Реактивный пульсирующий двигатель: от Фау до наших дней |

Содержание

Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель | Техника и человек

Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель (ПуВРД) – это одна из трех основных разновидностей воздушно-реактивных двигателей (ВРД), особенностью которой является пульсирующий режим работы. Пульсация создает характерный и очень громкий звук, по которому легко узнать эти моторы. В отличие от других типов силовых агрегатов ПуВРД имеет максимально упрощенную конструкцию и небольшой вес.

Строение и принцип действия ПуВРД

Устройство ПуВРД

Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель – это полый канал, открытый с двух сторон. С одной стороны – на входе – установлен воздухозаборник, за ним – тяговый узел с клапанами, дальше расположена одна или несколько камер сгорания и сопло, через которое выходит реактивный поток. Поскольку работа двигателя циклична, можно выделить основные ее такты:

такт впуска, во время которого входной клапан открывается, и в камеру сгорания под действием разряжения в ней попадает воздух. В это же время через форсунки впрыскивается топливо, в результате чего образуется топливный заряд;
полученный топливный заряд воспламеняется от искры свечи зажигания, в процессе горения образуются газы с высоким давлением, под действием которого закрывается впускной клапан;
при закрытом клапане продукты сгорания выходят через сопло, обеспечивая реактивную тягу. Вместе с тем в камере сгорания при выходе отработанных газов образуется разряжение, входной клапан автоматически открывается и впускает во внутрь новую порцию воздуха.

Входной клапан двигателя может иметь разные конструкции и внешний вид. Как вариант, он может быть выполнен в виде жалюзи – прямоугольных пластин, закрепленных на раме, которые под действием перепада давления открываются и закрываются. Другая конструкция имеет форму цветка с металлическими «лепестками», расположенными по кругу. Первый вариант более эффективный, зато второй более компактный и может использоваться на небольших по размеру конструкциях, например, при авиамоделизме.

Подача топлива осуществляется форсунками, которые имеют обратный клапан. Когда давление в камере сгорания снижается, подается порция топлива, когда же давление увеличивается за счет горения и расширения газов, подача топлива прекращается. В некоторых случаях, например на маломощных моторах от авиамоделей, форсунок может и не быть, а система подачи топлива при этом напоминает карбюраторный двигатель.

Свеча зажигания расположена в камере сгорания. Она создает серию разрядов, и когда концентрация топлива в смеси достигает нужного значения, топливный заряд воспламеняется. Поскольку двигатель имеет небольшие размеры, его стенки, выполненные из стали, в процессе работы быстро нагреваются и могут поджигать топливную смесь не хуже свечи.

Нетрудно понять, что для запуска ПуВРД нужен первоначальный «толчок», при котором первая порция воздуха попадет в камеру сгорания, то есть такие двигатели нуждаются в предварительном разгоне.

История создания

Первые официально зарегистрированные разработки ПуВРД относятся ко второй половине XIX века. В 60-е годы сразу двое изобретателей независимо друг от друга сумели получить патенты на новый тип двигателя. Имена этих изобретателей – Телешов Н.А. и Шарль де Луврье. В то время их разработки не нашли широкого применения, но уже в начале ХХ века, когда для самолетов подыскивали замену поршневым двигателям, на ПуВРД обратили внимание немецкие конструкторы. Во время Второй мировой войны немцы активно использовали самолет-снаряд ФАУ-1, оснащенный ПуВРД, что объяснялось простотой конструкции этого силового агрегата и его дешевизной, хотя по своим рабочим характеристикам он уступал даже поршневым двигателям. Это был первый и единственный раз в истории, когда этот тип двигателя использовался в массовом производстве самолетов.

Фау-1

После окончания войны ПуВРД остались «в военном деле», где нашли применение в качестве силового агрегата для ракет типа «воздух-поверхность» КБ Южное . Но и здесь со временем они утратили свои позиции из-за ограничения по скорости, необходимости первоначального разгона и низкой эффективности. Примерами использования ПуВРД являются ракеты Fi-103, 10Х, 14Х, 16Х, JB-2. В последние годы наблюдается возобновление интереса к этим двигателям, появляются новые разработки, направленные на его усовершенствование, так что, возможно, в скором будущем ПуВРД вновь станет востребованным в военной авиации. На данный момент пульсирующий воздушно-реактивный двигатель возвращают к жизни в области моделирования, благодаря использованию в исполнении современных конструкционных материалов.

Современное исполнение ПуВРД

Особенности ПуВРД

Главной особенностью ПуВРД, которая отличает его от его «ближайших родственников» турбореактивного (ТРД) и прямоточного воздушно-реактивного двигателя (ПВРД), является наличие впускного клапана перед камерой сгорания. Именно этот клапан не пропускает обратно продукты сгорания, определяя их направление движения через сопло. В других типах моторов нет необходимости в клапанах – там воздух поступает в камеру сгорания уже под давлением за счет предварительно сжатия. Этот, на первый взгляд, незначительный нюанс играет огромную роль в работе ПуВРД с точки зрения термодинамики.

Второе отличие от ТРД – это цикличность работы. Известно, что в ТРД процесс сжигания топлива проходит практически беспрерывно, что и обеспечивает ровную и равномерную реактивную тягу. ПуВРД работает циклично, создавая колебания внутри конструкции. Для достижения максимальной амплитуды необходимо синхронизировать колебания всех элементов, чего можно добиться путем подбора нужной длины сопла.

В отличие от прямоточного воздушно реактивного двигателя пульсирующий воздушно реактивный двигатель может работать даже на низких скоростях и находясь в неподвижном положении, то есть когда нет встречного потока воздуха. Правда, его работа в таком режиме не способна обеспечить величину реактивной тяги, необходимой для пуска, поэтому самолеты и ракеты, оснащенные ПуВРД, нуждаются в первоначальном ускорении.

Маленькое видео запуски и работы ПуВРД.

Типы ПуВРД

Кроме обычного ПуВРД в виде прямолинейного канала с входным клапаном, что описывались выше, есть и его разновидности: бесклапанный и детонационный.

Бесклапанный ПуВРД, как понятно по его названию, не имеет входного клапана. Причиной его появления и использования стал тот факт, что клапан является довольно уязвимой деталью, которая очень быстро выходит из строя. В этом же варианте «слабое звено» устранено, поэтому и срок службы мотора продлен. Конструкция бесклапанного ПуВРД имеет форму буквы U с концами, направленными назад по ходу реактивной тяги. Один канал длиннее, он «отвечает» за тягу; второй короче, по нему поступает воздух в камеру сгорания, а при горении и расширении рабочих газов часть их выходит через этот канал. Такая конструкция позволяет осуществлять лучшую вентиляцию камеры сгорания, не допускает утечки топливного заряда через входной клапан и создает дополнительную, пусть и незначительную, тягу.

без клаппаный вариант исполнения ПуВРД

без клапанный U-образный ПуРВД

Детонационный ПуВРД предполагает сжигание топливного заряда в режиме детонации. Детонация предусматривает резкое повышение давления продуктов горения в камере сгорания при постоянном объеме, а сам объем увеличивается уже при движении газов по соплу. В этом случае повышается термический КПД двигателя в сравнении не только с обычным ПуВРД, но и с любым другим двигателем. На данный момент этот тип моторов не используется, а находится на стадии разработок и исследований.

детонационный ПуРВД

Достоинства и недостатки ПуВРД, сфера применения

Основными преимуществами пульсирующих воздушно-реактивных двигателей можно считать их простую конструкцию, что тянет за собой их невысокую стоимость. Именно эти качества и стали причиной их использования в качестве силовых агрегатов на военных ракетах, беспилотных самолетах, летающих мишенях, где важны не долговечность и сверхскорость, а возможность установки простого, легкого и дешевого мотора, способного развить нужную скорость и доставить объект к цели. Эти же качества принесли ПуВРД популярность среди любителей авиамоделизма. Легкие и компактные двигатели, которые при желании можно сделать самостоятельно или же купить по приемлемой цене, прекрасно подходят для моделей самолетов.

Недостатков у ПуВРД немало: повышенный уровень шума при работе, неэкономный расход топлива, неполное его сгорание, ограниченность по скорости, уязвимость некоторых конструктивных элементов, таки как входной клапан. Но, несмотря на такой внушительный перечень минусов, ПуВРД по-прежнему незаменимы в своей потребительской нише. Они – идеальный вариант для «одноразовых» целей, когда нет смысла устанавливать более эффективные, мощные и экономичные силовые агрегаты.

Пульсирующий воздушно реактивный двигатель для моделей. Реактивный двигатель своими руками. Конструкции клапанных решеток

Главная / Ремонт

Опытно-конструкторское бюро имени Люльки разработало, изготовило и испытало опытный образец пульсирующего резонаторного детонационного двигателя с двухстадийным сжиганием керосиновоздушной смеси. Как сообщает , средняя измеренная тяга двигателя составила около ста килограммов, а длительность непрерывной работы ─ более десяти минут. До конца текущего года ОКБ намерено изготовить и испытать полноразмерный пульсирующий детонационный двигатель.

По словам главного конструктора ОКБ имени Люльки Александра Тарасова, в ходе испытаний моделировались режимы работы, характерные для турбореактивного и прямоточного двигателей. Измеренные величины удельной тяги и удельного расхода топлива оказались на 30-50 процентов лучше, чем у обычных воздушно-реактивных двигателей. В ходе экспериментов производилось многократное включение и выключение нового двигателя, а также регулирование тяги.

На основе проведенных исследований, полученных при испытании данных, а также схемно-конструкторского анализа ОКБ имени Люльки намерено предложить разработку целого семейства пульсирующих детонационных авиационных двигателей. В частности, могут быть созданы двигатели с коротким ресурсом работы для беспилотных летательных аппаратов и ракет и самолетные двигатели с крейсерским сверхзвуковым режимом полета.

В перспективе на основе новых технологий могут быть созданы двигатели для ракетно-космических систем и комбинированных силовых установок самолетов, способных выполнять полеты в атмосфере и за ее пределами.

По оценке конструкторского бюро, новые двигатели позволят увеличить тяговооруженность самолетов в 1,5-2 раза. Кроме того, при использовании таких силовых установок дальность полета или масса авиационных средств поражения могут увеличиться на 30-50 процентов. При этом удельный вес новых двигателей будет в 1,5-2 раза меньше аналогичного показателя обычных реактивных силовых установок.

О том, что в России ведутся работы по созданию пульсирующего детонационного двигателя, в марте 2011 года. Об этом заявил тогда Илья Федоров, управляющий директор научно-производственного объединения «Сатурн», в состав которого входит ОКБ имени Люльки. О каком именно типе детонационного двигателя шла речь, Федоров не уточнил.

В настоящее время известны три вида пульсирующих двигателей ─ клапанные, бесклапанные и детонационные. Принцип работы этих силовых установок заключается в периодической подаче в камеру сгорания топлива и окислителя, где происходит воспламенение топливной смеси и истечение продуктов сгорания из сопла с образованием реактивной тяги. Отличие от обычных реактивных двигателей заключается в детонационном горении топливной смеси, при котором фронт горения распространяется быстрее скорости звука.

Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель был изобретен еще в конце XIX века шведским инженером Мартином Вибергом. Пульсирующий двигатель считается простым и дешевым в изготовлении, однако из-за особенностей горения топлива ─ малонадежным. Впервые новый тип двигателя был использован серийно во время Второй мировой войны на немецких крылатых ракетах Фау-1. На них устанавливался двигатель Argus As-014 компании Argus-Werken.

В настоящее время несколько крупных оборонных фирм мира занимаются исследованиями в области создания высокоэффективных пульсирующих реактивных двигателей. В частности, работы ведут французская компания SNECMA и американские General Electric и Pratt & Whitney. В 2012 году Научно-исследовательская лаборатория ВМС США о намерении разработать спиновый детонационный двигатель, который должен будет заменить на кораблях обычные газотурбинные силовые установки.

Спиновые детонационные двигатели отличаются от пульсирующих тем, что детонационное горение топливной смеси в них происходит непрерывно ─ фронт горения перемещается в кольцевой камере сгорания, в которой топливная смесь постоянно обновляется.

Схема ПуВРД
представлена на рис.3.16.

Рис.3.16.Схема
пульсирующего воздушно-реактивного
двигателя:

диффузор,2-
клапанное устройство; 3- форсунки; 4 –
камера сгорания;5 – сопло; 6- выхлопная
труба.

Топливо впрыскивается
через форсунки 3, образуя топливную
смесь с воздухом, сжатым в диффузоре
1.

Воспламенение
топливной смеси производится в камере
сгорания 4, от электрической свечи.
Горение топливной смеси, впрыскиваемой
в определенных количествах, длится
сотые доли секунды. Как только давления
в камере сгорания становится больше
давления воздуха перед клапанным
устройством, происходит закрытие
пластинчатых клапанов. При достаточно
большом объеме сопла 5 и выхлопной трубы
6, установленной специально для увеличения
объема, создается подпор газов,
находящихся в камере сгорания. За время
сгорания топлива изменение количества
газов в объеме за камерой сгорания
пренебрежимо мало, поэтому считают,
что горение идет при постоянном объеме.

После сгорания
порции топлива давление в камере
сгорания понижается так, что клапаны
2 открываются и впускают новую порцию
воздуха из диффузора.

На рис.3.17. представлен
идеальный термодинамический цикл
пульсирующего ВРД.

П
роцессы
цикла:

1-2 – сжатие воздуха
в диффузоре;

2-3 – изохорный
подвод теплоты
в камере сгорания;

3-4 – адиабатное
расширение газов в сопле;

4-1 – изобарное
охлаждение продуктов сгорания в
атмосфере при
с отводом теплоты .

Рис.3.17. Цикл
ПуВРД.

Как следует из
рис.3.17 , цикл ПуВРД не отличается от
цикла ГТУ с изохорным подводом теплоты.
Тогда по аналогии с (3. 8.) можно сразу
записать формулу для термического КПД
ПуВРД

(3.20.)

Степень добавочного повышения давления
в камере сгорания;

– степень повышения давления в диффузоре.

Таким образом, у
пульсирующего ВРД термический КПД
больше, чем у ПВРД за счет большей
среднеинтегральной температуры
теплоподвода.

Усложнение
конструкции ПуВРД повлекло за собой
увеличение его массы по сравнению с
ПВРД.

3.5.3. Компрессорные турбореактивные двигатели (трд)

Эти двигатели
получили наибольшее распространение
в авиации. В ТРД происходит двухступенчатое
сжатие воздуха (в диффузоре и в
компрессоре) и двухступенчатое расширение
продуктов сгорания топливной смеси (в
газовой турбине и в сопле).

Принципиальная
схема ТРД представлена на рис 3.18.

Рис.3.18.
Принципиальная схема ТРД и характер
изменения параметров рабочего тела в
газо-воздушном тракте:

1-диффузор;2-осевой
компрессор;3- камера сгорания; 4- газовая
турбина; 5- сопло.

Давления набегающего
потока воздуха сначала повышается в
диффузоре 1, а затем в компрессоре 2.
Привод компрессора осуществляется от
газовой турбины 4. Топливо подается в
камеру сгорания 3, где вместе с воздухом
образует топливную смесь и сгорает при
постоянном давлении. Продукты сгорания
сначала расширяются на лопатках газовой
турбины 4, а затем в сопле. Истечение
газов из сопла с большей скоростью
создает силу тяги, движущую самолет.

Идеальный
термодинамический цикл ТРД аналогичен
циклу ПВРД, но дополняется процессами
в компрессоре и турбине (рис.3.19).

Рис.3.19. Идеальный
цикл ТРД в
P
—
V

диаграмме

Процессы цикла:

1-2 – адиабатное
сжатие воздуха в диффузоре;

2-3 — адиабатное
сжатие воздуха в компрессоре;

3-4 – изобарный
подвод теплоты
от сгорания топливной смеси в камере
сгорания;

4-5 – адиабатное
расширение продуктов сгорания на
лопатках турбины;

5-6 – адиабатное
расширение продуктов сгорания в сопле;

6-1 – охлаждение
продуктов сгорания в атмосфере при
постоянном давлении с отдачей теплоты
.

Термический КПД
определяется по формуле (3.19):

(3.21.)

– результирующая степень повышения
давления воздуха в диффузоре и
компрессоре.

Благодаря более
высокой, чем у ПВРД степени сжатия ТРД
имеет более высокий термический КПД.
Без каких-либо стартовых ускорителей
ТРД развивает необходимую силу тяги
уже на старте.

Строение и принцип действия ПуВРД

такт впуска, во время которого входной клапан открывается, и в камеру сгорания под действием разряжения в ней попадает воздух. В это же время через форсунки впрыскивается топливо, в результате чего образуется топливный заряд;
полученный топливный заряд воспламеняется от искры свечи зажигания, в процессе горения образуются газы с высоким давлением, под действием которого закрывается впускной клапан;
при закрытом клапане продукты сгорания выходят через сопло, обеспечивая реактивную тягу. Вместе с тем в камере сгорания при выходе отработанных газов образуется разряжение, входной клапан автоматически открывается и впускает во внутрь новую порцию воздуха.

История создания

После окончания войны ПуВРД остались «в военном деле», где нашли применение в качестве силового агрегата для ракет типа «воздух-поверхность». Но и здесь со временем они утратили свои позиции из-за ограничения по скорости, необходимости первоначального разгона и низкой эффективности. Примерами использования ПуВРД являются ракеты Fi-103, 10Х, 14Х, 16Х, JB-2. В последние годы наблюдается возобновление интереса к этим двигателям, появляются новые разработки, направленные на его усовершенствование, так что, возможно, в скором будущем ПуВРД вновь станет востребованным в военной авиации. На данный момент пульсирующий воздушно-реактивный двигатель возвращают к жизни в области моделирования, благодаря использованию в исполнении современных конструкционных материалов.

Особенности ПуВРД

Маленькое видео запуски и работы ПуВРД.

Типы ПуВРД

без клаппаный вариант исполнения ПуВРД

без клапанный U-образный ПуРВД

детонационный ПуРВД

Достоинства и недостатки ПуВРД, сфера применения

Испытания детонационного двигателя

FPI_RUSSIA / Vimeo

Специализированная лаборатория «Детонационные ЖРД» научно-производственного объединения «Энергомаш» провела испытания первых в мире полноразмерных демонстраторов технологий детонационного жидкостного ракетного двигателя. Как сообщает ТАСС, новые силовые установки работают на топливной паре кислород-керосин.

Новый двигатель, в отличие от других силовых установок, работающих по принципу внутреннего сгорания, функционирует за счет детонации топлива. Детонацией называется сверхзвуковое горение какого-либо вещества, в данном случае топливной смеси. При этом по смеси распространяется ударная волна, за которой следует химическая реакция с выделением большого количества тепла.

Изучение принципов работы и разработка детонационных двигателей ведется в некоторых странах мира уже больше 70 лет. Первые такие работы начались еще в Германии в 1940-х годах. Правда тогда работающего прототипа детонационного двигателя исследователям создать не удалось, но были разработаны и серийно выпускались пульсирующие воздушно-реактивные двигатели. Они ставились на ракеты «Фау-1».

В пульсирующих воздушно-реактивных двигателях топливо сгорало с дозвуковой скоростью. Такое горение называется дефлаграцией. Пульсирующим двигатель называется потому, что в его камеру сгорания топливо и окислитель подавались небольшими порциями через равные промежутки времени.

Карта давления в камере сгорания ротационного детонационного двигателя. A — детонационная волна; B — задний фронт ударной волны; C — зона смешения свежих и старых продуктов горения; D — область заполнения топливной смесью; E — область несдетонировавшей сгоревшей топливной смеси; F — зона расширения со сдетонировавшей сгоревшей топливной смесью

Детонационные двигатели сегодня делятся на два основных типа: импульсные и ротационные. Последние еще называют спиновыми. Принцип работы импульсных двигателей схож с таковым у пульсирующих воздушно-реактивных двигателей. Основное отличие заключается в детонационном горении топливной смеси в камере сгорания.

В ротационных детонационных двигателях используется кольцевая камера сгорания, в которой топливная смесь подается последовательно через радиально расположенные клапаны. В таких силовых установках детонация не затухает — детонационная волна «обегает» кольцевую камеру сгорания, топливная смесь за ней успевает обновиться. Ротационный двигатель впервые начали изучать в СССР в 1950-х годах.

Детонационные двигатели способны работать в широком пределе скоростей полета — от нуля до пяти чисел Маха (0-6,2 тысячи километров в час). Считается, что такие силовые установки могут выдавать большую мощность, потребляя топлива меньше, чем обычные реактивные двигатели. При этом конструкция детонационных двигателей относительно проста: в них отсутствует компрессор и многие движущиеся части.

Все детонационные двигатели, испытывавшиеся до сих пор, разрабатывались для экспериментальных самолетов. Испытанная в России такая силовая установка является первой, предназначенной для установки на ракету. Какой именно тип детонационного двигателя прошел испытания, не уточняется.

В конце января появились сообщения о новых успехах российской науки и техники. Из официальных источников стало известно, что один из отечественных проектов перспективного реактивного двигателя детонационного типа уже прошел стадию испытаний. Это приближает момент полного завершения всех требуемых работ, по результатам которых космические или военные ракеты российской разработки смогут получить новые силовые установки с повышенными характеристиками. Более того, новые принципы работы двигателей могут найти применение не только в сфере ракет, но и в других областях.

В последних числах января вице-премьер Дмитрий Рогозин рассказал отечественной прессе о последних успехах научно-исследовательских организаций. Среди прочих тем он затронул процесс создания реактивных двигателей, использующих новые принципы работы. Перспективный двигатель с детонационным горением уже был доведен до испытаний. По словам вице-премьера, применение новых принципов работы силовой установки позволяет получить значительный прирост характеристик. В сравнении с конструкциями традиционной архитектуры наблюдается рост тяги порядка 30%.

Схема детонационного ракетного двигателя

Современные ракетные двигатели разных классов и типов, эксплуатируемые в различных областях, используют т. н. изобарический цикл или дефлаграционное горение. В их камерах сгорания поддерживается постоянное давление, при котором происходит медленное горение топлива. Двигатель на дефлаграционных принципах не нуждается в особо прочных агрегатах, однако ограничен в максимальных показателях. Повышение основных характеристик, начиная с определенного уровня, оказывается неоправданно сложным.

Альтернатива двигателю с изобарическим циклом в контексте повышения характеристик – система с т.н. детонационным горением. В таком случае реакция окисления горючего происходит за ударной волной, с высокой скоростью перемещающейся по камере сгорания. Это предъявляет особые требования к конструкции двигателя, но при этом дает очевидные преимущества. С точки зрения эффективности сгорания топлива детонационное горение на 25% лучше дефлаграционного. Также отличается от горения с постоянным давлением увеличенной мощностью тепловыделения с единицы площади поверхности фронта реакции. В теории, возможно повышение этого параметра на три-четыре порядка. Как следствие, скорость реактивных газов можно увеличить в 20-25 раз.

Таким образом, детонационный двигатель, отличаясь повышенным коэффициентом полезного действия, способен развивать большую тягу при меньшем расходе топлива. Его преимущества перед традиционными конструкциями очевидны, однако до недавнего времени прогресс в этой области оставлял желать лучшего. Принципы детонационного реактивного двигателя были сформулированы еще в 1940 году советским физиком Я.Б. Зельдовичем, но готовые изделия подобного рода все еще не дошли до эксплуатации. Главные причины отсутствия реальных успехов – проблемы с созданием достаточно прочной конструкции, а также сложность запуска и последующего поддержания ударной волны при применении существующих топлив.

Один из последних отечественных проектов в области детонационных ракетных двигателей стартовал в 2014 году и разрабатывается в НПО «Энергомаш» им. академика В.П. Глушко. Согласно доступным данным, целью проекта с шифром «Ифрит» являлось изучение основных принципов новой техники с последующим созданием жидкостного ракетного двигателя, использующего керосин и газообразный кислород. В основу нового двигателя, названного по имени огненных демонов из арабского фольклора, укладывался принцип спинового детонационного горения. Таким образом, в соответствии с основной идеей проекта, ударная волна должна непрерывно перемещаться по кругу внутри камеры сгорания.

Головным разработчиком нового проекта стало НПО «Энергомаш», а точнее созданная на его базе специальная лаборатория. Кроме того, к работам привлекли несколько других научно-исследовательских и проектных организаций. Программа получила поддержку Фонда перспективных исследований. Совместными усилиями все участники проекта «Ифрит» смогли сформировать оптимальный облик перспективного двигателя, а также создать модельную камеру сгорания с новыми принципами работы.

Для изучения перспектив всего направления и новых идей несколько лет назад была построена т.н. модельная детонационная камера сгорания, соответствующая требованиям проекта. Такой опытный двигатель с сокращенной комплектацией должен был использовать в качестве горючего жидкий керосин. В качестве окислителя предлагался газообразный кислород. В августе 2016 года начались испытания опытной камеры. Важно, что впервые в проект подобного рода удалось довести до стадии стендовых проверок. Ранее отечественные и зарубежные детонационные ракетные двигатели разрабатывались, но не испытывались.

В ходе испытаний модельного образца удалось получить весьма интересные результаты, показывающие правильность использованных подходов. Так, за счет использования правильных материалов и технологий получилось довести давление внутри камеры сгорания до 40 атмосфер. Тяга опытного изделия достигла 2 т.

Модельная камера на испытательном стенде

В рамках проекта «Ифрит» были получены определенные результаты, но отечественный детонационный двигатель на жидком топливе пока еще далек от полноценного практического применения. Перед внедрением такого оборудования в новые проекты техники конструкторам и ученым предстоит решить целый ряд самых серьезных задач. Только после этого ракетно-космическая отрасль или оборонная промышленность смогут приступить к реализации потенциала новой техники на практике.

В середине января «Российская газета» опубликовала интервью с главным конструктором НПО «Энергомаш» Петром Левочкиным, темой которого стало текущее положение дел и перспективы детонационных двигателей. Представитель предприятия-разработчика напомнил об основных положениях проекта, а также затронул тему достигнутых успехов. Кроме того, он рассказал о возможных сферах применения «Ифрита» и подобных ему конструкций.

К примеру, детонационные двигатели могут использоваться в гиперзвуковых летательных аппаратах. П. Левочкин напомнил, что двигатели, сейчас предлагаемые для применения на такой технике, используют дозвуковое горение. При гиперзвуковой скорости аппарата полета поступающий в двигатель воздух необходимо затормозить до звукового режима. Однако энергия торможения должна приводить к дополнительным тепловым нагрузкам на планер. В детонационных двигателях скорость горения топлива достигает, как минимум, М=2,5. Благодаря этому появляется возможность повысить скорость полета летательного аппарата. Подобная машина с двигателем детонационного типа сможет разгоняться до скоростей, в восемь раз превышающих скорость звука.

Впрочем, реальные перспективы ракетных двигателей детонационного типа пока не слишком велики. По словам П. Левочкина, мы «только приоткрыли дверь в область детонационного горения». Ученым и конструкторам предстоит изучить множество вопросов, и только после этого можно будет заниматься созданием конструкций с практическим потенциалом. Из-за этого космической отрасли еще долго предстоит использовать жидкостные двигатели традиционной конструкции, что, однако, не отменяет возможности их дальнейшего совершенствования.

Интересен тот факт, что детонационный принцип горения находит применение не только в сфере ракетных двигателей. Уже существует отечественный проект авиационной системы с камерой сгорания детонационного типа, работающей по импульсному принципу. Опытный образец такого рода был доведен до испытаний, и в будущем может дать старт новому направлению. Новые двигатели с детонационным горением могут найти применение в самых разных сферах и частично заменить газотурбинные или турбореактивные двигатели традиционных конструкций.

Отечественный проект детонационного авиационного двигателя разрабатывается в ОКБ им. А.М. Люльки. Информация об этом проекте впервые была представлена на прошлогоднем международном военно-техническом форуме «Армия-2017». На стенде предприятия-разработчика присутствовали материалы по различным двигателям, как серийным, так и находящимся на стадии разработки. Среди последних был перспективный детонационный образец.

Суть нового предложения заключается в применении нестандартной камеры сгорания, способной осуществлять импульсное детонационное горение топлива в воздушной атмосфере. При этом частота «взрывов» внутри двигателя должна достигать 15-20 кГц. В перспективе возможно дополнительное увеличение этого параметра, в результате чего шум двигателя уйдет за пределы диапазона, воспринимаемого человеческим ухом. Такие особенности двигателя могут представлять определенный интерес.

Первый запуск опытного изделия «Ифрит»

Однако главные преимущества новой силовой установки связаны с повышенными характеристиками. Стендовые испытания опытных изделий показали, что они примерно на 30% превосходят традиционные газотурбинные двигатели по удельным показателям. Ко времени первой публичной демонстрации материалов по двигателю ОКБ им. А.М. Люльки смогло получить и достаточно высокие эксплуатационные характеристики. Опытный двигатель нового типа смог без перерыва проработать 10 минут. Суммарная наработка этого изделия на стенде на тот момент превысила 100 часов.

Представители предприятия-разработчика указывали, что уже сейчас можно создать новый детонационный двигатель с тягой 2-2,5 т, пригодный для установки на легкие самолеты или беспилотные летательные аппараты. В конструкции такого двигателя предлагается использовать т.н. резонаторные устройства, отвечающие за правильный ход горения топлива. Важным преимуществом нового проекта является принципиальная возможность установки таких устройств в любом месте планера.

Специалисты ОКБ им. А.М. Люльки работают над авиационными двигателями с импульсным детонационным горением более трех десятилетий, но пока проект не выходит из научно-исследовательской стадии и не имеет реальных перспектив. Главная причина – отсутствие заказа и необходимого финансирования. Если проект получит необходимую поддержку, то уже в обозримом будущем может быть создан образец двигателя, пригодный для использования на различной технике.

К настоящему времени российские ученые и конструкторы успели показать весьма примечательные результаты в области реактивных двигателей, использующих новые принципы работы. Существует сразу несколько проектов, пригодных для применения в ракетно-космической и гиперзвуковой областях. Кроме того, новые двигатели могут применяться и в «традиционной» авиации. Некоторые проекты пока находятся на ранних стадиях и еще не готовы к проверкам и другим работам, тогда как в иных направлениях уже были получены самые примечательные результаты.

Исследуя тематику реактивных двигателей с детонационным горением, российские специалисты смогли создать стендовый модельный образец камеры сгорания с желаемыми характеристиками. Опытное изделие «Ифрит» уже прошло испытания, в ходе которых было собрано большое количество разнообразной информации. С помощью полученных данных развитие направления будет продолжаться.

Освоение нового направления и перевод идей в практически применимую форму займет немало времени, и по этой причине в обозримом будущем космические и армейские ракеты в обозримом будущем будут комплектоваться только традиционными жидкостными двигателями. Тем не менее, работы уже вышли из чисто теоретической стадии, и теперь каждый тестовый запуск опытного двигателя приближает момент строительства полноценных ракет с новыми силовыми установками.

По материалам сайтов:
http://engine.space/
http://fpi.gov.ru/
https://rg.ru/
https://utro.ru/
http://tass.ru/
http://svpressa.ru/

пульсирующие воздушно-реактивные двигатели — все патенты категории

Категория

Воздушно-реактивный двигатель пульсирующего действия

Класс фбц, I Мв 66161 ссср ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ E „,ca@„, ;осщяосц. А. И, Болдырев, Е И. Болдырев и H. В. Филиппов ВОЗДУШНО-PEAKTHBHblA ДВИГАТЕЛЬ ПУЛЬСИРУЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ Заявлено 20 декабря 1944 г. за 1в 9821/335881 в Народный Комиссариат авиационной промышленности Изобретение относится к воздушно-реактивным двигателям пульсирую1цсго действия с предвари…

66161

Патент ссср 70730

Л 7О7ЗО Класс 46, 1 СССР 1 .с «e li СПОСОБ Э К С П Л УАТА Ц И И П УЛ Ь С И Р УЮ 1Ц И Х ВОЗДЖйН?9 РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ДЛЯ САМОЛЕТОВ ИЛИ САМОЛ ЕТОВ-СНАРЯДОВ Заявлено 2 ноября 1946 г. за № 349428 в Министерство авиационной промышленности СССР Известные способы эксплуатации пульсирующих воздушно-реактивных двигателей для самолетов или самолетов-снарядов требуют для разб…

70730

Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель

М 88284 Класс 46@, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Х АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ В. С. Давыдов ЙУЛЪСИРУЮЩИ Й ВОЗДУННО-PEAKTWBHblA ДВИГАТЕ ПЪ Заявлено 20 сентября 1949 г. за _#_» 404584 в Гостехнику СССР Предлагаемый пульсирующий воздушно-реактивный двигатель предназначен, например, для геликоптеров, летающих моделей самолетов, учебных моделей и т. и. Известные подобнь е двигате;и., со…

88284

Волновой бесклапанный пульсирующий воздушно-реактивный двигатель

М 106500 Класс 46g 1 СССР ОПИСАНИК ИЗОЬ КТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Д. А. Шитов ВОЛНОВОЙ БЕСКЛАПАННЫЙ ПУЛЬСИРУЮЩИЙ ВОЗДУШ НО-РЕАКТИВ Hbl Й ДВИ ГАТЕЛ Ь Заявлено 25 июня !956 г. за л1е 553789 в Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР Пульсирующие воздушно-реактивные двигатели бесклапанной схемы известны. Известно также применение испарителей топли. ..

106500

Способ стабилизации зоны горения в камерах горения воздушно- реактивных двигателей

Класс 46, 2р № 131162 СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Подписная группа ¹ 198 Ю. К. Застела, В, А, Костерин, Э. А. Петров, Е, В. Ржевский, А. Я, Хисматуллин, А. А. Булавкин, А. Г, Евтюгин, В. П. Смирнов, А. В. Шипулина и Л. Г. Миропольская СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ЗОНЫ ГОРЕНИЯ В КАМЕРАХ ГОРЕНИЯ ВОЗДУ1ИНО-РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Заявлено 8 июля 1958 г. за № 469300/…

131162

Способ работы силовой установки транспортного средства и силовая установка транспортного средства

Изобретение относится к машиностроению и позволяет повысить эффективность . Во впускной трубопровод поршневого двигателя 1 подают воздух , приготавливают горючую смесь и Наполняют этой смесью цилиндры.Воспламеняют горючую смерь в цилиндрах И используют работу расширения для привода .транспортного средства. Поочередно периодически выпускают отработавшие газы из цилиндров в камеру…

1384808

Прямоточный воздушно-реактивный двигатель и способ его работы

Использование: авиационное двигателестроение. Сущность изобретения; камера сгорания снабжена генератором электромагнитной силы, состоящим из пары противолежащих электродов, подключенных к нагрузке, системы инициирования плазменного поршня и электромагнита. Подачу топлива в камеру сгорания осуществляют в область ударно-сжатого воздуха, возникающего перед поршнем, вверх по потоку. …

1803595

Летательный аппарат с пульсирующим воздушно-реактивным двигателем u-образной схемы

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК Г СУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ В ДОМСТВО СССР (оспАтент сссР) 1 Kl АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ I» ( ( ( ( ( ( о (1),4786115/23 2) 29.01.90 6) 30.08.93. Бюл. hb 32 1) Опытно-конструкторское бюро «Сокол» 2) В.Н.Побежимов и Ю.В.Колесников 6) Патент США М 2675196, кл. 244-74, ублик. 1955. 4) ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ С ПУЛЬСИЮЩИМ ВОЗДУШНО-РЕАК…

1837037

Регулируемая камера пульсирующего двигателя с детонационным горением

Использование: в пульсирующих воздушно-реактивных двигателях с резонансной камерой сгорания. Сущность изобретения: регулируемая камера состоит из корпуса с насадком, полузамкнутой полости и узла подвода продуктов газогенерации. Отличительной ее чертой является то, что насадок выполнен составным из подпружиненных телескопических стаканов, а узел подвода продуктов газогенерации представляет…

2059857

Комбинированная камера пульсирующего двигателя детонационного горения

Использование: в реактивных двигательных установках, а также в устройствах управления положением летательного аппарата в воздухе. Сущность изобретения: комбинированная камера состоит из полости, выполненной в центральном теле камеры сгорания, корпуса с насадком, узла подвода продуктов газогенерации и устройства для создания ударных волн, состоящего из струйного ускорителя и твердого обтек. ..

2080466

Механический колебательный контур

Использование: в авиационной технике и может быть использовано в качестве механического контура для программного управления режимом работы спаренного пульсирующего воздушно-реактивного двигателя. Сущность изобретения: в прямоточной камере головной части двигателя помещен механический колебательный контур в виде газодинамического маятника адаптационного типа, представляющего собой участок…

2080467

Камера пульсирующего двигателя детонационного горения

Использование: в пульсирующих воздушно-реактивных двигателях с резонансными камерами сгорания, а также в устройстве для сжигания топлива. Сущность изобретения: камера состоит из соосно расположенных в одном корпусе сверхзвукового сопла и резонатора Гартмана. Они располагаются таким образом, что между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью сопла образована полость, являюща…

2084675

Детонационная камера пульсирующего воздушно-реактивного двигателя

Изобретение относится к пульсирующим воздушно-реактивным двигателям с резонансными камерами сгорания. Детонационная камера состоит из корпуса 1 и инициаторов детонации 2. Корпус представляет собой желоб 3, расширяющийся от дна к открытому краю и разделенный перегородками 4 на множество секций, каждая из которых снабжена инициатором детонации. Форма перегородок выбирается такой, что секция…

2106509

Реактивный двигатель

Реактивный двигатель для летательных аппаратов и судов на воздушной подушке содержит камеры сгорания, механизм газораспределения и рабочие каналы. Камеры сгорания снабжены форсунками-детонаторами и топливными форсунками, выполненными в виде цилиндрических камер, сообщающихся с одной стороны с камерами сгорания, а с другой — с патрубком, в котором размещен электрод и шнек. Патрубок с внутр…

2157907

Маршевый пульсирующий ракетный двигатель

Маршевый пульсирующий ракетный двигатель содержит блок камер сгорания, каждая из которых имеет форсунки для подачи топлива, и сопло Лаваля. Двигатель выполнен работающим на самовоспламеняющемся топливе. Блок камер сгорания, имеющий возможность выдерживать давление до 1000 атм, выполнен в виде единой конструкции, состоящей из двух плит, формирующих камеры сгорания с соплами и скрепленных м…

2183283

Пульсирующий детонационный двигатель

Пульсирующий детонационный двигатель содержит выполненные в виде отдельных модулей камеру сгорания, реактор и детонационный резонатор, соединенные между собой с возможностью замены. Внутри камеры сгорания и реактора, вдоль продольной оси двигателя, размещен воздушный канал второго контура. Изобретение позволяет использовать детонационный двигатель в качестве модели для проведения различного вида и…

2249121

Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель

Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель содержит ограниченную боковой стенкой камеру сгорания, на входе в которую расположен воздухозаборник, а на выходе — сопло, систему подачи топлива с баком, форсунками и каналом подачи топлива, соединяющим бак с форсунками, а также узел зажигания с электронным блоком управления и источник электропитания. Боковая стенка камеры сгорания выполнена упругоподатл…

2279562

Способ работы и устройство энергосиловой детонационной установки

Способ работы энергосиловой детонационной установки включает в каждый рабочий цикл: впрыск в инициирующую детонационную трубу топлива, инициирование топлива с одного из торцов детонационной трубы, распространение вдоль детонационной трубы процесса горения с переходом в режим детонационного горения. После инициирования очередной порции топлива, благодаря геометрии и конструкции инициирующих детонац…

2285142

Пульсирующий детонационный двигатель с магнитогидродинамическим управлением потоком (варианты) и способ управления детонацией

Изобретение относится к пульсирующим детонационным двигателям, в которых используется магнитогидродинамическое управление потоком. Пульсирующий детонационный двигатель включает трубу (12), имеющую открытый передний конец (16) и открытый задний конец (18), и топливно-воздушный вход (20), выполненный в трубе (12) на переднем конце (16). Зажигатель (24) расположен в трубе (12) в месте, находящемся ме…

2287713

Камера пульсирующего двигателя детонационного горения

Изобретение относится к области авиастроения и может быть использовано при проектировании летательных аппаратов различного назначения, в двигателестроении самолетов. Камера пульсирующего двигателя детонационного горения включает корпус, воздухозаборник окружающего воздуха, устройства для инжекции окислителя и горючего в камеру, устройство инициирования детонационного горения. Тяговая стенка у каме…

2293866

Способ получения тяги

Способ получения тяги включает разложение углеводородного топлива в присутствии катализатора с получением водородсодержащей смеси (синтез-газа) и последующим сжиганием синтез-газа в смеси с кислородсодержащим компонентом. Сжигание синез-газа проводят в циклическом детонационном режиме с частотой несколько циклов в секунду, создавая при этом тягу за счет выбросов продуктов детонации. Синтез-газ для…

2330979

Способ увеличения силы тяги пульсирующего воздушно-реактивного двигателя вертикального взлета (варианты)

Способ увеличения силы тяги пульсирующего воздушно-реактивного двигателя вертикального взлета заключается в использовании реакции газов, выбрасываемых из резонаторной трубы, и эжектировании атмосферного воздуха. Во время цикла всасывания дополнительно используют энергию возвратного течения газов в резонаторную трубу посредством установки поворотного колена опущенным внутрь эжектора для создания на…

2333378

Демпфер детонации для двигателей импульсной детонации (варианты)

Двигатель и его вариант содержат, по меньшей мере, одну камеру импульсной детонации, сконфигурированную для получения и детонирования топлива и окислителя. Камера импульсной детонации имеет выпускной конец и содержит пористый вкладыш, приспособленный для устанавливания в пределах внутренней поверхности камеры импульсной детонации около выпускного конца, и кожух, вмещающий упомянутую, по меньшей ме…

2340784

Гиперзвуковой пульсирующий детонационный двигатель и способ его функционирования

Гиперзвуковой пульсирующий детонационный двигатель содержит корпус, воздухозаборник, полузамкнутую детонационную камеру сгорания, сопловой аппарат, топливную систему и систему управления. Воздухозаборник выполнен кольцевым. Центральным телом является корпус с топливным баком, теплообменником и активной теплозащитой. Полузамкнутая детонационная камера сгорания сформирована торцевой стенкой централь…

2347097

Способ работы сверхзвукового пульсирующего прямоточного воздушно-реактивного двигателя и сверхзвуковой пульсирующий прямоточный воздушно-реактивный двигатель

Способ работы сверхзвукового пульсирующего прямоточного воздушно-реактивного двигателя включает подачу и сжигание топлива в сверхзвуковом потоке в расширяющемся канале камеры сгорания. Подачу и сжигание топлива осуществляют в нескольких расширяющихся участках камеры сгорания в импульсно-периодическом режиме. Камера сгорания выполнена из последовательно размещенных друг за другом расширяющихся учас. ..

2347098

Глава пятая пульсирующий воздушно-реактивный двигатель. Пульсирующие воздушно-реактивные двигатели авиамоделей Пульсирующие детонационные двигатели

Рассмотрена проблема разработки импульсных детонационных двигателей. Перечислены основные научные центры, ведущие исследования по двигателям нового поколения. Рассмотрены основные направления и тенденции развития конструкции детонационных двигателей. Представлены основные типы таких двигателей: импульсный, импульсный многотрубный, импульсный с высокочастотным резонатором. Показано отличие в способе создания тяги по сравнению с классическим реактивным двигателем, оснащенным соплом Лаваля. Описано понятие тяговой стенки и тягового модуля. Показано, что импульсные детонационные двигатели совершенствуются в направлении повышения частоты следования импульсов, и это направление имеет свое право на жизнь в области легких и дешевых беспилотных летательных аппаратов, а также при разработке различных эжекторных усилителей тяги. Показаны основные сложности принципиального характера в моделировании детонационного турбулентного течения с использованием вычислительных пакетов, основанных на применении дифференциальных моделей турбулентности и осреднения уравнений Навье–Стокса по времени.

детонационный двигатель

импульсный детонационный двигатель

1. Булат П.В., Засухин О.Н., Продан Н.В. История экспериментальных исследований донного давления // Фундаментальные исследования. – 2011. – № 12 (3). – С. 670–674.

2. Булат П.В., Засухин О.Н., Продан Н.В. Колебания донного давления // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 3. – С. 204–207.

3. Булат П.В., Засухин О.Н., Продан Н.В.. Особенности применения моделей турбулентности при расчете течений в сверхзвуковых трактах перспективных воздушно-реактивных двигателей // Двигатель. – 2012. – № 1. – С. 20–23.

4. Булат П.В., Засухин О.Н., Усков В.Н. О классификации режимов течения в канале с внезапным расширением // Теплофизика и Аэромеханика. – 2012. – № 2. – С. 209–222.

5. Булат П.В., Продан Н.В. О низкочастотных расходных колебаниях донного давления // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 4 (3). – С. 545–549.

6. Ларионов С.Ю., Нечаев Ю.Н., Мохов А.А. Исследование и анализ «холодных» продувок тягового модуля высокочастотного пульсирующего детонационного двигателя // Вестник МАИ. – Т.14. – № 4 – М.: Изд-во МАИ-Принт, 2007. – С. 36–42.

7. Тарасов А.И., Щипаков В.А. Перспективы использования пульсирующих детонационных технологий в турбореактивных двигателя. ОАО «НПО «Сатурн» НТЦ им. А. Люльки, Москва, Россия. Московский авиационный институт (ГТУ). – Москва, Россия. ISSN 1727-7337. Авиационно-космическая техника и технология, 2011. – № 9 (86).

Проекты по детонационному горению в США включены в программу разработок перспективных двигателей IHPTET. В кооперацию входят практически все исследовательские центры, работающие в области двигателестроения. Только в NASA на эти цели выделяется до 130 млн $ в год. Это доказывает актуальность исследований в данном направлении.

Обзор работ в области детонационных двигателей

Рыночная стратегия ведущих мировых производителей направлена не только на разработку новых реактивных детонационных двигателей, но и на модернизацию существующих путем замены в них традиционной камеры сгорания на детонационную. Кроме того, детонационные двигатели могут стать составным элементом комбинированных установок различных типов, например, использоваться в качестве форсажной камеры ТРДД, в качестве подъемных эжекторных двигателей в СВВП (пример на рис. 1 — проект транспортного СВВП фирмы «Боинг»).

В США разработки детонационных двигателей ведут многие научные центры и университеты: ASI, NPS, NRL, APRI, MURI, Stanford, USAF RL, NASA Glenn, DARPA-GE C&RD, Combustion Dynamics Ltd, Defense Research Establishments, Suffield and Valcartier, Uniyersite de Poitiers, University of Texas at Arlington, Uniyersite de Poitiers, McGill University, Pennsylvania State University, Princeton University.

Ведущие позиции по разработке детонационных двигателей занимает специализированный центр Seattle Aerosciences Center (SAC), выкупленный в 2001 г. компанией Pratt and Whitney у фирмы Adroit Systems. Большая часть работ центра финансируется ВВС и NASA из бюджета межведомственной программы Integrated High Payoff Rocket Propulsion Technology Program (IHPRPTP), направленной на создание новых технологий для реактивных двигателей различных типов.

Рис. 1. Патент US 6,793,174 В2 фирмы «Боинг», 2004 г.

В общей сложности, начиная с 1992 г. , специалистами центра SAC осуществлено свыше 500 стендовых испытаний экспериментальных образцов. Работы по пульсирующим детонационным двигателям (PDE) с потреблением атмосферного кислорода Центр SAC ведет по заказу ВМС США. Учитывая сложность программы, специалисты ВМС привлекли к ее реализации практически все организации, занимающиеся детонационными двигателями. Кроме компании Pratt and Whitney, в работах принимают участие Исследовательский центр United Technologies Research Center (UTRC) и фирма Boeing Phantom Works.

В настоящее время в нашей стране над этой актуальной проблемой в теоретическом плане работают следующие университеты и институты Российской академии наук (РАН): Институт химической физики РАН (ИХФ), Институт машиноведения РАН, Институт высоких температур РАН (ИВТАН), Новосибирский институт гидродинамики им. Лаврентьева (ИГиЛ), Институт теоретической и прикладной механики им. Христиановича (ИТМП), Физико-технический институт им. Иоффе, Московский государственный университет (МГУ), Московский государственный авиационный институт (МАИ), Новосибирский государственный университет, Чебоксарский государственный университет, Саратовский государственный университет и др.

Направления работ по импульсным детонационным двигателям

Направление № 1 — Классический импульсный детонационный двигатель (ИДД). Камера сгорания типичного реактивного двигателя состоит из форсунок для смешения топлива с окислителем, устройства поджигания топливной смеси и собственно жаровой трубы, в которой идут окислительно-восстановительные реакции (горение). Жаровая труба заканчивается соплом. Как правило, это сопло Лаваля, имеющее сужающуюся часть, минимальное критическое сечение, в котором скорость продуктов сгорания равна местной скорости звука, расширяющуюся часть, в которой статическое давление продуктов сгорания снижается до давления в окружающей среде, насколько это возможно. Очень грубо можно оценить тягу двигателя как площадь критического сечения сопла, умноженную на разность давления в камере сгорания и окружающей среде. Поэтому тяга тем выше, чем выше давление в камере сгорания.

Тяга импульсного детонационного двигателя определяется другими факторами — передачей импульса детонационной волной тяговой стенке. Сопло в этом случае вообще не нужно. Импульсные детонационные двигатели имеют свою нишу — дешевые и одноразовые летательные аппараты. В этой нише они успешно развиваются в направлении повышения частоты следования импульсов.

Классический облик ИДД — цилиндрическая камера сгорания, которая имеет плоскую или специально спрофилированную стенку, именуемую «тяговой стенкой» (рис. 2). Простота устройства ИДД — неоспоримое его достоинство. Как показывает анализ имеющихся публикаций , несмотря на многообразие предлагаемых схем ИДД, всем им свойственно использование в качестве резонансных устройств детонационных труб значительной длины и применение клапанов, обеспечивающих периодическую подачу рабочего тела.

Следует отметить, что ИДД, созданным на базе традиционных детонационных труб, несмотря на высокую термодинамическую эффективность в единичной пульсации, присущи недостатки, характерные для классических пульсирующих воздушно-реактивных двигателей, а именно:

Низкая частота (до 10 Гц) пульсаций, что и определяет относительно невысокий уровень средней тяговой эффективности;

Высокие тепловые и вибрационные нагрузки.

Рис. 2. Принципиальная схема импульсно-детонационного двигателя (ИДД)

Направление № 2 — Многотрубный ИДД. Основной тенденцией при разработках ИДД является переход к многотрубной схеме (рис. 3). В таких двигателях частота работы отдельной трубы остается низкой, но за счет чередования импульсов в разных трубах разработчики надеются получить приемлемые удельные характеристики. Такая схема представляется вполне работоспособной, если решить проблему вибраций и асимметрии тяги, а также проблему донного давления , в частности, возможных низкочастотных колебаний в донной области между трубами.

Рис. 3. Импульсно-детонационный двигатель (ИДД) традиционной схемы с пакетом детонационных труб в качестве резонаторов

Направление № 3 — ИДД с высокочастотным резонатором. Существует и альтернативное направление — широко разрекламированная в последнее время схема с тяговыми модулями (рис. 4), имеющими специально спрофилированный высокочастотный резонатор. Работы в данном направлении ведутся в НТЦ им. А. Люльки и в МАИ . Схема отличается отсутствием каких-либо механических клапанов и запальных устройств прерывистого действия.

Тяговый модуль ИДД предлагаемой схемы состоит из реактора и резонатора. Реактор служит для подготовки топливно-воздушной смеси к детонационному сгоранию, разлагая молекулы горючей смеси на химически активные составляющие. Принципиальная схема одного цикла работы такого двигателя наглядно представлена на рис. 5.

Взаимодействуя с донной поверхностью резонатора как с препятствием, детонационная волна в процессе соударения передает ей импульс от сил избыточного давления.

ИДД с высокочастотными резонаторами имеют право на успех. В частности, они могут претендовать на модернизацию форсажных камер и доработку простых ТРД, предназначенных опять же для дешевых БПЛА. В качестве примера можно привести попытки МАИ и ЦИАМ модернизировать таким образом ТРД МД-120 за счет замены камеры сгорания реактором активации топливной смеси и установкой за турбиной тяговых модулей с высокочастотными резонаторами. Пока работоспособную конструкцию создать не удалось, т.к. при профилировании резонаторов авторами используется линейная теория волн сжатия, т.е. расчеты ведутся в акустическом приближении. Динамика же детонационных волн и волн сжатия описывается совсем другим математическим аппаратом. Использование стандартных численных пакетов для расчета высокочастотных резонаторов имеет ограничение принципиального характера . Все современные модели турбулентности основаны на осреднении уравнений Навье-Стокса (базовые уравнения газовой динамики) по времени. Кроме того, вводится предположение Буссинеска, что тензор напряжения турбулентного трения пропорционален градиенту скорости. Оба предположения не выполняются в турбулентных потоках с ударными волнами, если характерные частоты сопоставимы с частотой турбулентной пульсации. К сожалению, мы имеем дело именно с таким случаем, поэтому тут необходимо либо построение модели более высокого уровня, либо прямое численное моделирование на основе полных уравнений Навье-Стокса без использования моделей турбулентности (задача, неподъемная на современном этапе).

Рис. 4. Схема ИДД с высокочастотным резонатором

Рис. 5. Схема ИДД с высокочастотным резонатором: СЗС — сверхзвуковая струя; УВ — ударная волна; Ф — фокус резонатора; ДВ — детонационная волна; ВР — волна разрежения; ОУВ — отраженная ударная волна

ИДД совершенствуются в направлении повышения частоты следования импульсов. Это направление имеет свое право на жизнь в области легких и дешевых беспилотных летательных аппаратов, а также при разработке различных эжекторных усилителей тяги.

Рецензенты:

Усков В.Н., д.т.н., профессор кафедры гидроаэромеханики Санкт-Петербургского государственного университета, математико-механический факультет, г. Санкт-Петербург;

Емельянов В.Н., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой плазмогазодинамики и теплотехники, БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова, г. Санкт-Петербург.

Работа поступила в редакцию 14.10.2013.

Библиографическая ссылка

Булат П.В., Продан Н.В. ОБЗОР ПРОЕКТОВ ДЕТОНАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ. ИМПУЛЬСНЫЕ ДВИГАТЕЛИ // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 10-8. – С. 1667-1671;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=32641 (дата обращения: 24.10.2019).
Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»

Испытания детонационного двигателя

FPI_RUSSIA / Vimeo

Опытно-конструкторское бюро имени Люльки разработало, изготовило и испытало опытный образец пульсирующего резонаторного детонационного двигателя с двухстадийным сжиганием керосиновоздушной смеси. Как сообщает ИТАР-ТАСС, средняя измеренная тяга двигателя составила около ста килограммов, а длительность непрерывной работы ─ более десяти минут. До конца текущего года ОКБ намерено изготовить и испытать полноразмерный пульсирующий детонационный двигатель.

О том, что в России ведутся работы по созданию пульсирующего детонационного двигателя, сообщалось в марте 2011 года. Об этом заявил тогда Илья Федоров, управляющий директор научно-производственного объединения «Сатурн», в состав которого входит ОКБ имени Люльки. О каком именно типе детонационного двигателя шла речь, Федоров не уточнил.

В настоящее время несколько крупных оборонных фирм мира занимаются исследованиями в области создания высокоэффективных пульсирующих реактивных двигателей. В частности, работы ведут французская компания SNECMA и американские General Electric и Pratt & Whitney. В 2012 году Научно-исследовательская лаборатория ВМС США объявила о намерении разработать спиновый детонационный двигатель, который должен будет заменить на кораблях обычные газотурбинные силовые установки.

Научно-исследовательская лаборатория (NRL) ВМС США намерена разработать ротационный, или спиновый, детонационный двигатель (Rotating Detonation Engine, RDE), который в перспективе сможет заменить на кораблях обычные газотурбинные силовые установки. Как сообщает NRL, новые двигатели позволят военным снизить потребление топлива, одновременно повысив энергетическую отдачу силовых установок.
В настоящее время ВМС США используют 430 газотурбинных двигателей (ГТД) на 129 кораблях. Ежегодно они потребляют топлива на два миллиарда долларов. По оценке NRL, благодаря RDE военные смогут экономить на топливе до 400 миллионов долларов в год. RDE смогут вырабатывать на десять процентов больше энергии, чем обычные ГТД. Прототип RDE уже создан, однако когда такие двигатели начнут поступать на флот, пока неизвестно.
В основу RDE легли наработки NRL, полученные при создании пульсирующего детонационного двигателя (Pulse Detonation Engine, PDE). Работа таких силовых установок основана на устойчивом детонационном горении топливной смеси.

В России испытали пульсирующий детонационный
двигатель

Опытно-конструкторское бюро имени Люльки разработало, изготовило
и испытало опытный образец пульсирующего резонаторного
детонационного двигателя с двухстадийным сжиганием
керосиновоздушной смеси. Как сообщает ИТАР-ТАСС , средняя измеренная
тяга двигателя составила около ста килограммов, а длительность
непрерывной работы ─ более десяти минут. До конца текущего года
ОКБ намерено изготовить и испытать полноразмерный пульсирующий
детонационный двигатель.

По словам главного конструктора ОКБ имени Люльки Александра
Тарасова, в ходе испытаний моделировались режимы работы,
характерные для турбореактивного и прямоточного двигателей.
Измеренные величины удельной тяги и удельного расхода топлива
оказались на 30-50 процентов лучше, чем у обычных
воздушно-реактивных двигателей. В ходе экспериментов
производилось многократное включение и выключение нового
двигателя, а также регулирование тяги.

На основе проведенных исследований, полученных при испытании
данных, а также схемно-конструкторского анализа ОКБ имени Люльки
намерено предложить разработку целого семейства пульсирующих
детонационных авиационных двигателей. В частности, могут быть
созданы двигатели с коротким ресурсом работы для беспилотных
летательных аппаратов и ракет и самолетные двигатели с
крейсерским сверхзвуковым режимом полета.

В перспективе на основе новых технологий могут быть созданы
двигатели для ракетно-космических систем и комбинированных
силовых установок самолетов, способных выполнять полеты в
атмосфере и за ее пределами.

По оценке
конструкторского бюро, новые двигатели позволят увеличить
тяговооруженность самолетов в 1,5-2 раза. Кроме того, при
использовании таких силовых установок дальность полета или масса
авиационных средств поражения могут увеличиться на 30-50
процентов. При этом удельный вес новых двигателей будет в 1,5-2
раза меньше аналогичного показателя обычных реактивных силовых
установок.

О том, что в России ведутся работы по созданию пульсирующего
детонационного двигателя, сообщалось в
марте 2011 года. Об этом заявил тогда Илья Федоров, управляющий
директор научно-производственного объединения «Сатурн», в состав
которого входит ОКБ имени Люльки. О каком именно типа
детонационного двигателя шла речь, Федоров не уточнил.

В настоящее время известны три вида пульсирующих двигателей ─
клапанные, бесклапанные и детонационные. Принцип работы этих
силовых установок заключается в периодической подаче в камеру
сгорания топлива и окислителя, где происходит воспламенение
топливной смеси и истечение продуктов сгорания из сопла с
образованием реактивной тяги. Отличие от обычных реактивных
двигателей заключается в детонационном горении топливной смеси,
при котором фронт горения распространяется быстрее скорости
звука.

Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель был изобретен еще в
конце XIX века шведским инженером Мартином Вибергом. Пульсирующий
двигатель считается простым и дешевым в изготовлении, однако
из-за особенностей горения топлива ─ малонадежным. Впервые новый
тип двигателя был использован серийно во время Второй мировой
войны на немецких крылатых ракетах Фау-1. На них устанавливался
двигатель Argus As-014 компании Argus-Werken.

В настоящее время несколько крупных оборонных фирм мира
занимаются исследованиями в области создания высокоэффективных
пульсирующих реактивных двигателей. В частности, работы ведут
французская компания SNECMA и американские General Electric и
Pratt & Whitney. В 2012 году Научно-исследовательская
лаборатория ВМС США объявила о
намерении разработать спиновый детонационный двигатель, который
должен будет заменить на кораблях обычные газотурбинные силовые
установки.

Спиновые детонационные двигатели отличаются от пульсирующих тем,
что детонационное горение топливной смеси в них происходит
непрерывно ─ фронт горения перемещается в кольцевой камере
сгорания, в которой топливная смесь постоянно обновляется.

Пульсирующий реактивный двигатель

Авторы патента:

Телесов Александр Николаевич (RU)

Телесов Антон Александрович (RU)

Телесов Павел Александрович (RU)

F02K7/02 — пульсирующие воздушно-реактивные двигатели

Полезная модель может быть использована как двигатель для привода различных машин и летательных аппаратов или как тепловая пушка. Пульсирующий реактивный двигатель содержит корпус с камерой сгорания 3 и соплом 6, а также системы 4 и 5 подачи и воспламенения компонентов в камере сгорания. Согласно полезной модели для увеличения площади приложения реактивной тяги и улучшения условий охлаждения двигателя камера сгорания 3 выполнена дискообразной, ограниченной дисками 1 и 2. Сопло 6 выполнено в виде прерывистой или сплошной замкнутой, например, кольцевой щели. Диски 1 и 2 могут быть закреплены неподвижно относительно друг друга, а кольцевая щель становится прерывистой. На чертеже показан двигатель с электрогенератором 7. Нижний диск 2 закреплен на электрогенераторе 7, а верхний диск 1 установлен на оси 8, связанной с осью ротора электрогенератора 7. В этом случае щель (сопло) 6 сделана сплошной, и верхний диск 1 вращается относительно нижнего диска 2 за счет давления на лопатки 9, закрепленные на верхнем диске. Увеличение поверхности камеры В летательном аппарате сопло 6 ориентируют вниз, а на оси может быть установлен нижний диск, при вращении которого обеспечивается повышенная вертикальная устойчивость аппарата. 1 з.п ф-лы, 1 ил.

Полезная модель относится к пульсирующим реактивным двигателям и может быть использовано как двигатель для привода летательных аппаратов и различных машин. Двигатель можно использовать как тепловую пушку.

Известные пульсирующие реактивные двигатели состоят из трубчатого (несколько бочкообразного) корпуса с клапанной решеткой на входе и соплом на выходе [Энциклопедия «Техника», Росмэн, М., 2006 или dic. academ-ic.ru/dic.nsf/enc_tech/1020/реактивный]. Имеется система подачи и зажигания горючего в камере сгорания.

Такие двигатели имеют большой удельный расход топлива.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является пульсирующий двигатель детонационного горения [патент РФ 2142058, F02K 7/20, 1999]. Двигатель содержит корпус с входным диффузором и соплом. В корпусе смонтированы системы управления, подачи компонентов в камеру сгорания и их воспламенения.

Недостатками существующих реактивных двигателей являются небольшие площади приложения реактивной тяги и охлаждения двигателя.

Задачей полезной модели является увеличение площади приложения реактивной тяги и улучшение условий охлаждения двигателя.

Поставленная задача решается тем, что в пульсирующем реактивном двигателе, содержащем корпус с камерой сгорания и соплом, системы подачи и воспламенения компонентов в камере сгорания, последняя выполнена дискообразной, а сопло выполнено в виде прерывистой или сплошной замкнутой щели, например, кольцевой, между верхним и нижним дисками, образующими камеру сгорания.;

Пульсирующий реактивный двигатель может быть снабжен лопатками, закрепленными на одном из дисков, а диски установлены с возможностью вращения один относительно другого.

На чертеже представлена схема пульсирующего дискового реактивного двигателя — ПуДРД в кампановке с электрогенератором.

Корпус ПуДРД представляет собой, как минимум, два диска 1 и 2, между которыми находится дискообразная камера сгорания 3. Имеются система 4 подачи и система 5 воспламенения топливной смеси. Из камеры сгорания 3 продукты горения выходят наружу через кольцевую щель (сопло) 6.

Диски 1 и 2 могут быть закреплены неподвижно относительно друг друга, например, установленными по окружности перемычками (не показаны). В этом случае кольцевая щель становится прерывистой.

Увеличенная за счет дискообразности поверхность камеры сгорания увеличивает площадь приложения реактивной тяги и улучшает охлаждение двигателя.

На чертеже приведена схема двигателя в кампановке с электрогенератором 7. В этом случае нижний диск 2 закреплен на электрогенераторе 7, а верхний диск 1 установлен на оси 8, связанной с осью ротора электрогенератора 7. В этом случае щель (сопло) 6 сделана сплошной, и верхний диск 1 вращается относительно нижнего диска 2 за счет давления на лопатки 9, закрепленные на верхнем диске.

Топливная смесь системой 4 подается в камеру сгорания, где перемешивается и воспламеняется. Циклы повторяются. Система входит в резонанс, когда поддерживается реактивно-пульсирующее горение.

В летательном аппарате сопло 6 ориентируют вниз или устанавливают на выходе струи (продуктов горения) устройства типа элеронов. На оси может быть установлен нижний диск, при вращении которого обеспечивается повышенная вертикальная устойчивость аппарата.

Двигатель можно использовать как генератор тепла.

1. Пульсирующий реактивный двигатель, содержащий корпус с камерой сгорания и соплом, системы подачи и воспламенения компонентов в камере сгорания, отличающийся тем, что камера сгорания выполнена дискообразной, а сопло выполнено в виде прерывистой или сплошной замкнутой, например, кольцевой щели между верхним и нижним дисками, образующими камеру сгорания.

2. Пульсирующий реактивный двигатель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен лопатками, закрепленными на одном из дисков, а диски установлены с возможностью вращения один относительно другого.

Похожие патенты:

Автономный электроагрегат // 102684

Роторный компрессор // 61368

Трехфазный синхронный генератор энергии на постоянных магнитах с низкой ценой капитального ремонта стоит купить // 125414

Установка для консервации авиационных двигателей // 92405

Стационарная паровая турбина // 72724

Сопло воздушно-реактивного двигателя с дискретно регулируемой площадью критического сечения // 82000

Малогабаритный туннельный воздухозаборник воздушно-реактивного двигателя дозвукового летательного аппарата // 134516

Полезная модель относится к области самолетостроения, в частности, к разработке входных устройств (ВЗУ) воздушно-реактивных двигателей (ВРД) дозвуковых летательных аппаратов

Система посадки на трос летательного аппарата // 43845

Крыльчатка насоса системы жидкостного охлаждения двигателя внутреннего сгорания // 83552

Свеча зажигания для двигателя внутреннего сгорания // 103241

Устройство для очистки воды в морских аквариумах и сопло для него // 84187

Сопло дымовой трубы // 78902

Эжекционная центробежная форсунка с тангенциальным входом и изменяемым сечением выходного сопла // 124890

Индивидуальный реактивный летательный аппарат // 118609

Многофункциональный высокоманевренный летательный аппарат вертикального взлета и посадки // 67062

Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель

Содержание материала

Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель
ЭЛЕМЕНТАРНАЯ ТЕОРИЯ ПУЛЬСИРУЮЩЕГО ВРД
ТЯГА АВИАМОДЕЛЬНОГО ПуВРД В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СКОРОСТИ ПОЛЕТА
КОНСТРУКТИВНЫЕ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ВЕЛИЧИНУ ТЯГИ
КОНСТРУКЦИЯ АВИАМОДЕЛЬНОГО ПУЛЬСИРУЮЩЕГО ДВИГАТЕЛЯ Б-10
ЭКСПЛУАТАЦИЯ АВИАМОДЕЛЬНОГО ПУЛЬСИРУЮЩЕГО ВРД
ОСОБЕННОСТИ КОМПОНОВКИ ЛЕТАЮЩИХ МОДЕЛЕЙ С ПУЛЬСИРУЮЩИМ ВРД
ИЗГОТОВЛЕНИЕ И СБОРКА ДВИГАТЕЛЯ Б-10
АВИАМОДЕЛЬНЫЙ ПУЛЬСИРУЮЩИЙ ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Б-12
Все страницы

Страница 1 из 9

Автор информации БОРОДИН В. А.

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

ПЕРЕЧЕНЬ

ОСНОВНОЙ ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Двигатель работает по следующему принципу.

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

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

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

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

Рис. 1. Принципиальная схема авиамодельного жидкостного реактивного двигателя:

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

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

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

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

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

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

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

ПОНЯТИЯ О РЕАКТИВНОМ ДВИГАТЕЛЕ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

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

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

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

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

mv₂ — mv₁ = Pt_y

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

t— время действия силы; т— масса тела;

V₁— начальная скорость массы;

V₂— конечная скорость массы.

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

Количество движения тела есть произведение его массы на скорость:

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

Если принять время действия силы равным 1 сек., то

mv₂-mv₁=P

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

КЛАССИФИКАЦИЯ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПУЛЬСИРУЮЩИХ ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

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

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

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

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

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

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

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

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

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

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ АВИАМОДЕЛЬНОГО ПУЛЬСИРУЮЩЕГО ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Вперед

Импульсный реактивный бензиновый двигатель HobbyKing «Red Head» с системой зажигания

Похоже, в вашем браузере отключен JavaScript.
Для использования функций этого веб-сайта в вашем браузере должен быть включен JavaScript.

Перейти к кассе

Общая стоимость

$0.00

Корзина

хотите БЕСПЛАТНУЮ доставку? Нажмите здесь, чтобы узнать больше!

Артикул:
{{артикул}}

Бесплатная доставка соответствующих требованиям заказов

Посмотреть детали

К сожалению, этот продукт недоступен в вашей стране

{{#is_combo_product}}
{{hbk_price.stock_2_group_0_combo_price_label}}
{{/is_combo_product}}
{{hbk_price.stock_2_group_0_formated}}

Импульсный реактивный двигатель | Военная Вики | Fandom

Схема импульсного двигателя

{|class=»infobox»

! колспан = «2» |
|-

Импульсный реактивный двигатель (или импульсный реактивный двигатель ) представляет собой тип реактивного двигателя, в котором сгорание происходит импульсами. Пульсирующие воздушно-реактивные двигатели могут быть изготовлены с несколькими ^[1] или без движущихся частей, ^[2] ^[3] ^[4] и могут работать в статике.

Импульсные реактивные двигатели представляют собой облегченную форму реактивного движения, но обычно имеют плохую степень сжатия и, следовательно, дают низкий удельный импульс.

Одно известное направление исследований импульсных реактивных двигателей включает двигатель с импульсной детонацией, который включает в себя повторяющиеся детонации в двигателе и который потенциально может обеспечить высокую степень сжатия и хороший КПД.

Содержимое

1 Типы
- 1.1 Импульсные форсунки с клапаном
- 1.2 Бесклапанные импульсные форсунки
2 История
- 2.1 Аргус Ас 109-014
3 Операция
4 Функция
- 4.1 Клапанная конструкция
- 4.2 Бесклапанная конструкция
- 4. 3 Использование в будущем
5 См. также
6 Примечания
7 Каталожные номера
8 Внешние ссылки

Типы

Существует два основных типа импульсных реактивных двигателей, оба из которых используют резонансное сгорание и используют расширяющиеся продукты сгорания для формирования пульсирующей выхлопной струи, которая периодически создает тягу.

Импульсные реактивные двигатели с клапанами

Импульсные реактивные двигатели с клапанами используют механический клапан для управления потоком расширяющихся выхлопных газов, заставляя горячий газ выходить из задней части двигателя только через выхлопную трубу и позволяя свежему воздуху и большему количеству топлива поступать через впускное отверстие. .

Импульсный реактивный двигатель с клапаном включает впуск с односторонним расположением клапана. Клапаны предотвращают выход взрывоопасного газа воспламененной топливной смеси в камере сгорания и нарушение потока всасываемого воздуха, хотя во всех практических клапанных импульсных двигателях существует некоторый «обратный выброс» при статической работе и на низкой скорости, поскольку клапаны не могут закрыться достаточно быстро, чтобы остановить весь газ от выхода из впуска. Перегретые выхлопные газы выходят через акустически резонансную выхлопную трубу. Расположение клапанов обычно гирляндный клапан или язычковый клапан. Гирляндный клапан менее эффективен, чем прямоугольная сетка клапанов, хотя его легче построить в небольшом масштабе.

Бесклапанные импульсные реактивные двигатели

Бесклапанные импульсные воздушно-реактивные двигатели не имеют движущихся частей и используют только их геометрию для управления потоком выхлопных газов из двигателя. Бесклапанные импульсные двигатели выбрасывают выхлопные газы как из впускных, так и из выхлопных газов, хотя большинство старается, чтобы большая часть выхлопных газов выходила через более длинную выхлопную трубу для более эффективного движения.

Бесклапанный импульсный двигатель работает по тому же принципу, что и импульсный двигатель с клапаном, но «клапан» определяется геометрией двигателя. Топливо в виде газа или паров жидкости либо смешивается с воздухом на впуске, либо непосредственно впрыскивается в камеру сгорания. Для запуска двигателя обычно требуется подача воздуха и источник воспламенения, например свеча зажигания, для топливно-воздушной смеси. С современными конструкциями двигателей почти любую конструкцию можно сделать самозапускающейся за счет обеспечения двигателя топливом и искрой зажигания, запуска двигателя без сжатого воздуха. После запуска двигателю требуется только подача топлива для поддержания самоподдерживающегося цикла сгорания.

История

Первый запатентованный импульсный реактивный двигатель (прообраз современного реактивного двигателя) был изобретен русским изобретателем и офицером-артиллеристом Н. Телешовым в 1864 году.
Кроме того, шведский изобретатель Мартин Виберг утверждает, что изобрел первую импульсную струю в Швеции, но точные детали патента неясны.

Первый работающий импульсный реактивный двигатель был запатентован в 1906 году русским инженером В.В. Караводин, выполнивший действующую модель в 1907 году.
Французский изобретатель Жорж Марконне запатентовал свой бесклапанный пульсирующий реактивный двигатель в 1919 г. 08, что, по мнению многих комментаторов, ^{[ необходима атрибуция ]} оказало большое влияние на летающую бомбу Фау-1 благодаря инженеру Паулю Шмидту, который впервые разработал более эффективную конструкцию, основанную на модификации впускных клапанов (или закрылков), что принесло ему государственную поддержку от Министерством авиации Германии в 1933 году. ^[5]

Один из первых импульсных реактивных двигателей, когда-либо построенных, был разработан Рамоном Казановой в Риполле, Каталония, в 1913 году, когда ему был 21 год, и запатентован в Барселоне в 1917. Для получения дополнительной информации см. http://www.youtube.com/watch?v=0VKL9o2bn28&feature=youtu.be

Рамон Казанова и импульсный реактивный двигатель, который он сконструировал и запатентовал в 1917 г. а независимый дизайнер и изобретатель из Мюнхена Пауль Шмидт предложил Министерству авиации Германии «летающую бомбу», приводимую в действие импульсным реактивным двигателем Шмидта. Маделунг был одним из изобретателей ленточного парашюта, устройства, используемого для стабилизации Фау-1 во время его конечного пикирования. Прототип бомбы Шмидта не соответствовал спецификациям Министерства авиации Германии, особенно из-за плохой точности, дальности действия и высокой стоимости. В оригинальной конструкции Шмидта импульсный реактивный двигатель размещался в фюзеляже, как у современного реактивного истребителя, в отличие от возможного Фау-1, в котором двигатель располагался над боеголовкой и фюзеляжем.

Компания «Аргус» начала работу на основе работы Шмидта. Другими немецкими производителями, работавшими над аналогичными импульсными реактивными двигателями и летающими бомбами, были The Askania Company, Robert Lusser из Fieseler, доктор Фриц Госслау из Argus и компания Siemens, которые объединились для работы над V-1. ^[5]

Теперь, когда Шмидт работает на Argus, импульсный реактивный двигатель был усовершенствован и официально известен под обозначением RLM как Argus As 109-014. Первое падение без двигателя произошло в Пенемюнде 28 октября 19 г.42 и первый полет с двигателем 10 декабря 1942 г.

Импульсный реактивный двигатель был оценен как превосходный по соотношению цены и функциональности: простая конструкция, которая хорошо себя зарекомендовала при минимальных затратах. ^[5] Он мог работать на любом сорте нефти, а система затвора зажигания не была рассчитана на срок службы больше одного часа нормального рабочего времени полета Фау-1. Хотя он создавал недостаточную для взлета тягу, резонансный реактивный двигатель Фау-1 мог работать, стоя на стартовой рампе. Простая резонансная конструкция, основанная на соотношении (8,7: 1) диаметра к длине выхлопной трубы, функционировала так, чтобы увековечить цикл сгорания, и достигла стабильной резонансной частоты на уровне 43 циклов в секунду. Двигатель создавал 500 фунтов силы (2200 Н) статической тяги и примерно 750 фунтов силы (3300 Н) в полете. ^[5]

Зажигание в As 014 обеспечивалось одной автомобильной свечой зажигания, установленной примерно в 75 см (30 дюймов) позади передней группы клапанов. Искра работала только для запуска двигателя; Argus As 014, как и все импульсные реактивные двигатели, не требовал катушек зажигания или магнето для зажигания — источником воспламенения был хвост предшествующего огненного шара во время полета. Вопреки распространенному мнению, ^{[ citation need ]} корпус двигателя не обеспечивал достаточного нагрева, чтобы вызвать дизельное воспламенение топлива, поскольку в импульсно-реактивном двигателе происходит незначительное сжатие.

Блок клапанов Argus As 014 был основан на системе заслонок, которая работала с частотой двигателя от 43 до 45 циклов в секунду.

Три воздушных сопла в передней части Argus As 014 были подключены к внешнему источнику высокого давления для запуска двигателя. Топливом, используемым для зажигания, был ацетилен, и техникам приходилось помещать перегородку из дерева или картона в выхлопную трубу, чтобы остановить диффузию ацетилена до полного воспламенения. После запуска двигателя и достижения минимальной рабочей температуры внешние шланги и разъемы были сняты.

V1, будучи крылатой ракетой, не имела шасси, поэтому Argus As 014 запускался с наклонной рампы, приводимой в движение паровой катапультой с поршневым приводом. Энергия пара, запускающая поршень, была получена в результате бурной экзотермической химической реакции, возникающей при объединении перекиси водорода и перманганата калия (называемых T-Stoff и Z-Stoff).

Технический персонал Райт Филд реконструировал Фау-1 из останков Фау-1, который не взорвался в Британии. Результатом стало создание JB-2 Loon с планером, построенным компанией Republic Aviation, и репродукцией импульсно-реактивного двигателя Argus As 014 производства Ford Motor Company.

Генерал Генри Харли «Хэп» Арнольд из ВВС США был обеспокоен тем, что это оружие может быть построено из стали и дерева за 2000 человеко-часов и приблизительно за 600 долларов США (в 1943 году). ^[5]

В основном импульсный реактивный двигатель использовался в военных целях при серийном производстве установки Argus As 014 (первый импульсный реактивный двигатель в серийном производстве) для использования с летающей бомбой Фау-1. За характерный гудящий звук двигателя его прозвали «жужжащей бомбой» или «жуком-болваном». Фау-1 — немецкая крылатая ракета, использовавшаяся во время Второй мировой войны, наиболее известной из которых стала бомбардировка Лондона в 1919 году.44. Импульсные реактивные двигатели, будучи дешевыми и простыми в изготовлении, были очевидным выбором для конструкторов Фау-1, учитывая нехватку материалов у немцев и перегруженность промышленности на том этапе войны. Конструкторы современных крылатых ракет не выбирают для движения импульсно-реактивные двигатели, отдавая предпочтение турбореактивным или ракетным двигателям.

Операция

Анимация импульсного реактивного двигателя.

Пульсирующие воздушно-реактивные двигатели отличаются простотой, дешевизной конструкции и высоким уровнем шума. Топливная эффективность импульсных реактивных двигателей является предметом горячих споров, поскольку эффективность является относительным понятием. Хотя тяговооружённость превосходна, удельный расход топлива по тяге, как правило, очень низкий. В импульсном реактивном двигателе используется цикл Ленуара, в котором отсутствует внешний сжимающий привод, такой как поршень цикла Отто или компрессионная турбина цикла Брайтона, который приводит к сжатию с акустическим резонансом в трубе. Это ограничивает максимальное (перед сгоранием) соотношение давлений, возможно, до 1,2: 1.

Высокий уровень шума обычно делает их непрактичными для других целей, кроме военных и других подобных ограниченных применений. ^[6] Однако импульсные струйные двигатели широко используются в качестве промышленных сушильных систем, и возник новый всплеск изучения и применения этих двигателей в таких приложениях, как высокопроизводительное отопление, преобразование биомассы и альтернативные энергетические системы. Импульсные реактивные двигатели могут работать практически на всем, что горит, включая твердые частицы, такие как опилки или угольный порошок.

Импульсные реактивные двигатели использовались для приведения в действие экспериментальных вертолетов, двигатели которых были прикреплены к концам лопастей несущего винта. ^[7] В качестве двигательной установки самолета импульсные реактивные двигатели имеют то преимущество перед газотурбинными двигателями, что не создают крутящий момент на фюзеляже. Вертолет может быть построен без хвостового винта и связанной с ним трансмиссии и приводного вала, что упрощает самолет (хотя по-прежнему необходимо поворачивать фюзеляж относительно винтов, чтобы он был направлен в одном направлении). Эта концепция рассматривалась еще в 1945. ^{[ выделена ]} Вертолет Hiller с законцовкой несущего винта, более известный как Hiller Powerblade, в 1949 г. импульсный двигатель. ^[8] По оценкам, стоимость винтокрылых летательных аппаратов снизится до 1/10 стоимости обычных винтокрылых самолетов. ^[6] Pulsejets также использовались как в линиях управления, так и в радиоуправляемых моделях самолетов. Рекорд скорости для модели самолета с линией управления превышает 200 миль в час (323 км/ч), хотя длинные линии управления создают 70 % сопротивления системы.

Свободно летающий радиоуправляемый импульсный реактивный двигатель ограничен конструкцией воздухозаборника двигателя. На скорости около 450 км/ч (280 м/ч) системы клапанов большинства двигателей с клапанами перестают полностью закрываться из-за напора воздуха, что приводит к снижению производительности. Одна компания, Beck Technologies, разработала клапанную импульсно-реактивную конструкцию с изменяемой геометрией впуска, позволяющую открывать и закрывать впуск для управления напорным воздушным потоком и позволять двигателю развивать полную мощность на любой скорости. На бесклапанные конструкции не так негативно влияет давление набегающего воздуха, как на другие конструкции, поскольку они никогда не предназначались для остановки потока, выходящего из впускного отверстия, и могут значительно увеличивать мощность на скорости.

Еще одна особенность импульсных реактивных двигателей заключается в том, что их тяга может быть увеличена за счет канала специальной формы, расположенного позади двигателя. Воздуховод действует как кольцевое крыло, которое выравнивает пульсирующую тягу за счет использования аэродинамических сил в выхлопе пульсирующего реактивного двигателя. Канал, обычно называемый аугментером, может значительно увеличить тягу импульсного реактивного двигателя без дополнительного расхода топлива. Возможно увеличение тяги на 100%, что приводит к гораздо более высокой эффективности использования топлива. Однако, чем больше воздуховод аугментатора, тем большее сопротивление он будет производить, и он может быть эффективен только в определенных диапазонах скоростей. Большинство транспортных средств будут ограничены сопротивлением на гораздо более низкой скорости, чем скорость, при которой аугментер малого или среднего размера перестанет производить положительное увеличение тяги.

Функция

Схема импульсной струи. Первая часть цикла: воздух проходит через впуск (1) и смешивается с топливом (2). Вторая часть: клапан (3) закрыт, и воспламененная топливно-воздушная смесь (4) приводит в движение корабль.

Цикл сгорания включает пять или шесть фаз: впуск, сжатие (в некоторых двигателях) впрыск топлива, зажигание, сгорание и выпуск.

Начиная с воспламенения в камере сгорания возникает высокое давление при сгорании топливно-воздушной смеси. Сжатый газ от сгорания не может выйти вперед через односторонний впускной клапан и поэтому выходит только назад через выхлопную трубу.

Инерционная реакция этого газового потока заставляет двигатель создавать тягу, эта сила используется для приведения в движение планера или лопасти несущего винта. Инерция движущихся выхлопных газов вызывает низкое давление в камере сгорания. Это давление меньше, чем давление на входе (перед односторонним клапаном), поэтому начинается фаза индукции цикла.

В простейших импульсно-реактивных двигателях этот впуск осуществляется через трубку Вентури, которая обеспечивает всасывание топлива из системы подачи топлива. В более сложных двигателях топливо может впрыскиваться непосредственно в камеру сгорания. Когда идет фаза индукции, топливо в распыленной форме впрыскивается в камеру сгорания для заполнения вакуума, образовавшегося при вылете предыдущего огненного шара; распыляемое топливо пытается заполнить всю трубу, включая выхлопную трубу. Это вызывает «вспышку» распыленного топлива в задней части камеры сгорания при контакте с горячими газами предшествующего столба газа — эта возникающая в результате вспышка «захлопывает» язычковые клапаны или, в случае бесклапанных конструкций, останавливает подачу топлива до тех пор, пока не образуется вакуум и цикл повторяется.

Конструкция с клапаном

Существует два основных типа импульсных форсунок. Первый известен как клапанная или традиционная импульсная струя и имеет набор односторонних клапанов, через которые проходит входящий воздух. Когда воздушно-топливная смесь воспламеняется, эти клапаны захлопываются, что означает, что горячие газы могут выходить только через выхлопную трубу двигателя, создавая таким образом тягу вперед.

Частота циклов в первую очередь зависит от длины двигателя. Для небольшого двигателя модельного типа частота может составлять около 250 импульсов в секунду, тогда как для более крупного двигателя, такого как тот, который использовался на немецкой летающей бомбе Фау-1, частота была ближе к 45 импульсам в секунду. Из-за производимого низкочастотного звука ракеты получили прозвище «жужжащие бомбы».

Бесклапанная конструкция

Основная статья: Бесклапанная импульсная струя

Второй тип импульсной струи известен как бесклапанная импульсная струя. ^[9] Технически этот двигатель называется импульсным реактивным двигателем акустического типа или импульсным реактивным двигателем с аэродинамическим клапаном.

Бесклапанные импульсные форсунки бывают разных форм и размеров, причем разные конструкции подходят для разных функций. Типичный бесклапанный двигатель будет иметь одну или несколько впускных труб, секцию камеры сгорания и одну или несколько секций выхлопной трубы.

Впускная трубка всасывает воздух и смешивает его с топливом для сгорания, а также контролирует выброс выхлопных газов, подобно клапану, ограничивая поток, но не останавливая его полностью. При горении топливно-воздушной смеси большая часть расширяющихся газов вытесняется из выхлопной трубы двигателя. Поскольку впускная труба (трубы) также вытесняет газ во время выхлопного цикла двигателя, в большинстве бесклапанных двигателей впускные отверстия обращены назад, так что создаваемая тяга увеличивает общую тягу, а не уменьшает ее.

Сгорание создает два фронта волны давления, один из которых движется по длинной выхлопной трубе, а другой по короткой впускной трубе. Правильно «настроив» систему (правильно спроектировав размеры двигателя), можно добиться резонирующего процесса сгорания.

В то время как некоторые бесклапанные двигатели известны тем, что они чрезвычайно требовательны к топливу, другие конструкции потребляют значительно меньше топлива, чем импульсные реактивные двигатели с клапанами, и правильно спроектированная система с передовыми компонентами и технологиями может соперничать или превосходить топливную экономичность небольших турбореактивных двигателей.

В 1909 году Жорж Марконне разработал первую пульсирующую камеру сгорания без клапанов. Это был дедушка всех бесклапанных импульсных реактивных двигателей. Бесклапанный импульсный реактивный двигатель экспериментировал с французской исследовательской группой SNECMA (Société Nationale d’Étude et de Construction de Moteurs d’Aviation) в конце 1940-х годов.

Бесклапанный импульсный реактивный двигатель впервые широко использовался в голландском беспилотнике Aviolanda AT-21. поскольку у него нет клапанов, давление набегающего воздуха при движении на высокой скорости не приводит к остановке двигателя, как у двигателя с клапаном. Они могут развивать более высокие максимальные скорости, а некоторые усовершенствованные конструкции способны работать на скорости 0,7 Маха или, возможно, выше.

Преимуществом импульсной струи акустического типа является простота. Поскольку нет движущихся частей, которые могут изнашиваться, их легче обслуживать и проще конструировать.

Использование в будущем

Импульсные реактивные двигатели сегодня используются в беспилотных летательных аппаратах-мишенях, моделях самолетов с линией управления (а также в радиоуправляемых самолетах), генераторах тумана, а также в промышленном сушильном и домашнем отопительном оборудовании. Поскольку импульсные струйные двигатели представляют собой эффективный и простой способ преобразования топлива в тепло, экспериментаторы используют их для новых промышленных применений, таких как преобразование топлива из биомассы, системы котлов и обогревателей и другие приложения.

Некоторые экспериментаторы продолжают работать над улучшением конструкции. Двигатели трудно интегрировать в конструкции коммерческих пилотируемых самолетов из-за шума и вибрации, хотя они превосходны на беспилотных транспортных средствах меньшего размера.

Импульсно-детонационный двигатель (PDE) знаменует собой новый подход к реактивным двигателям периодического действия и обещает более высокую эффективность использования топлива по сравнению с турбовентиляторными реактивными двигателями, по крайней мере, на очень высоких скоростях. У Pratt & Whitney и General Electric теперь есть активные исследовательские программы PDE. Большинство исследовательских программ PDE используют импульсные реактивные двигатели для проверки идей на ранней стадии проектирования.

Boeing имеет запатентованную технологию импульсных реактивных двигателей под названием Pulse Ejector Thrust Augmentor (PETA), которая предлагает использовать импульсные реактивные двигатели для вертикального подъема в военных и коммерческих самолетах вертикального взлета и посадки. ^[11]

См. также

Импульсно-детонационный двигатель
Бесклапанный импульсный жиклер
Список авиадвигателей

Примечания

↑ http://gofurther.utsi.edu/Projects/PulseDE.htm
↑ http://news.google.com/patents/about?id=vOZsAAAAAEBAJ
↑ http://www.google.com/patents?vid=USPAT6216446
↑ http://www.home.no/andreas.sunnhordvik/English/mechanical/valveless_e.htm
↑ ^5,0 ^5,1 ^5,2 ^5,3 ^5,4 Джордж Миндинг, Роберт Болтон: Авиационные ракеты США: 1949-1969 : Pioners , Lul. -7. стр.6-31
↑ ^{6. 0} ^6.1 Ян Роскам, Чуан-Тау Эдвард Лан; Аэродинамика и летно-технические характеристики самолета DARcorporation: 1997: ISBN 1-884885-44-6: 711 страниц
↑ http://en.wikipedia.org/wiki/XH-26_Jet_Jeep
↑ Джозеф Лоуренс Нейлер, Эрнест Оуэр; Авиация: ее техническое развитие , Издательство Dufour Editions, 1965 г., 290 стр.
↑ Гэн, Т.; Шон, Массачусетс; Кузнецов, А. В.; Робертс, WL (2007). «Комбинированное численное и экспериментальное исследование 15-сантиметрового бесклапанного импульсного двигателя». стр. 17–33. Цифровой идентификатор объекта: 10.1007/s10494-006-9032-8.
↑ Ян Роскам, Чуан-Тау Эдвард Лан; Аэродинамика и характеристики самолета , DARcorporation: 1997 ISBN 1-884885-44-6 : 711 страниц
↑ Диас, Хесус (2011-07-28). «Тысячелетний сокол Боинга плавает с использованием нацистских технологий». http://www.wired.com/dangerroom/2011/07/boeings-millennium-falcon-floats-using-nazi-technology/.

Ссылки

Обзор авиационной техники , Институт авиационных наук (США): 1948, том. 7.
Джордж Миндлинг, Роберт Болтон: Тактические ракеты ВВС США: 1949-1969 : Пионеры , Lulu.com, 200: ISBN 0-557-00029-7. стр. 6–31

Внешние ссылки

http://www.pulse-jets.com/ — международный сайт, посвященный импульсным реактивным двигателям, включая проектирование и эксперименты. Включает чрезвычайно активный форум, состоящий из знающих энтузиастов.
http://www.PulseJetEngines.com/ — сайт, посвященный реактивным двигателям для хобби, особенно импульсным реактивным двигателям с клапанами и без клапанов. Они предлагают множество бесплатных импульсных реактивных самолетов и содержат много полезной информации.
Видео испытаний импульсно-струйного двигателя Argus As 014, построенного в 21 веке в Германии
http://www.frenchgeek.com/pulsejet.php — подробное руководство, документирующее все шаги, необходимые для создания собственного Pulsejet. Пример, созданный на этом сайте, в конечном итоге устанавливается на самодельный карт и тестируется.
Pulsejets в авиамоделях
Популярная ассоциация вертолетостроения [1]
Импульсный реактивный велосипед [2]
Апокалиптическая группа робототехники Survival Research Labs использует набор импульсных реактивных двигателей в некоторых своих творениях, включая Hovercraft, V1 и Flame Hurricane. [3]
PETA (Pulse-Ejector-Thrust-Augmentors), статья [4]

Планы на все — Планы импульсных реактивных двигателей

Это планы импульсных двигателей всех видов конфигураций, в основном подходящих для моделей, но некоторые из них больше, например, блок, который приводил в действие V-1 Buzz Бомбы с 1200-фунтовым грузом из Германии в Англию во время Второй мировой войны.

Изображение	Описание	Файл Спец.	Скачать
	Aerojet: Импульсный реактивный самолет российской разработки с метрическими размерами.	1 стр. 52 кБ
	Alpha Jet: Разработанный в Германии импульсный реактивный двигатель с метрическими размерами.	1 стр. 376 кБ
	Atom Jet: Простая в сборке датская импульсная струя с метрическими размерами.	2 страницы 287 кБ
	B12 Pulse Jet: Импульсный жиклер большего размера в метрических размерах.	1 стр. 245 кБ
	Импульсная форсунка Brauner: Импульсная форсунка, разработанная Brauner в метрических размерах с 1983 года.	1 стр. 245 кБ
	Импульсная струя Brenot: Хорошо задокументированная конструкция импульсной струи с сопровождающими инструкциями, написанными на французском языке. Метрические размеры.	4 страницы 800 КБ
	Китайский бесклапанный импульсный жиклер: Эта очень простая конструкция не имеет движущихся частей, разработана в Китае с метрическими размерами. Он выдает 12 фунтов тяги.	2 страницы 287 кБ
	Модель Craft Pulse Jet: Эта конструкция интегрирует импульсный двигатель в простую реактивную модель самолета. Имперские (дюймы) размеры.	2 страницы 604 кБ
	DeLaird Valveless Pulse Jet: Базовая китайская бесклапанная конструкция, нарисованная Джимом ДеЛэрдом в 1993 году в имперских размерах вместо исходных метрических.	4 страницы 133 кБ
	Пульсирующая форсунка Didgeridoo: Стандартная импульсная форсунка с лепестковым клапаном, разработанная в соответствии с метрическими размерами и инструкциями на английском (ну вроде того).	7 стр. 1,4 МБ
	Бесклапанная импульсная форсунка со сфокусированной волной: Эта усовершенствованная конструкция очень проста в изготовлении. Он маленький, около 2 1/4 фунтов тяги.	2 страницы 455 кБ
	German V-1 Buzz Bomb Импульсный реактивный самолет: Вот чертежи печально известного немецкого двигателя V-1 Buzz Bomb, который Гитлер отправил через Ла-Манш с 1000-фунтовой взрывчаткой, чтобы терроризировать Англию во время Второй мировой войны. Я видел один из таких двигателей, и они огромны — около 12 футов в длину.	23 страницы 907 кБ
	LH Бесклапанная импульсная струя: Представляет собой сложенную бесклапанную импульсную форсунку LH с метрическими размерами. Это настоящие демоны при использовании пропана, их очень просто сделать и запустить.	1 стр. 47 кБ
	Luhman Pulse Jet: Это немецкий дизайн, опубликованный в старом журнале.	7 стр. 1,9 МБ
	Импульсный реактивный двигатель Мопена: Простая модель двигателя с пластинчатым клапаном, разработанная Мопеном.	1 стр. 317 кБ
	Бесклапанный импульсный двигатель Огорелика: Отличный 35-страничный трактат о том, как создавать бесклапанные импульсные двигатели для модели или полномасштабного использования.	35 стр. 618 кБ
	Pulso 1 Pulse Jet: Еще один вариант довольно стандартной модели пульсирующего реактивного двигателя с язычковым клапаном.	1 стр. 313 кБ
	Импульсный реактивный двигатель Pulso 3: То же, что и выше, но с импульсным реактивным двигателем большего размера.	1 стр. 508 кБ
	Tempest Pulse Jet: Еще один стандартный импульсный реактивный двигатель клапанного типа.	1 стр. 354 КБ
	Бесклапанный импульсный реактивный двигатель Thermojet: Еще один простой бесклапанный импульсный реактивный двигатель.	1 стр. 354 КБ
	Tiger Pulse Jet: Модель Tiger с тягой 1-1/2 фунта из Японии, но размеры указаны в дюймах.	2 страницы 372 кБ
	Модель Ram Jet: Небольшой прямоточный двигатель, разработанный для использования в моделях самолетов.	2 страницы 679 кБ

Прошлое и будущее Pulse Jet – Disciples of Flight

АКЦИИ

Что, если бы у реактивного двигателя не было движущихся частей? Любители истории авиации с теплотой вспоминают 9-й0004 импульсный реактивный двигатель (или пульсирующий реактивный двигатель) как ответ на этот вопрос. Поскольку исторические корни уходят в прошлое еще до полета с двигателем, характеристика импульсной струи осталась неизменной. Известные как часть летающей бомбы Фау-1, которая терроризировала Лондон в последние годы Второй мировой войны, импульсные реактивные двигатели практически не использовались в пилотируемых самолетах.

Пульсация для увеличения тяги

В двух словах импульсные форсунки работают так же, как двигатель внутреннего сгорания, который мы находим в автомобилях: дискретные взрывы, вызванные искрением сжиженного топлива, смешанного с кислородом, выталкивают горячий газ наружу, создавая тягу. После того, как взрыв вытеснит горячий газ наружу, кислород должен быть возвращен в камеру сгорания, прежде чем процесс может начаться снова.

Вместо использования направленного вперед вентилятора для всасывания свежего кислорода импульсные форсунки полагаются на градиенты давления и пассивный поток воздуха. Взрыв и возникающий в результате выброс горячего газа из задней части двигателя оставляет после себя область низкого давления по сравнению с внешней средой внутри камеры сгорания. Таким образом, свежий воздух снаружи будет устремляться в камеру сгорания через впускное отверстие, подготавливая двигатель к еще одному взрыву. Выходящий горячий газ, оставшийся в камере сгорания после предыдущего взрыва, воспламеняет следующую порцию воздуха и газа. Каждое событие взрыва считается одним «импульсом». Чтобы пульсирующая струя обеспечивала достаточную тягу для отрыва, пульсация должна быть постоянной.

Импульсные форсунки привлекательны тем, что теоретически они могут быть сделаны без каких-либо движущихся частей, хотя на практике большинство из них имеют клапан, обеспечивающий выход всего горячего газа из выхлопной трубы, а не где-либо еще. Простота конструкции, в конечном счете, будет очень важным фактором при выборе импульсных форсунок в качестве способа создания тяги.

Изготовление «жужжащей бомбы»

Импульсные реактивные двигатели исследовались группой европейских инженеров с начала 1900-х годов. Ни один импульсный реактивный самолет не выходил из стадии прототипа до тех пор, пока немец Пауль Шмидт не получил правительственный грант на разработку летающей бомбы Фау-1 в 1919 году.30 с. Предполагалось, что летающая бомба станет дешевым способом бомбить удаленные цели, не подвергая опасности экипажи бомбардировщиков. Требования были просты: доставить большую бомбу в дальний район. Для того времени выполнить эти требования было чрезвычайно сложно.

Ранние прототипы 1930-х годов работали плохо, и в конце концов Шмидт потерял контроль над проектом, хотя и продолжал участвовать. В конце концов, после начала войны проект получил дополнительное финансирование, и к началу 1940-х годов в рамках проекта V-1 был создан очень простой импульсный реактивный двигатель одноразового использования. Хотя импульсные реактивные двигатели просты по своей природе, двигатель, созданный по программе Фау-1, был прекрасным примером экономичности и эффективности военного времени.

Фото: любезно предоставлено Бундесархивом, Bild 146-1973-029A-24A / Lysiak / CC-BY-SA 3. 0

Как хорошо знали немецкие инженеры, для импульсных форсунок необходимо, чтобы содержимое их камеры сгорания воспламенялось только один раз за чтобы гарантировать достаточное количество тепла для воспламенения последующих топливно-воздушных смесей. В результате импульсный жиклер для использования в Фау-1 использовал одноразовую свечу зажигания в целях экономии ресурсов.
В конечном итоге Фау-1 превратился в беспилотную систему доставки бомб, приводимую в движение импульсным реактивным двигателем. Он эффективно использовался для бомбардировок Лондона в последние годы войны, и многие опасались его гудящего шума. Однако интерес Германии к импульсным реактивным двигателям на этом не закончился.

Импульсные реактивные двигатели для реактивных ранцев

«Летный ранец Химмельштурмера» был еще одной экспериментальной программой военного времени, целью которой было использование импульсных реактивных двигателей в качестве средств передвижения пехоты. Да, нацисты экспериментировали с реактивными ранцами для своих солдат. Химмельштурмер состоял из рюкзака с канистрой с топливом, канистры с кислородом и импульсной струи. Кислород был необходим, чтобы дополнить воздух, всасываемый перепадом давления, вызванным каждым импульсом.
Предназначенный для перевозки войск через реки и пропасти, Химмельштурмер имел очень короткое время полета из-за нехватки топлива. Таким образом, движение вперед с любой заметной скоростью было чрезвычайно опасным, поскольку операторам нужно было расходовать топливо, чтобы замедлиться перед посадкой. Химмельштурмер был испытан на заключительном этапе войны, но никогда не использовался в бою.

После войны

После войны армия США экспериментировала с импульсными реактивными системами, но в конечном итоге отказалась от внедрения любого из протестированных прототипов. Прототип одноместного разведывательного вертолета XH-26 «Jet Jeep» стал кульминацией американских экспериментов. XH-26 был легким вертолетом с крошечными пульсирующими форсунками на концах несущего винта. Таким образом, импульсные струи будут вращать лопасти несущего винта и обеспечивать подъемную силу. К сожалению, дополнительный вес импульсных двигателей сделал невозможным авторотацию, и поэтому армия отказалась от реализации проекта.

Конец импульсных двигателей?

С тех пор как в послевоенный период интерес к импульсным реактивным двигателям угас, импульсные реактивные двигатели мало применялись и мало исследовались в авиации. За пределами авиации импульсные форсунки нашли применение в промышленных системах обогрева. На данный момент, вероятно, импульсные реактивные самолеты по-прежнему будут отсутствовать в авиации, хотя есть несколько проектов, которые могут ожидать их возвращения в будущем.

В частности, Boeing владеет рядом патентов на базовый импульсный реактивный самолет 9.0005, а также несколько более новых патентов, сочетающих технологию импульсной струи с миниатюризацией для использования в дронах. Компания Boeing также рассматривала возможность использования импульсных реактивных двигателей в контексте предоставления самолетам недорогих возможностей вертикального взлета и посадки. Учитывая предыдущую привычку импульсных струй к более сложным вариантам, вполне возможно, что импульсные форсунки останутся пережитком прошлого.

Рекомендуемое изображение: Heinkel He 111 H-22 загружается V1, любезно предоставлено ВВС США

Истребители-паразиты: 40 лет ушло на то, чтобы заставить их работать сопровождения истребителей и, таким образом, уязвимы для воздушных атак. В то же время аэростаты широко использовались в военных целях и считались особенно уязвимыми для вражеских истребителей. Из этой угрозы возникла концепция истребители-паразиты , маленькие истребители [Нажмите, чтобы прочитать больше…]

горение — Будет ли эффективным гибрид импульсного двигателя и турбины?

$\begingroup$

Импульсный реактивный двигатель — это двигатель с несколькими движущимися частями (думаю, только заслонками камеры), в котором топливо впрыскивается в камеру сгорания, что приводит к взрыву, выталкивающему воздух к выхлопу. После взрыва воздух снова поступает в камеру, что приводит к новому взрыву, и цикл продолжается.

Этот тип двигателя действительно неэффективен по ряду причин, но мне он чем-то напоминает поршневой двигатель; в том смысле, что он тоже работает мелкими взрывами. В отличие от импульсно-реактивных поршневые двигатели сжимают воздух (вторая стадия цикла сгорания на картинке).

Из того, что я смог найти , в обычных газотурбинных двигателях (таких как турбовентиляторные, турбореактивные, турбовальные и т. д.) камера сгорания работает за счет непрерывного потока чрезвычайно сжатого воздуха, который постоянно расширяется назад, вращая турбину и продолжая цикл.

Кроме того, я полагаю, вам не хотелось бы, чтобы он работал так же быстро, как обычный импульсный реактивный двигатель (потому что я читал, что импульсные реактивные двигатели, использовавшиеся во время Второй мировой войны, не могли продержаться более одного полета), я бы подумал о небольшой компрессор, похожий на турбокомпрессор, но приводимый в движение турбиной (или чем-то подобным) небольшими импульсами. Но опять же, я только делаю предположения .

Я пытался найти какие-либо исследования по этому поводу, но смог найти только эту странную концепцию турбовентилятора в PDF-файле Kiberius Aircraft под заголовком «ТЕХНОЛОГИЯ ИМПУЛЬСНО-ДЕТОНАЦИОННОГО ДВИГАТЕЛЯ: ОБЗОР» (ссылка сразу загружает PDF-файл). файл).

Так вот, в документе сказано, что в зоне перепуска воздуха (на изображении, стр. 18) будет дополнительная камера сгорания, в которой импульсами еще больше разгонится воздух. Но это больше похоже на модификацию ТРДД, а не на импульсный двигатель с турбиной на конце.

турбина
камера сгорания
импульсный двигатель

$\endgroup$

$\begingroup$

Немного хороших мыслей, но давайте начнем с основ:

Импульсные форсунки требуют настроенной трубы для адекватного сжатия. Конструкция посылает ударную волну обратно из выхлопной трубы в сторону зоны сгорания. Эта волна действует как «невидимый поршень», действуя в этом смысле точно так же, как реальный.

Во-вторых, под детонацией подразумевается взрыв чего-либо. Также означает горячее.

Если взять данную смесь топлива и воздуха с избытком топлива, она будет гореть медленнее и холоднее. Пламя имеет тенденцию быть оранжевым. Это известно как «богатый».

При увеличении % кислорода пламя становится синим. Это известно как «худой». Это знает каждый сварщик.

Но дальше обеда идет неуправляемая и опасная «детонация». Слишком быстро взрывается. Не годится для поршней или лопаток турбины.

Суть в том, что сжатие повышает эффективность, делая даже самые лучшие импульсные форсунки далеко позади турбин и поршневых двигателей.

Однако турбины намного легче и требуют меньше обслуживания, чем поршневые двигатели. КПД турбин повышается.

Импульсная детонация — экзотическая попытка увеличить скорость выхлопных газов для использования на гиперзвуковых скоростях. Не совсем нужно для вашего Пайпер Куб.

Интересно, что настроенные патрубки могут повысить производительность двухтактных двигателей, ограничивая потери топлива/свежего воздуха для следующего запуска цилиндра. Их обычно можно увидеть на небольших радиоуправляемых самолетах.

$\endgroup$

$\begingroup$

Будет ли эффективен гибрид импульсного двигателя и турбины?

Ну, как вы определяете «эффективность»? Вы имеете в виду конкретное абсолютное число? Тепловой КПД выше 30%? Пропульсивный КПД более 50%? Вероятно, было бы лучше сформулировать этот вопрос как относительный, а не абсолютный. Итак, мы должны спросить, эффективен ли по сравнению с ?

Если мы спросим: «Будет ли гибрид импульсного двигателя/турбины более эффективным, чем импульсный двигатель сам по себе», то почти наверняка да. Добавляя байпасный вентилятор с приводом от турбины, вы можете перемещать больший объем воздуха при более низкой скорости выхлопа и, таким образом, значительно повысить эффективность тяги.

Однако это действительно лишило бы смысла импульсный реактивный двигатель. Основное преимущество импульсной струи заключается в том, что она чрезвычайно дешева как в проектировании, так и в производстве. У вас есть ровно одна движущаяся часть (клапан и, возможно, топливный насос). Не нужно беспокоиться о вычислительной гидродинамике для проектирования лопасти, прецизионных подшипниках для ротора, напряжениях во вращающихся частях, высокотемпературных сплавах для лопаток турбины и т. д. представили всю эту механическую и аэродинамическую сложность. На данный момент дополнительные затраты на полный турбовентиляторный двигатель невелики по сравнению с огромным приростом эффективности, который вы получите.

Примечание: статья, на которую вы ссылаетесь, посвящена «импульсному детонационному двигателю», который похож на импульсный реактивный двигатель, но отличается от него. Импульсные струйные двигатели дефлагрируют топливо (дозвуковое распространение), тогда как импульсная детонация, как следует из названия, детонирует топливо (сверхзвуковое распространение, приводящее к ударным волнам).

$\endgroup$

Твой ответ

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

Импульсный реактивный самолет | Хакадей

10 февраля 2021 г., Левин Дэй

Pulsejets — популярная самодельная сборка для заядлых экспериментаторов, которую очень любят за механическую простоту и мощный рев. Однако может быть трудно заставить их работать плавно и создавать большую тягу. В постоянном стремлении сделать именно это [Integza] усердно перерабатывал свои конструкции, недавно добавив электрический турбонагнетатель, чтобы добавить немного ускорения.

Как и в любом двигателе внутреннего сгорания, добавление большего количества воздуха означает, что можно сжечь больше топлива для большей мощности. Электрический турбонагнетатель — идеальный способ сделать это, используя мощный бесщеточный двигатель для вращения колеса радиального компрессора, чтобы нагнетать воздух под высоким давлением в камеру сгорания импульсной струи. [Integza] использовала полимерный принтер для изготовления колеса и корпуса компрессора турбокомпрессора, что упростило изготовление сложной геометрии.

Первоначальные результаты были положительными: импульсный двигатель поддерживал лучшее сгорание при включенном турбонагнетателе. У него есть недостаток, заключающийся в том, что для работы требуется питание от батареи, но это может стоить компромисса для дополнительной тяги. Однако хрупкая установка требует дополнительной доработки, прежде чем можно будет провести испытание на тягу. До сих пор [Integza] обходилась набором напольных весов; мы предполагаем, что пружинный датчик силы или тензодатчик может быть в порядке. Если вы хотите построить свой собственный импульсный реактивный двигатель без сварки, рассмотрите метод углеродного волокна, используемый в этом проекте. Видео после перерыва.

Читать далее «Турбокомпрессор, напечатанный на 3D-принтере, повышает производительность импульсного двигателя» →

Posted in 3d Printer hacksTagged импульсный реактивный двигатель, импульсный реактивный двигатель, турбокомпрессор

15 января 2021 года Дженни Лист

С целью снижения передачи вируса из-за собраний во время пандемии правительство Нидерландов запретило фейерверки. Жителям Нидерландов нравятся их шумные вещи, поэтому нам говорят, что запрет широко нарушался, но [Build Comics] — это законопослушная группа героев мастерских инструментов. Из-за шума блокировки они создали полностью легальный импульсный двигатель. Интересно то, что он был сделан полностью с использованием довольно простых инструментов с минимальным бюджетом, при этом TIG и MIG отказались от использования приземленного сварочного аппарата.

Форма импульсной струи, вероятно, вам знакома, так как она была взята из других опубликованных проектов. Длинная трубка согнута на себя с камерой сгорания, помещенной в одно из ее плеч, так что струя образует резонансную камеру, производящую непрерывные импульсы выхлопных газов. Этот сделан из трубы из нержавеющей стали, и его исчерпывающая документация заслуживает внимания каждого, кто захочет сделать свой собственный. Сварка тонкого листа с помощью сварочного аппарата требует немалых навыков, и в некоторых местах им удается прожечь дыру или две. Для одного требуется заплатка, но проверенная временем техника надевания бусины по краю позволяет успешно закрыть другой.

Их первая попытка запустить его с помощью воздуходувки с адаптером, напечатанным на 3D-принтере, не удалась, но после создания более устойчивой детали и более эффективной газовой форсунки двигатель запускается. Затем его выносят на ферму для серьезного шума без слишком большого количества разгневанных соседей, как вы можете видеть на видео ниже перерыва.

Геройские инструменты Build Comics появлялись здесь раньше, совсем недавно с аналоговыми часами.

продолжить чтение «Импульсный реактивный самолет за 136 евро для развлечения без фейерверков» →

Posted in Взломы двигателейTagged импульсная струя, нержавеющая сталь, сварочный аппарат

14 октября 2020 г., Левин Дэй

Реактивные двигатели

, несомненно, круты, но присущая им сложность не позволяет многим экспериментировать с технологией дома. Возможно, наиболее доступной является импульсно-струйная установка; в бесклапанной форме его можно построить относительно легко, не требуя большого количества прецизионных вращающихся деталей. [Integza] решил попробовать создать свой собственный, столкнувшись на пути со многими препятствиями. (Видео, встроенное ниже.)

Несмотря на отказ от турбин и компрессоров, состоящий только из впуска, выпуска и камеры сгорания, импульсный реактивный двигатель по-прежнему представляет множество проблем для домашнего геймера. Первостепенной задачей является поддержание горения без возгорания струи и создание струи из подходящих материалов, которые не расплавятся и не превратятся в липкую лужу на полу.

Процесс проектирования [Integza] начался с многочисленных попыток 3D-печати. Несмотря на правильную геометрию, ни одна из этих конструкций не могла проработать более нескольких секунд, не расплавившись и не развалившись. Стремясь избежать типичного подхода со сварной сталью, [Integza] вместо этого решила пойти по другому пути, используя мат из углеродного волокна в сочетании с высокотемпературным герметиком. С помощью напечатанной на 3D-принтере формы он смог создать работающий двигатель, способный выдерживать высокие температуры и издавать великолепный звук пульсирующего реактивного двигателя.

Он прошел долгий путь по сравнению с предыдущими экспериментами [Integza], и мы с нетерпением ждем возможности увидеть, что будет дальше — будь то самолет или, возможно, даже картинг. Видео после перерыва.

продолжить чтение «Homebrew Pulsejet использует углеродное волокно с большим эффектом» →

Posted in Разное HacksTagged реактивный двигатель, импульсный реактивный двигатель

17 мая 2015 г., Джеймс Хобсон

[Колин Ферз] снова в деле. На этот раз он построил чёртов картинг с реактивным двигателем.

Если вы не знакомы с [Mr. Furze], ему не привыкать строить скоростные транспортные средства, например, самую быструю детскую коляску в мире. А еще он немного одержим импульсными реактивными двигателями. Он даже сделал один из держателя рулона туалетной бумаги. Он был сантехником, но теперь он один из лучших создателей безумного ученого на YouTube. Мы просто надеемся, что он не забросит слишком рано один из своих экстремальных проектов, потому что его предохранительный галстук, вероятно, не спасет его!

Проект этого месяца не является исключением — он привязывает свой гигантский импульсный реактивный двигатель, который он использовал, чтобы пукнуть во Франции , к раме крошечного картинга. «Как видите, соотношение реактивного самолета и картинга довольно хорошее». Без шуток — двигатель должен быть в 2,5 раза длиннее рамы карта!

Оставайтесь здесь после перерыва, чтобы увидеть, как он рискует своей шеей ради нашего собственного развлечения.

Продолжить чтение «Не пытайтесь повторить это дома: картинг с реактивным двигателем» →

Posted in Transportation HacksTagged colin furze, тележка с реактивным двигателем, реактивный двигатель, картинг, импульсный реактивный двигатель, импульсный реактивный двигатель

15 февраля 2013 г. Брайан Бенчофф

Швеция выходит из глубины холодной, темной зимы. Что может быть лучше, чтобы насладиться последними неделями холода, коротких дней и замерзших озер и рек? Вот что такое Orsa Speed Weekend; преодолевать замерзшее озеро любыми средствами, включая реактивные снегоходы.

Этот импульсный реактивный двигатель создан плодотворными умами Svarthalet Racing (перевод Google), которые в эти последние холодные зимние месяцы вложили невероятный объем работы в свой импульсный реактивный снегоход с впрыском топлива. Они даже зашли так далеко, что провели некоторый анализ мощности своего снегохода. Удивительно, но это не намного больше лошадиных сил, чем у небольшого автомобиля, но это из-за веселой неэффективности импульсных двигателей по сравнению с более традиционными двигателями.

Это не первый раз, когда мы видим реактивные снегоходы, построенные для Orsa Speed Weekend. Мы просто надеемся, что в этом году в нашей строке советов появится еще несколько видео.

Posted in Transportation HacksTagged гонки на льду, импульсный реактивный самолет, гонки

21 сентября 2012 г., Майк Щис

[Колин Ферз] просто хвастается на этой картинке. Его импульсный чайник сконструирован достаточно хорошо, чтобы обойтись без паяльной лампы, но кто может винить его зрелищность? На самом деле, когда он работает, пламени не видно. Это потому, что сгорание происходит на более ранней стадии этой трубы, нагревая сегмент, погруженный в воду, так что вы можете выпить чай в кратчайшие сроки.

Как только эта штука настроена, она рычит, как роботизированный лев. [Колин] кричит свой комментарий в камеру, но он воспринимается как не более чем всплеск искажения. В струю подаются сжатый пропан и воздух. они регулируются двумя ручками на основании устройства (этот корпус на самом деле просто форма для пирога). Также в основание встроен воспламенитель с питанием от батареи 9 В. Как строился агрегат, можно посмотреть на видео после перерыва.

Читать далее «Чайник Pulse Jet» →

Posted in Кулинарные лайфхакиTagged чайник, пульсирующая струя, чай

5 сентября 2011 г., Брайан Бенчофф

Представьте себе наше удивление, когда мы узнали, что [Брюс Симпсон], который попал в заголовки газет в 2003 году со своей крылатой ракетой «сделай сам» за 5000 долларов, все еще жив, его не незаконно интернировали в тюрьму для секретных операций, и он все еще занимается тем, что у него получается лучше всего: строительством. действительно крутые радиоуправляемые самолеты.

Первый успешный 9В 0987 году массовым импульсным реактивным самолетом стала немецкая летающая бомба Фау-1. У Фау-1 была очень примитивная система наведения, но беспилотный импульсный реактивный самолет быстро превратился в несколько дронов-мишеней, используемых ВВС США. Никогда не было значительного прогресса в улучшении расхода топлива, уровня шума или теплового следа импульсных двигателей, поэтому они были заменены более совершенными турбореактивными двигателями.