажигание вовсе становится ненужным: топливная смесь воспламененяется от горячих стенок камеры.

При работе, ПуВРД издаёт очень характерный трещащий или жужжащий звук, обусловленный как раз пульсациями в его работе.

Схема работы ПуВРД

Цикл работы ПуВРД иллюстрируется рисунком справа:

1. Воздушный клапан открыт, воздух поступает в камеру сгорания, форсунка впрыскивает горючее, и в камере образуется топливная смесь.
2. Топливная смесь воспламеняется и сгорает, давление в камере сгорания резко возрастает и закрывает воздушный клапан и обратный клапан в топливном тракте. Продукты сгорания, расширяясь, истекают из сопла, создавая реактивную тягу.
3. Давление в камере уравнивается с атмосферным, под напором воздуха в диффузоре воздушный клапан открывается и воздух начинает поступать в камеру, топливный клапан тоже открывается, двигатель переходит к фазе 1.

Кажущееся сходство ПуВРД и ПВРД (возможно, возникающее из-за сходства аббревиатур названий) — ошибочно. В действительности ПуВРД имеет глубокие, принципиальные отличия от ПВРД или ТРД.

Во-первых, наличие у ПуВРД воздушного клапана, очевидным назначением которого является предотвращение обратного движения рабочего тела вперёд по ходу движения аппарата (что свело бы на нет реактивную тягу). В ПВРД (как и в ТРД) этот клапан не нужен, поскольку обратному движению рабочего тела в тракте двигателя препятствует «барьер» давления на входе в камеру сгорания, созданный в ходе сжатия рабочего тела. В ПуВРД начальное сжатие слишком мало, а необходимое для совершения работы повышение давления в камере сгорания достигается благодаря нагреву рабочего тела (при сжигании горючего) в постоянном объёме, ограниченном стенками камеры, клапаном, и инерцией газового столба в длинном сопле двигателя. Поэтому ПуВРД с точки зрения термодинамики тепловых двигателей относится к иной категории, нежели ПВРД или ТРД — его работа описывается циклом Хамфри (Humphrey), в то время как работа ПВРД и ТРД описывается циклом Брайтона.

Во-вторых, пульсирующий, прерывистый характер работы ПуВРД, также вносит существенные различия в механизм его функционирования, в сравнении с ВРД непрерывного действия. Для объяснения работы ПуВРД недостаточно рассматривать только газодинамические и термодинамические процессы, происходящие в нём. Двигатель работает в режиме автоколебаний, которые синхронизируют по времени работу всех его элементов. На частоту этих автоколебаний оказывают влияние инерционные характеристики всех частей ПуВРД, в том числе инерция газового столба в длинном сопле двигателя, и время распространения по нему акустической волны. Увеличение длины сопла приводит к снижению частоты пульсаций и наоборот. При определённой длине сопла достигается резонансная частота, при которой автколебания становятся устойчивыми, а амплитуда колебаний каждого элемента — максимальной. При разработке двигателя эта длина подбирается экспериментально в ходе испытаний и доводки.

Иногда говорят, что функционирование ПуВРД при нулевой скорости движения аппарата невозможно — это ошибочное представление, во всяком случае, оно не может быть распространено на все двигатели этого типа. Большинство ПуВРД (в отличие от ПВРД) может работать, «стоя на месте» (без набегающего потока воздуха), хотя тяга, развиваемая им в этом режиме, минимальна (и обычно недостаточна для старта приводимого им в движение аппарата без посторонней помощи — поэтому, например, V-1 запускали с паровой катапульты, при этом ПуВРД начинал устойчиво работать ещё до пуска[3]).

Функционирование двигателя в этом случае объясняется следующим образом. Когда давление в камере после очередного импульса снижается до атмосферного, движение газа в сопле по инерции продолжается, и это приводит к понижению давления в камере до уровня ниже атмосферного. Когда воздушный клапан открывается под воздействием атмосферного давления (на что тоже требуется некоторое время), в камере уже создано достаточное разрежение, чтобы двигатель мог «вдохнуть свежего воздуха» в количестве, необходимом для продолжения следующего цикла.[4] Ракетные двигатели помимо тяги характеризуются удельным импульсом, являющимся показателем степени совершенства или качества двигателя. Этот показатель является также мерой экономичности двигателя. В приведённой ниже диаграмме в графической форме представлены верхние значения этого показателя для разных типов реактивных двигателей, в зависимости от скорости полёта, выраженной в форме числа Маха, что позволяет видеть область применимости каждого типа двигателей.

ПуВРД - Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель, ТРД - Турбореактивный двигатель, ПВРД - Прямоточный воздушно-реактивный двигатель, ГПВРД - Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель Двигатели характеризуют рядом параметров:

удельная тяга - отношение создаваемой двигателем тяги к массовому расходу топлива;

удельная тяга по весу — отношение тяги двигателя к весу двигателя.

В отличие от ракетных двигателей, тяга которых не зависит от скорости движения ракеты, тяга воздушно-реактивных двигателей (ВРД) сильно зависит от параметров полета - высоты и скорости. Пока не удалось создать универсальный ВРД, поэтому эти двигатели рассчитываются под определенный диапазон рабочих высот и скоростей. Как правило, разгон ВРД до рабочего диапазона скоростей осуществляется самим носителем либо стартовым ускорителем.

Характеристика РДТТ ЖРД ПуВРД ТРД ПВРД ГПВРД Рабочий диапазон скоростей, число Маха Удельная тяга, м/с Удельная тяга по весу

не ограничен		0.3-0.8	0-3	1.5-5	>5
2000-3000	2000-4000	~7000	15000-30000
нет	~100		~10

2.1. Другие пульсирующие ВРД

Бесклапанный ПуВРД

Образцы бесклапанных (U-образных) ПуВРД[5].

В литературе встречается описание двигателей, подобных ПуВРД.

Бесклапанные ПуВРД, иначе — U-образные ПуВРД. В этих двигателях отсутствуют механические воздушные клапаны, а чтобы обратное движение рабочего тела не приводило к уменьшению тяги, тракт двигателя выполняется в форме латинской буквы «U», концы которой обращены назад по ходу движения аппарата, при этом истечение реактивной струи происходит сразу из обоих концов тракта. Поступление свежего воздуха в камеру сгорания осуществляется за счёт волны разрежения, возникающей после импульса и «вентилирующей» камеру, а изощрённая форма тракта служит для наилучшего выполнения этой функции. Отсутствие клапанов позволяет избавиться от характерного недостатка клапанного ПуВРД — их низкой долговечности (на самолёте-снаряде Фау-1 клапана прогорали приблизительно после получаса полёта, чего вполне хватало для выполнения его боевых задач, но абсолютно неприемлемо для аппарата многоразового использования).

Детонационные ПуВРД. (англоязычное название PDE) В этих двигателях горение топливной смеси происходит в режиме детонации (в отличие от дефлаграции, которая имеет место при горении топливно-воздушных смесей во всех ВРД, рассмотренных выше). Детонационная волна распространяется в топливной смеси гораздо быстрее, чем звуковая, поэтому за время химической реакции детонационного горения объём топливной смеси не успевает существенно увеличиться, а давление возрастает скачкообразно (до значений свыше 100 ат), таким образом имеет место изохорический (при постоянном объёме) нагрев рабочего тела. После этого начинается фаза расширения рабочего тела в сопле с образованием реактивной струи. Детонационные ПуВРД могут быть как с клапанами, так и без них.Потенциальным преимуществом детонационного ПуВРД считается термический КПД более высокий, чем в ВРД любого другого типа. Практическая реализация этого двигателя находится в стадии эксперимента[6].

Детонационный ПуВРД

2.2. Область применения ПуВРД

ПуВРД характеризуется как шумный и неэкономный, зато простой и дешёвый. Высокий уровень шума и вибрации вытекает из самого пульсирующего режима его работы. О неэкономном характере использования топлива свидетельствует обширный факел, «бьющий» из сопла ПуВРД — следствие неполного сгорания топлива в камере.

Испытания американского Мустанга P-51 с ПуВРД

Сравнение ПуВРД с другими авиационными двигателями позволяет довольно точно определить область его применимости.

ПуВРД во много раз дешевле в производстве, чем газотурбинный или поршневой ДВС, поэтому при одноразовом применении он выигрывает экономически у них (разумеется, при условии, что он «справляется» с их работой). При длительной эксплуатации аппарата многоразового использования, ПуВРД проигрывает экономически этим же двигателям из-за расточительного расхода топлива.

По простоте и дешевизне ПВРД практически не уступает ПуВРД, но на скоростях менее 0,5М он неработоспособен. На более высоких скоростях, ПВРД превосходит по эффективности ПуВРД (при закрытом клапане резко возрастает лобовое сопротивление ПуВРД и на околозвуковых скоростях оно «съедает» почти всю тягу, создаваемую этим двигателем).

Самодельный двигатель из нержавеющей стали

Совокупность этих обстоятельств и определяют ту нишу, в которой находит применение ПуВРД — беспилотные летательные аппараты одноразового применения с рабочими скоростями до 0,5М,— летающие мишени, беспилотные разведчики.[7] По тем же причинам, двигатель также применяется в авиамоделизме[8]

Клапанные, так же, как и бесклапанные, ПуВРД имеют распространение в любительской авиации и авиамоделировании, благодаря простоте и дешевизне.

Примечания

Выпускавшийся серийно в Германии (1944—1945гг) ПуВРД Argus As-014 ракеты Фау-1 работал на частоте пульсаций около 45гц
Устройство и работу серийного клапанного ПуВРД модели «ДайнаДжет» можно подробно увидеть в видеофильме - www.youtube.com/watch?v=IJqkHJ2zWPY.
См. видео - www.gaz24.ru/v-1.mpg о запуске V-1 с катапульты.
ПуВРД Argus As-014 также мог работать в этом режиме, но развиваемая им при этом тяга была слишком мала, чтобы разогнать ракету Фау-1, поэтому она стартовала с катапульты, сообщавшей ей скорость, при которой двигатель становился эффективным.
Иллюстрированное описание нескольких конструкций бесклапанных ПуВРД (на английском) - www.pulse-jets.com/valveless/index.htm
Видеозаписи испытаний экспериментальных детонационных ПуВРД. - www.youtube.com/watch?v=rYxsilgRxi4
Что касается получившего широкую известность боевого применения самолёта-снаряда Фау-1, оборудованного ПуВРД, нужно отметить, что даже по меркам периода Второй мировой войны он уже не отвечал требованиям к такому оружию по скорости: более половины этих снарядов уничтожались средствами ПВО того времени, главным образом, самолётами-истребителями с поршневыми двигателями, и своим умеренным успехом Фау-1 был обязан низкому уровню развития в то время средств заблаговременного обнаружения воздушных целей.
Рольф Вилле "Постройка летающих моделей-копий", перевод с немецкого В.Н. Пальянова, Издательство ДОСААФ СССР, Москва 1986 (Rolf Wille "Flufahige, vorbildgetrene Nachbauten", Transpress VEB Verlag fur Verkehrswessen), ББК 75.725, глава 9 "Размещение двигателя на модели" страницы 114-118

Литература

ПУЛЬСИРУЮЩИЙ ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ - engine.avias.com/issues/56/page36.html
pulsejet - www.oji-ths.ed.jp/club/radio/pulse jet.htm

5. Видео

wreferat.baza-referat.ru

Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель — ВиКи

Первые патенты на пульсирующий воздушно-реактивный двигатель (ПуВРД) были получены (независимо друг от друга) в 1860-х годах Шарлем де Луврье (Франция) и Николаем Афанасьевичем Телешовым (Россия)[1]. Немецкие конструкторы, ещё накануне Второй мировой войны проводившие широкий поиск альтернатив поршневым авиационным двигателям, не обошли вниманием и это изобретение, долгое время остававшееся невостребованным. Наиболее известным летательным аппаратом (и единственным серийным) c ПуВРД Argus As-014 производства фирмы Argus-Werken, явился немецкий самолёт-снаряд Фау-1. Главный конструктор Фау-1 Роберт Люссер выбрал для него ПуВРД не ради эффективности (поршневые авиационные двигатели той эпохи обладали лучшими характеристиками), а, главным образом, из-за простоты конструкции и, как следствие, малых трудозатрат на изготовление, что было оправдано при массовом производстве одноразовых снарядов, серийно выпущенных за неполный год (с июня 1944 по март 1945) в количестве свыше 10 000 единиц.

Двигатель Фау-1

После войны исследования в области пульсирующих воздушно-реактивных двигателей продолжились во Франции (компания SNECMA) и в США (Pratt & Whitney, General Electric).Результаты этих разработок заинтересовали США и СССР. Был разработан ряд опытных и экспериментальных образцов. Первоначально основная проблема ракет «воздух-поверхность» заключалась в несовершенстве инерциальной системы наведения, точность которой считалась хорошей, если ракета с дальности в 150 километров попадала в квадрат со сторонами 3 километра. Это привело к тому, что с боезарядом на основе обычного взрывчатого вещества данные ракеты имели низкую эффективность, а ядерные заряды в то же время имели ещё слишком большую массу (несколько тонн). Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель обладает большим удельным импульсом по сравнению с ракетными двигателями, но уступает по этому показателю турбореактивным двигателям. Существенным ограничением является также то, что этот двигатель требует разгона до рабочей скорости 100 м/с и его использование ограничено скоростью порядка 250 м/с. Когда появились компактные ядерные заряды, уже была отработана конструкция более эффективных турбореактивных двигателей. Поэтому пульсирующие воздушно-реактивные двигатели не получили широкого распространения.

Представители ракет «воздух-поверхность» с пульсирующим воздушно-реактивным двигателем.

Fi-103
10Х · 14Х · 16Х — Благодаря использованию двух двигателей был достигнут практический предел скорости полёта для ПуВРД — 980км/ч (270 м/с).
JB-2

В начале 2010-х годов наблюдается возрождение интереса к ПуВРД: их разработку и испытания проводят General Electric, Pratt & Whitney, SNECMA, а также отечественное НПО «Сатурн»[2].

Изготовление авиамодели с ПуВРД

Конструктивно, ПуВРД представляет собой цилиндрическую камеру сгорания с длинным цилиндрическим соплом меньшего диаметра[4]. Передняя часть камеры соединена со входным диффузором, через который воздух поступает в камеру.

гибкие прямоугольные клапанные пластинки

Для инициирования процесса горения в камере устанавливается свеча зажигания, которая создаёт высокочастотную серию электрических разрядов, и топливная смесь воспламеняется, как только концентрация горючего в ней достигает некоторого, достаточного для возгорания, уровня. Когда оболочка камеры сгорания достаточно прогревается (обычно, через несколько секунд после начала работы большого двигателя, или через доли секунды — малого; без охлаждения потоком воздуха, стальные стенки камеры сгорания быстро нагреваются докрасна), электрозажигание вовсе становится ненужным: топливная смесь воспламеняется от горячих стенок камеры.

Схема работы ПуВРД

Цикл работы ПуВРД иллюстрируется рисунком справа:

1. Воздушный клапан открыт, воздух поступает в камеру сгорания, форсунка впрыскивает горючее, и в камере образуется топливная смесь.
2. Топливная смесь воспламеняется и сгорает, давление в камере сгорания резко возрастает и закрывает воздушный клапан и обратный клапан в топливном тракте. Продукты сгорания, расширяясь, истекают из сопла, создавая реактивную тягу.
3. Давление в камере уравнивается с атмосферным, под напором воздуха в диффузоре воздушный клапан открывается и воздух начинает поступать в камеру, топливный клапан тоже открывается, двигатель переходит к фазе 1.

Во-первых, наличие у ПуВРД воздушного клапана, очевидным назначением которого является предотвращение обратного движения рабочего тела вперёд по ходу движения аппарата (что свело бы на нет реактивную тягу). В ПВРД (как и в ТРД) этот клапан не нужен, поскольку обратному движению рабочего тела в тракте двигателя препятствует «барьер» давления на входе в камеру сгорания, созданный в ходе сжатия рабочего тела. В ПуВРД начальное сжатие слишком мало, а необходимое для совершения работы повышение давления в камере сгорания достигается благодаря нагреву рабочего тела (при сжигании горючего) в постоянном объёме, ограниченном стенками камеры, клапаном, и инерцией газового столба в длинном сопле двигателя. Поэтому ПуВРД с точки зрения термодинамики тепловых двигателей относится к иной категории, нежели ПВРД или ТРД — его работа описывается циклом Хамфри (Humphrey), в то время как работа ПВРД и ТРД описывается циклом Брайтона.

Во-вторых, пульсирующий, прерывистый характер работы ПуВРД, также вносит существенные различия в механизм его функционирования, в сравнении с ВРД непрерывного действия. Для объяснения работы ПуВРД недостаточно рассматривать только газодинамические и термодинамические процессы, происходящие в нём. Двигатель работает в режиме автоколебаний, которые синхронизируют по времени работу всех его элементов. На частоту этих автоколебаний оказывают влияние инерционные характеристики всех частей ПуВРД, в том числе инерция газового столба в длинном сопле двигателя, и время распространения по нему акустической волны. Увеличение длины сопла приводит к снижению частоты пульсаций и наоборот. При определённой длине сопла достигается резонансная частота, при которой автоколебания становятся устойчивыми, а амплитуда колебаний каждого элемента — максимальной. При разработке двигателя эта длина подбирается экспериментально в ходе испытаний и доводки.

Функционирование двигателя в этом случае объясняется следующим образом. Когда давление в камере после очередного импульса снижается до атмосферного, движение газа в сопле по инерции продолжается, и это приводит к понижению давления в камере до уровня ниже атмосферного. Когда воздушный клапан открывается под воздействием атмосферного давления (на что тоже требуется некоторое время), в камере уже создано достаточное разрежение, чтобы двигатель мог «вдохнуть свежего воздуха» в количестве, необходимом для продолжения следующего цикла.[6] Ракетные двигатели помимо тяги характеризуются удельным импульсом, являющимся показателем степени совершенства или качества двигателя. Этот показатель является также мерой экономичности двигателя. В приведённой ниже диаграмме в графической форме представлены верхние значения этого показателя для разных типов реактивных двигателей, в зависимости от скорости полёта, выраженной в форме числа Маха, что позволяет видеть область применимости каждого типа двигателей.

ПуВРД — Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель, ТРД — Турбореактивный двигатель, ПВРД — Прямоточный воздушно-реактивный двигатель, ГПВРД — Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель.

Двигатели характеризуют рядом параметров:

удельная тяга — отношение создаваемой двигателем тяги к массовому расходу топлива;
удельная тяга по весу — отношение тяги двигателя к весу двигателя.

В отличие от ракетных двигателей, тяга которых не зависит от скорости движения ракеты, тяга воздушно-реактивных двигателей (ВРД) сильно зависит от параметров полёта — высоты и скорости. Пока не удалось создать универсальный ВРД, поэтому эти двигатели рассчитываются под определенный диапазон рабочих высот и скоростей. Как правило, разгон ВРД до рабочего диапазона скоростей осуществляется самим носителем либо стартовым ускорителем.

не ограничен		0,3-0,8	0-3	1,5-5	>5
2000-3000	2000-4000	~7000	15000-30000
нет	~100		~10

Другие пульсирующие ВРД

Бесклапанный ПуВРД Образцы бесклапанных (U-образных) ПуВРД[7].

В литературе встречается описание двигателей, подобных ПуВРД.

Бесклапанные ПуВРД, иначе — U-образные ПуВРД. В этих двигателях отсутствуют механические воздушные клапаны, а чтобы обратное движение рабочего тела не приводило к уменьшению тяги, тракт двигателя выполняется в форме латинской буквы «U», концы которой обращены назад по ходу движения аппарата, при этом истечение реактивной струи происходит сразу из обоих концов тракта. Поступление свежего воздуха в камеру сгорания осуществляется за счёт волны разрежения, возникающей после импульса и «вентилирующей» камеру, а изощрённая форма тракта служит для наилучшего выполнения этой функции. Отсутствие клапанов позволяет избавиться от характерного недостатка клапанного ПуВРД — их низкой долговечности (на самолёте-снаряде Фау-1 клапаны прогорали приблизительно после получаса полёта, чего вполне хватало для выполнения его боевых задач, но абсолютно неприемлемо для аппарата многоразового использования).

Детонационные ПуВРД. (англоязычное название PDE) В этих двигателях горение топливной смеси происходит в режиме детонации (в отличие от дефлаграции, которая имеет место при горении топливно-воздушных смесей во всех ВРД, рассмотренных выше). Детонационная волна распространяется в топливной смеси гораздо быстрее, чем звуковая, поэтому за время химической реакции детонационного горения объём топливной смеси не успевает существенно увеличиться, а давление возрастает скачкообразно (до значений свыше 100 ат), таким образом имеет место изохорический (при постоянном объёме) нагрев рабочего тела. После этого начинается фаза расширения рабочего тела в сопле с образованием реактивной струи. Детонационные ПуВРД могут быть как с клапанами, так и без них. Потенциальным преимуществом детонационного ПуВРД считается термический КПД более высокий, чем в ВРД любого другого типа. Практическая реализация этого двигателя находится в стадии эксперимента[8].

Область применения ПуВРД

Испытания американского Мустанга P-51 с ПуВРД

Самодельный двигатель из нержавеющей стали

Совокупность этих обстоятельств и определяют ту нишу, в которой находит применение ПуВРД — беспилотные летательные аппараты одноразового применения с рабочими скоростями до 0,5М,— летающие мишени, беспилотные разведчики[9].[10] По тем же причинам, двигатель также применяется в авиамоделизме[11].

Клапанные, так же, как и бесклапанные, ПуВРД имеют распространение в любительской авиации и авиамоделировании, благодаря простоте и дешевизне. По этой причине маленькие двигатели этого типа стали очень популярны среди авиамоделистов и в любительской авиации; появились коммерческие фирмы, производящие на продажу для этих целей ПуВРД и клапаны к ним (быстроизнашивающаяся запчасть).

ПуВРД может использоваться не только в качестве двигателя, но и в качестве стационарной установки для генерации тепла[9].

xn--b1aeclack5b4j.xn--j1aef.xn--p1ai

Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель — википедия орг

Двигатель Фау-1

Представители ракет «воздух-поверхность» с пульсирующим воздушно-реактивным двигателем.

Fi-103
10Х · 14Х · 16Х — Благодаря использованию двух двигателей был достигнут практический предел скорости полёта для ПуВРД — 980км/ч (270 м/с).
JB-2

Изготовление авиамодели с ПуВРД

гибкие прямоугольные клапанные пластинки

Для инициирования процесса горения в камере устанавливается свеча зажигания, которая создаёт высокочастотную серию электрических разрядов, и топливная смесь воспламеняется, как только концентрация горючего в ней достигает некоторого, достаточного для возгорания, уровня. Когда оболочка камеры сгорания достаточно прогревается (обычно, через несколько секунд после начала работы большого двигателя, или через доли секунды — малого; без охлаждения потоком воздуха, стальные стенки камеры сгорания быстро нагреваются докрасна), электрозажигание вовсе становится ненужным: топливная смесь воспламеняется от горячих стенок камеры.

Схема работы ПуВРД

Цикл работы ПуВРД иллюстрируется рисунком справа:

1. Воздушный клапан открыт, воздух поступает в камеру сгорания, форсунка впрыскивает горючее, и в камере образуется топливная смесь.
2. Топливная смесь воспламеняется и сгорает, давление в камере сгорания резко возрастает и закрывает воздушный клапан и обратный клапан в топливном тракте. Продукты сгорания, расширяясь, истекают из сопла, создавая реактивную тягу.
3. Давление в камере уравнивается с атмосферным, под напором воздуха в диффузоре воздушный клапан открывается и воздух начинает поступать в камеру, топливный клапан тоже открывается, двигатель переходит к фазе 1.

Во-первых, наличие у ПуВРД воздушного клапана, очевидным назначением которого является предотвращение обратного движения рабочего тела вперёд по ходу движения аппарата (что свело бы на нет реактивную тягу). В ПВРД (как и в ТРД) этот клапан не нужен, поскольку обратному движению рабочего тела в тракте двигателя препятствует «барьер» давления на входе в камеру сгорания, созданный в ходе сжатия рабочего тела. В ПуВРД начальное сжатие слишком мало, а необходимое для совершения работы повышение давления в камере сгорания достигается благодаря нагреву рабочего тела (при сжигании горючего) в постоянном объёме, ограниченном стенками камеры, клапаном, и инерцией газового столба в длинном сопле двигателя. Поэтому ПуВРД с точки зрения термодинамики тепловых двигателей относится к иной категории, нежели ПВРД или ТРД — его работа описывается циклом Хамфри (Humphrey), в то время как работа ПВРД и ТРД описывается циклом Брайтона.

Во-вторых, пульсирующий, прерывистый характер работы ПуВРД, также вносит существенные различия в механизм его функционирования, в сравнении с ВРД непрерывного действия. Для объяснения работы ПуВРД недостаточно рассматривать только газодинамические и термодинамические процессы, происходящие в нём. Двигатель работает в режиме автоколебаний, которые синхронизируют по времени работу всех его элементов. На частоту этих автоколебаний оказывают влияние инерционные характеристики всех частей ПуВРД, в том числе инерция газового столба в длинном сопле двигателя, и время распространения по нему акустической волны. Увеличение длины сопла приводит к снижению частоты пульсаций и наоборот. При определённой длине сопла достигается резонансная частота, при которой автоколебания становятся устойчивыми, а амплитуда колебаний каждого элемента — максимальной. При разработке двигателя эта длина подбирается экспериментально в ходе испытаний и доводки.

Функционирование двигателя в этом случае объясняется следующим образом. Когда давление в камере после очередного импульса снижается до атмосферного, движение газа в сопле по инерции продолжается, и это приводит к понижению давления в камере до уровня ниже атмосферного. Когда воздушный клапан открывается под воздействием атмосферного давления (на что тоже требуется некоторое время), в камере уже создано достаточное разрежение, чтобы двигатель мог «вдохнуть свежего воздуха» в количестве, необходимом для продолжения следующего цикла.[6] Ракетные двигатели помимо тяги характеризуются удельным импульсом, являющимся показателем степени совершенства или качества двигателя. Этот показатель является также мерой экономичности двигателя. В приведённой ниже диаграмме в графической форме представлены верхние значения этого показателя для разных типов реактивных двигателей, в зависимости от скорости полёта, выраженной в форме числа Маха, что позволяет видеть область применимости каждого типа двигателей.

Двигатели характеризуют рядом параметров:

удельная тяга — отношение создаваемой двигателем тяги к массовому расходу топлива;
удельная тяга по весу — отношение тяги двигателя к весу двигателя.

не ограничен		0,3-0,8	0-3	1,5-5	>5
2000-3000	2000-4000	~7000	15000-30000
нет	~100		~10

Другие пульсирующие ВРД

Бесклапанный ПуВРД Образцы бесклапанных (U-образных) ПуВРД[7].

В литературе встречается описание двигателей, подобных ПуВРД.

Бесклапанные ПуВРД, иначе — U-образные ПуВРД. В этих двигателях отсутствуют механические воздушные клапаны, а чтобы обратное движение рабочего тела не приводило к уменьшению тяги, тракт двигателя выполняется в форме латинской буквы «U», концы которой обращены назад по ходу движения аппарата, при этом истечение реактивной струи происходит сразу из обоих концов тракта. Поступление свежего воздуха в камеру сгорания осуществляется за счёт волны разрежения, возникающей после импульса и «вентилирующей» камеру, а изощрённая форма тракта служит для наилучшего выполнения этой функции. Отсутствие клапанов позволяет избавиться от характерного недостатка клапанного ПуВРД — их низкой долговечности (на самолёте-снаряде Фау-1 клапаны прогорали приблизительно после получаса полёта, чего вполне хватало для выполнения его боевых задач, но абсолютно неприемлемо для аппарата многоразового использования).

Детонационные ПуВРД. (англоязычное название PDE) В этих двигателях горение топливной смеси происходит в режиме детонации (в отличие от дефлаграции, которая имеет место при горении топливно-воздушных смесей во всех ВРД, рассмотренных выше). Детонационная волна распространяется в топливной смеси гораздо быстрее, чем звуковая, поэтому за время химической реакции детонационного горения объём топливной смеси не успевает существенно увеличиться, а давление возрастает скачкообразно (до значений свыше 100 ат), таким образом имеет место изохорический (при постоянном объёме) нагрев рабочего тела. После этого начинается фаза расширения рабочего тела в сопле с образованием реактивной струи. Детонационные ПуВРД могут быть как с клапанами, так и без них. Потенциальным преимуществом детонационного ПуВРД считается термический КПД более высокий, чем в ВРД любого другого типа. Практическая реализация этого двигателя находится в стадии эксперимента[8].

Область применения ПуВРД

Испытания американского Мустанга P-51 с ПуВРД

Самодельный двигатель из нержавеющей стали

Совокупность этих обстоятельств и определяют ту нишу, в которой находит применение ПуВРД — беспилотные летательные аппараты одноразового применения с рабочими скоростями до 0,5М,— летающие мишени, беспилотные разведчики[9].[10] По тем же причинам, двигатель также применяется в авиамоделизме[11].

www-wikipediya.ru

Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель Вики

Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель

Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель — вариант воздушно-реактивного двигателя. В ПуВРД используется камера сгорания с входными клапанами и длинное цилиндрическое выходное сопло. Горючее и воздух подаются периодически.

Цикл работы ПуВРД состоит из следующих фаз:

Клапаны открываются и в камеру сгорания поступает воздух и топливо, образуется воздушно-топливная смесь.
Смесь поджигается с помощью искры свечи зажигания. Образовавшееся избыточное давление закрывает клапан.
Горячие продукты сгорания выходят через сопло, создавая реактивную тягу и технический вакуум в камере сгорания.

История[ | код]

Двигатель Фау-1

Представители ракет «воздух-поверхность» с пульсирующим воздушно-реактивным двигателем.

Fi-103
10Х · 14Х · 16Х — Благодаря использованию двух двигателей был достигнут практический предел скорости полёта для ПуВРД — 980км/ч (270 м/с).
JB-2

Принцип действия и устройство ПуВРД[ | код]

Изготовление авиамодели с ПуВРД

гибкие прямоугольные клапанные пластинки

Для инициирования процесса горения в камере устанавливается свеча зажигания, которая создаёт высокочастотную серию электрических разрядов, и топливная смесь воспламеняется, как только концентрация горючего в ней достигает некоторого, достаточного для возгорания, уровня. Когда оболочка камеры сгорания достаточно прогревается (обычно, через несколько секунд после начала работы большого двигателя, или через доли секунды — малого; без охлаждения потоком воздуха, стальные стенки камеры сгорания быстро нагреваются докрасна), электрозажигание вовсе становится ненужным: топливная смесь воспламеняется от горячих стенок камеры.

Схема работы ПуВРД

Цикл работы ПуВРД иллюстрируется рисунком справа:

1. Воздушный клапан открыт, воздух поступает в камеру сгорания, форсунка впрыскивает горючее, и в камере образуется топливная смесь.
2. Топливная смесь воспламеняется и сгорает, давление в камере сгорания резко возрастает и закрывает воздушный клапан и обратный клапан в топливном тракте. Продукты сгорания, расширяясь, истекают из сопла, создавая реактивную тягу.
3. Давление в камере уравнивается с атмосферным, под напором воздуха в диффузоре воздушный клапан открывается и воздух начинает поступать в камеру, топливный клапан тоже открывается, двигатель переходит к фазе 1.

Во-первых, наличие у ПуВРД воздушного клапана, очевидным назначением которого является предотвращение обратного движения рабочего тела вперёд по ходу движения аппарата (что свело бы на нет реактивную тягу). В ПВРД (как и в ТРД) этот клапан не нужен, поскольку обратному движению рабочего тела в тракте двигателя препятствует «барьер» давления на входе в камеру сгорания, созданный в ходе сжатия рабочего тела. В ПуВРД начальное сжатие слишком мало, а необходимое для совершения работы повышение давления в камере сгорания достигается благодаря нагреву рабочего тела (при сжигании горючего) в постоянном объёме, ограниченном стенками камеры, клапаном, и инерцией газового столба в длинном сопле двигателя. Поэтому ПуВРД с точки зрения термодинамики тепловых двигателей относится к иной категории, нежели ПВРД или ТРД — его работа описывается циклом Хамфри (Humphrey), в то время как работа ПВРД и ТРД описывается циклом Брайтона.

Во-вторых, пульсирующий, прерывистый характер работы ПуВРД, также вносит существенные различия в механизм его функционирования, в сравнении с ВРД непрерывного действия. Для объяснения работы ПуВРД недостаточно рассматривать только газодинамические и термодинамические процессы, происходящие в нём. Двигатель работает в режиме автоколебаний, которые синхронизируют по времени работу всех его элементов. На частоту этих автоколебаний оказывают влияние инерционные характеристики всех частей ПуВРД, в том числе инерция газового столба в длинном сопле двигателя, и время распространения по нему акустической волны. Увеличение длины сопла приводит к снижению частоты пульсаций и наоборот. При определённой длине сопла достигается резонансная частота, при которой автоколебания становятся устойчивыми, а амплитуда колебаний каждого элемента — максимальной. При разработке двигателя эта длина подбирается экспериментально в ходе испытаний и доводки.

Функционирование двигателя в этом случае объясняется следующим образом. Когда давление в камере после очередного импульса снижается до атмосферного, движение газа в сопле по инерции продолжается, и это приводит к понижению давления в камере до уровня ниже атмосферного. Когда воздушный клапан открывается под воздействием атмосферного давления (на что тоже требуется некоторое время), в камере уже создано достаточное разрежение, чтобы двигатель мог «вдохнуть свежего воздуха» в количестве, необходимом для продолжения следующего цикла.[6] Ракетные двигатели помимо тяги характеризуются удельным импульсом, являющимся показателем степени совершенства или качества двигателя. Этот показатель является также мерой экономичности двигателя. В приведённой ниже диаграмме в графической форме представлены верхние значения этого показателя для разных типов реактивных двигателей, в зависимости от скорости полёта, выраженной в форме числа Маха, что позволяет видеть область применимости каждого типа двигателей.

Двигатели характеризуют рядом параметров:

удельная тяга — отношение создаваемой двигателем тяги к массовому расходу топлива;
удельная тяга по весу — отношение тяги двигателя к весу двигателя.

не ограничен		0,3-0,8	0-3	1,5-5	>5
2000-3000	2000-4000	~7000	15000-30000
нет	~100		~10

Другие пульсирующие ВРД[ | код]

Бесклапанный ПуВРД Образцы бесклапанных (U-образных) ПуВРД[7].

В литературе встречается описание двигателей, подобных ПуВРД.

Бесклапанные ПуВРД, иначе — U-образные ПуВРД. В этих двигателях отсутствуют механические воздушные клапаны, а чтобы обратное движение рабочего тела не приводило к уменьшению тяги, тракт двигателя выполняется в форме латинской буквы «U», концы которой обращены назад по ходу движения аппарата, при этом истечение реактивной струи происходит сразу из обоих концов тракта. Поступление свежего воздуха в камеру сгорания осуществляется за счёт волны разрежения, возникающей после импульса и «вентилирующей» камеру, а изощрённая форма тракта служит для наилучшего выполнения этой функции. Отсутствие клапанов позволяет избавиться от характерного недостатка клапанного ПуВРД — их низкой долговечности (на самолёте-снаряде Фау-1 клапаны прогорали приблизительно после получаса полёта, чего вполне хватало для выполнения его боевых задач, но абсолютно неприемлемо для аппарата многоразового использования).

Детонационные ПуВРД. (англоязычное название PDE) В этих двигателях горение топливной смеси происходит в режиме детонации (в отличие от дефлаграции, которая имеет место при горении топливно-воздушных смесей во всех ВРД, рассмотренных выше). Детонационная волна распространяется в топливной смеси гораздо быстрее, чем звуковая, поэтому за время химической реакции детонационного горения объём топливной смеси не успевает существенно увеличиться, а давление возрастает скачкообразно (до значений свыше 100 ат), таким образом имеет место изохорический (при постоянном объёме) нагрев рабочего тела. После этого начинается фаза расширения рабочего тела в сопле с образованием реактивной струи. Детонационные ПуВРД могут быть как с клапанами, так и без них. Потенциальным преимуществом детонационного ПуВРД считается термический КПД более высокий, чем в ВРД любого другого типа. Практическая реализация этого двигателя находится в стадии эксперимента[8].

Область применения ПуВРД[ | код]

Испытания американского Мустанга P-51 с ПуВРД

Самодельный двигатель из нержавеющей стали

Совокупность этих обстоятельств и определяют ту нишу, в которой находит применение ПуВРД — беспилотные летательные аппараты одноразового применения с рабочими скоростями до 0,5М,— летающие мишени, беспилотные разведчики[9].[10] По тем же причинам, двигатель также применяется в авиамоделизме[11].

Примечания[ | код]

↑ Соболев Д. А. История самолётов. Начальный период.. — М.: РОССПЭН, 1995. — 343 с.
↑ В России испытали пульсирующий детонационный двигатель
↑ Выпускавшийся серийно в Германии (1944—1945гг) ПуВРД Argus As-014 ракеты Фау-1 работал на частоте пульсаций около 45гц
↑ Устройство и работу серийного клапанного ПуВРД модели «ДайнаДжет» можно подробно увидеть в видеофильме.
↑ См. видео о запуске V-1 с катапульты.
↑ ПуВРД Argus As-014 также мог работать в этом режиме, но развиваемая им при этом тяга была слишком мала, чтобы разогнать ракету Фау-1, поэтому она стартовала с катапульты, сообщавшей ей скорость, при которой двигатель становился эффективным.
↑ Иллюстрированное описание нескольких конструкций бесклапанных ПуВРД (на английском)
↑ Видеозаписи испытаний экспериментальных детонационных ПуВРД.
↑ 1 2 Олег Макаров. Огненный пульс // Популярная механика. — 2017. — № 11. — С. 122-126.
↑ Что касается получившего широкую известность боевого применения самолёта-снаряда Фау-1, оборудованного ПуВРД, нужно отметить, что даже по меркам периода Второй мировой войны он уже не отвечал требованиям к такому оружию по скорости: более половины этих снарядов уничтожались средствами ПВО того времени, главным образом, самолётами-истребителями с поршневыми двигателями, и своим умеренным успехом Фау-1 был обязан низкому уровню развития в то время средств заблаговременного обнаружения воздушных целей.
↑ Рольф Вилле «Постройка летающих моделей-копий», перевод с немецкого В. Н. Пальянова, Издательство ДОСААФ СССР, Москва 1986 (Rolf Wille «Flufahige, vorbildgetrene Nachbauten», Transpress VEB Verlag fur Verkehrswessen), ББК 75.725, глава 9 «Размещение двигателя на модели» страницы 114-118

Литература[ | код]

Видео[ | код]

ru.wikibedia.ru

Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель - Вики

Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель

Цикл работы ПуВРД состоит из следующих фаз:

Клапаны открываются и в камеру сгорания поступает воздух и топливо, образуется воздушно-топливная смесь.
Смесь поджигается с помощью искры свечи зажигания. Образовавшееся избыточное давление закрывает клапан.
Горячие продукты сгорания выходят через сопло, создавая реактивную тягу и технический вакуум в камере сгорания.

Двигатель Фау-1

Представители ракет «воздух-поверхность» с пульсирующим воздушно-реактивным двигателем.

Fi-103
10Х · 14Х · 16Х — Благодаря использованию двух двигателей был достигнут практический предел скорости полёта для ПуВРД — 980км/ч (270 м/с).
JB-2

Изготовление авиамодели с ПуВРД

Конструктивно, ПуВРД представляет собой цилиндрическую камеру сгорания с длинным цилиндрическим соплом меньшего диаметра[4]. Передняя часть камеры

ru.wikiredia.com

Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель Википедия

Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель

Цикл работы ПуВРД состоит из следующих фаз:

Клапаны открываются и в камеру сгорания поступает воздух и топливо, образуется воздушно-топливная смесь.
Смесь поджигается с помощью искры свечи зажигания. Образовавшееся избыточное давление закрывает клапан.
Горячие продукты сгорания выходят через сопло, создавая реактивную тягу и технический вакуум в камере сгорания.

Двигатель Фау-1

Представители ракет «воздух-поверхность» с пульсирующим воздушно-реактивным двигателем.

Fi-103
10Х · 14Х · 16Х — Благодаря использованию двух двигателей был достигнут практический предел скорости полёта для ПуВРД — 980км/ч (270 м/с).
JB-2

ruwikiorg.ru

Новые модификации пульсирующих прямоточных, воздушно реактивных двигателей. - Мои статьи - Каталог статей

Устройство и принцип работы пульсирующих, прямоточных воздушно реактивных двигателей.

Пульсирующие, прямоточные, воздушно реактивные двигатели, это разновидность воздушно реактивных двигателей, работающих в импульсном режиме, за счет периодического, взрывообразного горения топливовоздушной смеси. В пульсирующих двигателях, механическая работа совершается за счет взрывообразного расширения, сгорающей топливовоздушной смеси. А конструкция двигателя, служит для того, чтобы направить ударную волну в нужную сторону, для создания тяги и обеспечения условий для непрерывного поступления в двигатель новых порций воздуха. Принцип работы пульсирующих двигателей позволяет обходиться без сложной механики, что определяет главное достоинство двигателей этого типа, простоту и низкую стоимость.

Традиционный пульсирующий воздушно реактивный двигатель, представляет собой трубу, имеющую на входе, воздухозаборник с жалюзи образными решетками. Решетки, оснащены клапанами из тонких стальных пластин, которые закрываются под давлением газов изнутри двигателя, и открываются под давлением набегающего потока воздуха. Клапаны решеток, закрываются во время импульсного сгорания топлива, предотвращая истечение реактивной струи через заборное отверстие и направляя ее в сопло. Но решетки не препятствуют движению воздуха в двигатель, что обеспечивает поступление в двигатель свежего воздуха в периоды между импульсами, обеспечивая его непрерывную работу.

Пульсирующий, воздушно реактивный двигатель традиционной конструкции, имеет длинное сопло. Инерция движения по соплу реактивной струи, образованной импульсным горением, создает разреженность в камере сгорания, работая как «Вакуумный насос», что способствует поступлению в двигатель свежего воздуха. Поступлению воздуха в двигатель, способствует и давление «Скоростного напора», потока воздуха, набегающего на высокой скорости полета.

Традиционные пульсирующие воздушно реактивные двигатели не могут развивать полную тягу с нулевой скоростью, и для нормальной работы нуждаются в скоростном напоре. Поэтому, аппараты, оснащенные этим двигателем, взлетают при помощи реактивных ускорителей или катапульт.

Решетки пульсирующих двигателей, не долговечны, и как правило их ресурса хватает на один, или несколько полетов. Хотя решетки, деталь, достаточно простая и дешевая в производстве, чтобы ее стоимость не делала двигатель дорогим. И пульсирующие двигатели, как правило, используются на одноразовых аппаратах, таких как военные, крылатые ракеты, беспилотные самолеты разведчики, или летающие мишени. Но все-таки, низкий ресурс решеток, одних из основных недостатков двигателей этого типа.

Пульсирующие, прямоточные воздушно реактивные двигатели без клапанов.

Есть традиционная модификация пульсирующих воздушно реактивных двигателей, не имеющих клапанов. Этот двигатель, имеет V образную камеру сгорания, с заборным отверстием, направленным в сторону обратную движению аппарата. В двигателях этого типа, во время сгорания топливной смеси, ударная волна и газы истекают из обоих концов трубы. Но так как благодаря дугообразной форме, оба конца двигателя направлены назад, во время импульсов, они создают реактивную тягу направленную вперед. Но между импульсами, длинное сопло, с одного конца двигателя, вытягивает отработанные газы и засасывает в двигатель новые порции воздуха, обеспечивая его непрерывную работу.

К недостаткам двигателя, этой модификации, можно отнести то, что она не позволяет использовать набегающий поток воздуха для продувки камеры сгорания. А так же на высокой скорости, из-за того, что входное отверстие направлено назад, снижается давление поступающего в двигатель воздуха, что соответственно снижает его мощность. Традиционные двигатели без решеток, имеют не высокую мощность и не позволяют развивать высокую скорость. Но они имеют элементарно простую конструкцию и низкую стоимость. Двигатели без клапанов, как правило, используются для моделей или других, легких, не скоростных аппаратов. В этой нише низкая мощность и скорость не являются серьезными недостатками, но простота и дешевизна являются преимуществом. Поэтому в своей нише, пульсирующие двигатели без решеток достаточно функциональны. Хотя, их мощность и оставляет желать лучшего.

Новые модификации пульсирующих прямоточных воздушно реактивных двигателей.

Две изобретенные мной новации, применимые для модернизации пульсирующих воздушно реактивных двигателей, позволяют получить новые модификации этих двигателей, которые не имеют основных недостатков традиционных модификаций.

Это использование вместо удлиненного сопла для создания разреженности в камере сгорания между импульсами, сопла с открытым воздухозаборником «Эжектора». Вместе с синхронной, попеременной работой двух, или более, камер сгорания, сопла которых выходят в один эжектор, что позволяет использовать «Эжекторный подсос» воздуха реактивной струей одного двигателя, для продувки другого. При такой конструкции, несколько камер сгорания объединены в один, двигатель, представляя собой, его синхронно работающие «Сегменты».

«Эжекторное сопло», позволяет повысить КПД и мощность, пульсирующих двигателей, а продувка камеры сгорания одного сегмента двигателя, за счет подсоса от реактивной струи другого, позволяют повысить эффективность продувки, что делает двигатели мощнее и позволяет им давать высокую тягу на нулевой скорости.

Эжекторное сопло, отличается от традиционного тем, что оно имеет кольцеорбазный воздухозаборник на входе. И струя газов, истекающих из реактивного двигателя во время расширения в эжекторном сопле, смешивается с атмосферным воздухом. В предлагаемых, новых модификациях пульсирующих воздушно реактивных двигателей, реактивные струи, истекающие в эжектор из сегментов двигателя, сначала проходят через сопла этих сегментов. Поэтому, когда газы попадают в эжектор, они уже «Отработавшие» в соплах сегментов, отдавшие энергию расширения на преобразование в энергию собственного ускорения и реактивного импульса «Отдачи». Так как эжекторное сопло открыто со стороны входа, оно не является продолжением сопел отдельных сегментов, и входящие в него реактивные струи продолжают в нем свое движение по инерции, «В свободном полете», как в открытом воздухе. Но попадающие в эжектор струи газов имеют сверхзвуковую скорость и большую кинетическую энергию, запасенную в виде скорости. И эта энергия расходуется на подсос воздуха и протяжку сегментов двигателей, но она не отнимается от реактивного импульса и ее расход не ведет к снижению эффективности двигателя. Энергия отработанных газов, даровая, с точки зрения расхода топлива.

Эжектор, Википедия: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%B6%D0%B5%D0%BA%D1%82%D0%BE%D1%80

Эжекторное сопло, интернет: http://www.heuristic.su/effects/catalog/tech/byId/description/893/index.html

Эжекторное сопло, интернет: http://www.ngpedia.ru/id456465p1.html

Основное отличие эжекторного сопла, от традиционного удлиненного сопла пульсирующих воздушно реактивных двигателей, в том, что в эжекторе кинетическая энергия газов реактивной струи, которая расходуется на продувку камер сгорания не отнимается от реактивного импульса. Так как эти газы уже отработавшие в сопле, а эжектор не является продолжением сопел отдельных сегментов. И соответственно КПД и мощность предлагаемой модификации двигателей выше. Выше и уровень мощности, направленной на продувку камер сгорания.

На основе предложенных новых подходов в конструировании, может быть сконструирована новая модификация пульсирующего, прямоточного воздушно реактивного двигателя. Двигатель, состоящий из двух, или большего количества сегментов, работающих попеременно и синхронно, сопла которых выходят в один эжектор, играющий роль «Вакуумного насоса» для продувки сегментов, имеет более высокую мощность, может развивать высокую тягу на нулевой скорости и создает при движении меньшее лобовое сопротивление на высоких скоростях.

Новые модификации прямоточных, пульсирующих воздушно реактивных двигателей без клапанов.

Другая новация, предлагаемая для модернизации пульсирующих воздушно реактивных двигателей, позволяет избавиться от основных недостатков пульсирующих двигателей без решеток.

Суть этой новации в том, что входные отверстия двигателей не развернуты назад, а повернуты на 90 градусов, находясь в нейтральном положении к набегающему потоку воздуха. Но истекающие из этих отверстий во время импульсов струи газов, разворачиваются назад пластинами, имеющими профиль сопла. И таким образом, работающие как «Сопла внешнего расширения». Или истекающие струи газов, попадают в трубу направленную назад, и имеющую профиль длинного сопла, и срабатывают в этом сопле вместе с захваченными потоками атмосферного воздуха, преобразуя свою энергию в реактивный импульс, подобно тому, как работает эжекторное сопло.

Но так как, входные отверстия двигателя расположены в нейтральном положении по отношению к набегающему потоку воздуха, а эжекторные сопла двигателей между импульсами, будут работать как вакуумные насосы, двигатель, сможет подсасывать атмосферный воздух, независимо от скорости.

Такая конструкция безклапанного пульсирующего двигателя, позволяет ему работать, не теряя мощности на высокой скорости. А, кроме того, за счет наплывов воздухозаборника, можно создавать зоны повышенного давления, у входных отверстий двигателя, что позволит ему использовать энергию скоростного напора для продувки камеры сгорания и будет повышать давление поступающего в двигатель воздуха, что даст возможность увеличивать его мощность с ростом скорости. И потенциально позволит пульсирующему двигателю переходить в непрерывный режим работы, «Прямоточного воздушно реактивного двигателя», на околозвуковых, или сверхзвуковых скоростях.

На основе предложенной конструкции пульсирующего двигателя без клапанов, может быть сконструирована новая модификация, двигателя этого типа, не имеющая основных недостатков традиционной модификации, таких как низкая мощность и падение мощности с ростом скорости. Но сочетающая в себе основные преимущества традиционных пульсирующих двигателей без клапанов, таких как простота и долговечность и традиционных двигателей с клапанами, таких как, высокая мощность и работоспособность на высокой скорости. Новая модификация без клапанного двигателя, так же имеет принципиально новые преимущества, заключающиеся в возможности увеличения мощности с ростом скорости, возможности работать на околозвуковых и сверхзвуковых скоростях и возможности переходить в режим непрерывный режим работы, прямоточного, воздушно реактивного двигателя. Что дает возможность создания на основе предложенной модификации двигателей, двигательных установок перспективных сверхзвуковых, или гиперзвуковых летательных аппаратов.

Предложенные направления модернизации пульсирующих прямоточных воздушно реактивных двигателей, и предложенные новые модификации этих двигателей, позволяют избавиться от основных недостатков традиционных двигательных установок этого типа. И соответственно улучшить эксплуатационные и экономические показатели двигателей этого типа и расширить область их применения.

Низкая цена и высокая гибкость в конструировании пульсирующих двигателей, так же, может дать новые возможности для конструирования летательных аппаратов с особыми свойствами.

Николай Агапов.

spaceexpansion.ucoz.ru