Пулсиращи въздушно -реактивни двигатели. Глава пета пулсиращ реактивен двигател

Изпитвания на детонационни двигатели

FPI_RUSSIA / Vimeo

Специализираната лаборатория „Детонационни ракетни двигатели с течно гориво“ на изследователско-производствената асоциация „Енергомаш“ е тествала първите в света пълноразмерни демонстратори на технологии за ракетни двигатели с детонационна течност. Според ТАСС се работи по новите електроцентрали горивна паракислород-керосин.

Нов двигател, за разлика от други електроцентралиработи на принципа вътрешно горене, функционира поради детонацията на горивото. Детонацията е свръхзвуково изгаряне на вещество, в този случай горивна смес. В този случай ударната вълна се разпространява през сместа, последвана от химическа реакцияс отделянето на голямо количество топлина.

Изучаването на принципите на работа и разработването на детонационни двигатели се извършва в някои страни по света повече от 70 години. Първите подобни произведения започват в Германия през 40 -те години на миналия век. Вярно, тогава изследователите не успяха да създадат работещ прототип на детонационния двигател, но пулсиращите въздушно-реактивни двигатели бяха разработени и масово произвеждани. Те бяха поставени на ракети V-1.

При пулсиращи реактивни двигатели горивото изгаряше с дозвукова скорост. Това изгаряне се нарича дефлаграция. Двигателят се нарича пулсиращ двигател, тъй като горивото и окислителят се подават в горивната му камера на малки порции на равни интервали.

Карта на налягането в горивната камера на въртящ се двигател с детонация. А - детонационна вълна; В - заден ръб на ударната вълна; С - зона на смесване на пресни и стари продукти от горенето; D - площ на пълнене с горивна смес; E - площ на недетонирана изгоряла горивна смес; F - разширителна зона с взривена изгоряла горивна смес

Детонационните двигатели днес са разделени на два основни типа: импулсни и ротационни. Последните се наричат ​​още спин. Принципът на действие на импулсните двигатели е подобен на този на пулсиращите реактивни двигатели. Основната разлика се крие в детонационното изгаряне на горивната смес в горивната камера.

Двигателите с въртяща се детонация използват пръстеновидна горивна камера, в която горивната смес се подава последователно през радиално разположени клапани. В такива електроцентрали детонацията не навлажнява - детонационната вълна "обикаля" пръстенообразната горивна камера, горивната смес зад нея има време да се обнови. Ротационният двигател е изследван за първи път в СССР през 50 -те години на миналия век.

Детонационните двигатели могат да работят в широк диапазон от скорости на полета - от нула до пет числа на Мах (0-6,2 хиляди километра в час). Смята се, че такива задвижващи системи могат да доставят повече енергия, като същевременно консумират по -малко гориво от конвенционалните реактивни двигатели. В същото време дизайнът на детонационните двигатели е сравнително прост: в тях липсва компресор и много движещи се части.

Всичко детонационни двигателитествани досега са разработени за експериментални самолети. Такава електроцентрала, тествана в Русия, е първата, инсталирана на ракета. Какъв тип детонационен двигател е тестван, не е посочено.

Пулсиращ детонационен двигател беше тестван в Русия

Експерименталното конструкторско бюро "Люлка" е разработило, произвело и изпитало прототип на пулсиращ резонаторен детонационен двигател с двустепенно изгаряне на керосин-въздушна смес. Според ITAR-TASS средната измерена тяга на двигателя е около сто килограма, а продължителността на непрекъсната работа е повече от десет минути. До края на тази година OKB възнамерява да произведе и тества пълноразмерен пулсиращ детонационен двигател.

Според главния дизайнер на конструкторското бюро в Люлка Александър Тарасов, по време на тестовете са симулирани режимите на работа, характерни за турбореактивните и прямоточните двигатели. Измерените стойности на специфична тяга и специфичен разход на гориво се оказаха с 30-50 процента по-добри от тези на конвенционалните въздушно-реактивни двигатели. В хода на експериментите новият двигател се включва и изключва многократно, както и контрол на сцеплението.

Въз основа на извършените проучвания, получени по време на тестването на данните, както и на анализа на конструкцията на веригата, конструкторското бюро в Люлка възнамерява да предложи разработването на цяло семейство самолетни двигатели с пулсираща детонация. По -специално могат да бъдат създадени двигатели с кратък експлоатационен живот за безпилотни летателни апарати и ракети и самолетни двигатели с круизен свръхзвуков режим на полет.

В бъдеще, въз основа на нови технологии, могат да бъдат създадени двигатели за ракетно-космически системи и комбинирани електроцентрали на самолети, способни да летят в атмосферата и извън нея.

Според конструкторското бюро новите двигатели ще увеличат съотношението тяга / тегло на самолета с 1,5-2 пъти. Освен това, когато се използват такива електроцентрали, обхватът на полета или масата на самолетни оръжия може да се увеличи с 30-50 процента. В същото време делът на новите двигатели ще бъде 1,5-2 пъти по-малък от този на конвенционалните реактивни задвижващи системи.

Фактът, че в Русия се работи по създаването на пулсиращ двигател за детонация, беше съобщено през март 2011 г. Това заяви тогава Иля Федоров, управляващ директор на изследователско -производствената асоциация "Сатурн", която включва конструкторско бюро "Люлка". За какъв тип детонационен двигател се говори, Федоров не уточни.

В момента съществуват три типа пулсиращи двигатели - вентилни, безклапанни и детонационни. Принципът на работа на тези електроцентрали се състои в периодичното подаване на гориво и окислител в горивната камера, където горивната смес се запалва и продуктите от горенето изтичат от дюзата с образуването на реактивна тяга. Разликата от конвенционалните реактивни двигатели се крие в детонационното изгаряне на горивната смес, при което фронтът на горене се разпространява по -висока скоростзвук.

Пулсиращо реактивен двигателе изобретен в края на 19 век от шведския инженер Мартин Виберг. Пулсиращият двигател се счита за прост и евтин за производство, но поради естеството на изгаряне на гориво е ненадежден. За първи път през Втората световна война се използва серийно нов тип двигател на германските крилати ракети V-1. Те бяха задвижвани от двигателя Argus As-014 от Argus-Werken.

В момента няколко големи отбранителни фирми в света се занимават с изследвания за създаването на високоефективни пулсиращи реактивни двигатели. По -специално, работата се извършва от френската компания SNECMA и американските General Electric и Pratt & Whitney. През 2012 г. изследователската лаборатория на ВМС на САЩ обяви намерението си да разработи двигател със спин детонация, който да замени конвенционалните задвижващи системи с газови турбини на кораби.

Двигателите с детонация при центрофугиране се различават от пулсиращите по това, че детонационното изгаряне на горивната смес в тях протича непрекъснато ─ горивният фронт се движи в пръстеновидна горивна камера, в която горивната смес се актуализира постоянно.

Експерименталното конструкторско бюро "Люлка" е разработило, произвело и изпитало прототип на пулсиращ резонаторен детонационен двигател с двустепенно изгаряне на керосин-въздушна смес. Според ITAR-TASS средната измерена тяга на двигателя е около сто килограма, а продължителността на непрекъсната работа е повече от десет минути. До края на тази година OKB възнамерява да произведе и тества пълноразмерен пулсиращ детонационен двигател.

Според главния дизайнер на конструкторското бюро "Люлка" Александър Тарасов, по време на тестовете са симулирани режимите на работа, характерни за турбореактивните и прямоточните двигатели. Измерените стойности на специфична тяга и специфичен разход на гориво се оказаха с 30-50 процента по-добри от тези на конвенционалните въздушно-реактивни двигатели. В хода на експериментите новият двигател се включва и изключва многократно, както и контрол на сцеплението.

Въз основа на проведените проучвания, получени по време на тестването на данните, както и на анализа на конструкцията на веригата, конструкторското бюро в Люлка възнамерява да предложи разработването на цяло семейство самолетни двигатели с пулсираща детонация. По -специално могат да бъдат създадени двигатели с кратък експлоатационен живот за безпилотни летателни апарати и ракети и самолетни двигатели с круизен свръхзвуков режим на полет.

В бъдеще, въз основа на нови технологии, могат да бъдат създадени двигатели за ракетно-космически системи и комбинирани електроцентрали на самолети, способни да летят в атмосферата и извън нея.

Според конструкторското бюро новите двигатели ще увеличат съотношението тяга / тегло на самолета с 1,5-2 пъти. Освен това, когато се използват такива електроцентрали, обхватът на полета или масата на самолетни оръжия може да се увеличи с 30-50 процента. В същото време делът на новите двигатели ще бъде 1,5-2 пъти по-малък от този на конвенционалните реактивни задвижващи системи.

Фактът, че в Русия се работи по създаването на пулсиращ двигател за детонация, беше съобщено през март 2011 г. Това заяви тогава Иля Федоров, управляващ директор на изследователско -производствената асоциация "Сатурн", която включва конструкторско бюро "Люлка". За какъв тип детонационен двигател се говори, Федоров не уточни.

В момента съществуват три типа пулсиращи двигатели - вентилни, безклапанни и детонационни. Принципът на работа на тези електроцентрали се състои в периодичното подаване на гориво и окислител в горивната камера, където горивната смес се запалва и продуктите от горенето изтичат от дюзата с образуването на реактивна тяга. Разликата от конвенционалните реактивни двигатели се крие в детонационното изгаряне на горивната смес, при което фронтът на горене се разпространява по -бързо от скоростта на звука.

Пулсиращият реактивен двигател е изобретен в края на 19 век от шведския инженер Мартин Виберг. Пулсиращият двигател се счита за прост и евтин за производство, но поради естеството на изгаряне на гориво е ненадежден. Първо нов типДвигателят е бил използван серийно по време на Втората световна война на германски крилати ракети V-1. Те бяха задвижвани от двигателя Argus As-014 от Argus-Werken.

В момента няколко големи отбранителни фирми в света се занимават с изследвания за създаването на високоефективни пулсиращи реактивни двигатели. По -специално, работата се извършва от френската компания SNECMA и американските General Electric и Pratt & Whitney. През 2012 г. изследователската лаборатория на ВМС на САЩ обяви намерението си да разработи двигател със спин детонация, който да замени конвенционалните задвижващи системи с газови турбини на кораби.

Изследователската лаборатория на ВМС на САЩ (NRL) възнамерява да разработи въртящ се детонационен двигател (RDE), който в крайна сметка може да замени конвенционалните задвижващи системи с газови турбини на кораби. Според NRL новите двигатели ще позволят на военните да намалят разхода на гориво, като същевременно увеличат енергийната ефективност на задвижващата система.

В момента ВМС на САЩ използват 430 газотурбинни двигателя (GTE) на 129 кораба. Те консумират 2 милиарда долара гориво годишно. NRL изчислява, че благодарение на RDE военните ще могат да спестяват до 400 милиона долара гориво годишно. RDE ще могат да генерират десет процента повече енергия от конвенционалните GTE. Прототипът на RDE вече е създаден, но кога такива двигатели ще започнат да влизат във флота все още не е известно.

RDE се основава на разработките на NRL, получени при създаването на двигател за импулсна детонация (PDE). Работата на такива електроцентрали се основава на стабилно детонационно изгаряне на горивната смес.

Двигателите с детонация при центрофугиране се различават от пулсиращите по това, че детонационното изгаряне на горивната смес в тях протича непрекъснато ─ горивният фронт се движи в пръстеновидна горивна камера, в която горивната смес се актуализира постоянно.

Пулсиращ реактивен двигател (PUVRD) е един от трите основни типа реактивни двигатели (VRM), чиято характеристика е пулсиращият режим на работа. Пулсацията създава характерен и много силен звук, който прави тези двигатели лесни за разпознаване. За разлика от други видове силови агрегати PUVRD има най -опростен дизайн и ниско тегло.

Структурата и принципът на действие на PUVRD

Пулсиращ реактивен двигател е кух канал, отворен от двете страни. От една страна - на входа - е монтиран въздухозаборник, зад него има тягово устройство с клапани, след това една или повече горивни камери и дюза, през която са разположени изходите на струйния поток. Тъй като работата на двигателя е циклична, могат да се разграничат основните му ходове:

• всмукателния ход, по време на който входящият клапан се отваря и въздухът влиза в горивната камера под въздействието на вакуум в нея. В същото време през инжекторите се впръсква гориво, в резултат на което се образува горивен заряд;
• полученият горивен заряд се запалва от искрата на свещта, по време на процеса на горене се образуват газове с високо налягане, под действието на което всмукателният клапан се затваря;
• когато вентилът е затворен, продуктите от горенето излизат през дюзата, осигурявайки тяга на струята. В същото време се образува вакуум в горивната камера при изхода на отработените газове, входящият клапан автоматично се отваря и пропуска нова порция въздух във вътрешността.

Входящият вентил на двигателя може да бъде с различна конструкция и външен вид... Като алтернатива, тя може да бъде направена под формата на жалузи - правоъгълни плочи, фиксирани върху рамката, които се отварят и затварят под въздействието на спад на налягането. Друг дизайн е във формата на цвете с метални „венчелистчета“, подредени в кръг. Първият вариант е по -ефективен, но вторият е по -компактен и може да се използва върху малки конструкции, например при самолетостроене.

Горивото се доставя от инжектори, които имат възвратен клапан. Когато налягането в горивната камера намалява, се подава част от горивото, когато налягането се увеличава поради изгарянето и разширяването на газовете, подаването на гориво се спира. В някои случаи, например, при двигатели с ниска мощност от самолетни модели, може да няма инжектори, а системата за подаване на гориво в същото време прилича на карбураторен двигател.

Свещта се намира в горивната камера. Той създава поредица от разряди и когато концентрацията на горивото в сместа достигне желаната стойност, горивният заряд се запалва. Тъй като двигателят е малък, стените му, изработени от стомана, бързо се нагряват по време на работа и могат да се запалят горивна смесне по -лошо от свещ.

Лесно е да се разбере, че за стартиране на PUVRD е необходимо първоначално "натискане", при което първата порция въздух влиза в горивната камера, тоест такива двигатели се нуждаят от предварително ускорение.

История на създаването

Първите официално регистрирани разработки на PUVRD датират от втората половина на 19 век. През 60 -те години двама изобретатели едновременно, независимо един от друг, успяват да получат патенти за нов тип двигатели. Имената на тези изобретатели са Н. А. Телешов. и Шарл дьо Луврие. По това време разработките им не са широко използвани, но вече в началото на ХХ век, когато търсят замяна на бутални двигатели за самолети, германските дизайнери обърнаха внимание на PuVRD. По време на Втората световна война германците активно използват снаряд FAU-1, оборудван с PUVRD, което се обяснява с простотата на дизайна на този силов агрегат и неговата евтиност, въпреки че по отношение на неговите характеристики той отстъпва дори на буталните двигатели. Това беше първият и единствен път в историята, че този тип двигатели бяха използвани за масово производство на самолети.

След края на войната PUVRD остават "във военните дела", където намират приложение като силов агрегат за ракети въздух-земя. Но и тук с течение на времето те загубиха позициите си поради ограничението на скоростта, необходимостта от първоначално ускорение и ниска ефективност. Примери за използване на ракети PuVRD са Fi-103, 10X, 14X, 16X, JB-2. V последните годиниима подновен интерес към тези двигатели, появяват се нови разработки, насочени към подобряването му, така че може би в близко бъдеще PuVRD отново ще стане търсено във военната авиация. В момента пулсиращият реактивен двигател се възражда в областта на моделирането, благодарение на използването на съвременни строителни материали при изпълнението.

Характеристики на PUVRD

Основната характеристика на PUVRD, която го отличава от неговите "най -близки роднини" турбореактивни (TRD) и прямоточни двигатели (ramjet), е наличието на всмукателен вентил пред горивната камера. Именно този клапан не пропуска продуктите на горенето обратно, определяйки тяхната посока на движение през дюзата. При други видове двигатели няма нужда от вентили - там въздухът влиза в горивната камера вече под налягане поради предварително компресиране. Този, на пръв поглед, незначителен нюанс играе огромна роля в работата на PUVRD от гледна точка на термодинамиката.

Втората разлика от турбореактивния двигател е цикличната работа. Известно е, че в турбореактивен двигател процесът на изгаряне на горивото протича почти непрекъснато, което осигурява равномерна и равномерна реактивна тяга. PUVRD работи циклично, създавайки вибрации в структурата. За да се постигне максимална амплитуда, е необходимо да се синхронизират вибрациите на всички елементи, което може да се постигне чрез избор на необходимата дължина на дюзата.

За разлика от двигател с реактивен реактивен двигател, пулсиращ въздушно -реактивен двигател може да работи дори при ниски скорости и докато е неподвижен, тоест когато няма протичащ въздушен поток. Вярно е, че работата му в този режим не е в състояние да осигури необходимото за изстрелване количество реактивна тяга, поради което самолетите и ракетите, оборудвани с PUVRD, изискват първоначално ускорение.

Малък видеоклип за стартирането и работата на PUVRD.

Видове PUVRD

В допълнение към обичайния PUVRD под формата на праволинеен канал с входящ вентил, както е описано по -горе, има и неговите разновидности: безклапан и детонационен.

PUVRD без клапани, както подсказва името му, няма входящ вентил. Причината за появата и използването му беше фактът, че вентилът е доста уязвима част, която се разпада много бързо. В същата версия "слабата връзка" се елиминира, следователно експлоатационният живот на двигателя се удължава. Дизайнът на PUVRD без клапани има формата на буквата U с краищата, насочени назад по протежението на струята. Един канал е по -дълъг, той е "отговорен" за сцеплението; втората е по -къса, тя влиза в горивната камера през нея, а при горенето и разширяването на работните газове някои от тях излизат през този канал. Този дизайн позволява по -добра вентилация на горивната камера, предотвратява изтичането на горивния заряд през входящия клапан и създава допълнителна, макар и незначителна тяга.

без версия на вентила PUVRD
без клапан U-образна PURVD

Детонация PuVRD предполага изгаряне на гориво в режим на детонация. Детонацията включва рязко увеличаване на налягането на продуктите от горенето в горивната камера при постоянен обем, а самият обем се увеличава, когато газовете се движат по дюзата. В този случай топлинната ефективност на двигателя се увеличава в сравнение не само с конвенционален PUVRD, но и с всеки друг двигател. В момента този тип двигатели не се използват, но са на етап разработка и изследване.

детонационно RPVD

Предимства и недостатъци на PUVRD, обхват

Основните предимства на пулсиращите реактивни двигатели могат да се считат за простия им дизайн, който ги дърпа със себе си ниска цена... Именно тези качества са станали причина за използването им като силови агрегати на военни ракети, безпилотни самолети, летящи цели, където издръжливостта и супер скоростта не са важни, а възможността за инсталиране на прост, лек и евтин двигател, способен да развие необходимата скорост и доставяне на обект до целта. Същите качества донесоха PUVRD популярност сред феновете на самолетостроенето. Леките и компактни двигатели, които можете да създадете сами или да закупите на достъпна цена, са чудесни за самолетни модели.

Има много недостатъци на PuVRD: повишено нивошум по време на работа, неикономичен разход на гориво, непълно изгаряне, ограничена скорост, уязвимост на някои структурни елементи, като входящия клапан. Но въпреки толкова впечатляващия списък с недостатъци, PUVRD все още са незаменими в своята потребителска ниша. Те са идеални за „еднократни“ цели, когато няма смисъл да инсталирате по-ефективни, мощни и икономични силови агрегати.

Глава пета

Пулсиращ реактивен двигател

На пръв поглед възможността за значително опростяване на двигателя по време на прехода към високи скорости на полет изглежда странна, може би дори невероятна. Цялата история на авиацията все още говори за обратното: борбата за увеличаване на скоростта на полета доведе до усложняване на двигателя. Такъв беше случаят с буталните двигатели: мощните двигатели на високоскоростни самолети по време на Втората световна война са много по-сложни от тези двигатели, които са били инсталирани на самолети през първия период на развитие на авиацията. Същото се случва и сега с турбореактивните двигатели: достатъчно е да си припомним сложния проблем с повишаването на температурата на газовете пред турбината.

И изведнъж има такова фундаментално опростяване на двигателя като пълното премахване на газовата турбина. Възможно ли е? Как компресорът на двигателя, който е необходим за компресиране на въздуха, ще бъде задвижван на въртене - в края на краищата, без такова компресиране, турбореактивен двигател не може да работи?

Но наистина ли е необходим компресор? Възможно ли е да се направи без компресор и по друг начин да се осигури необходимата компресия на въздуха?

Оказва се, че такава възможност съществува. Освен това това може да се постигне по повече от един начин. Реактивни двигатели, които използват един такъв метод без компресор. компресия на въздуха, дори намери практическо приложение в авиацията. Това беше по време на Втората световна война.

През юни 1944 г. жителите на Лондон за първи път бяха запознати с новото оръжие на германците. От противоположната страна на пролива, от брега на Франция, малки самолети със странна форма със силно дрънкащ двигател се втурнаха към Лондон (фиг. 39). Всеки такъв самолет беше летяща бомба - съдържаше около тон експлозиви. На тези „роботизирани самолети“ нямаше пилоти; те се управляваха от автоматични устройства и също автоматично, сляпо се гмуркаха в Лондон, засявайки смърт и унищожение. Това бяха реактивни снаряди.

Реактивните двигатели на самолета с снаряд не разполагаха с компресор, но въпреки това развиха тягата, необходима за полет с висока скорост. Как работят тези така наречени пулсиращи реактивни двигатели?

Трябва да се отбележи, че през 1906 г. руският инженер-изобретател В. В. Караводин предложи, а през 1908 г. построи и тества пулсиращ двигател, подобен на съвременни двигателиот този тип.

Ориз. 39. Реактивен снаряд. Над 8000 от тези „роботизирани самолети“ са изстреляни от нацистите по време на Втората световна война, за да бомбардират Лондон

За да се запознаем с устройството на пулсиращ двигател, ще влезем в помещенията на тестовата станция на завода, който произвежда такива двигатели. Между другото, един от двигателите вече е инсталиран на машината за тестване, а тестовете му ще започнат скоро.

Отвън този двигател е прост - състои се от две тънкостенни тръби, отпред - къс, по -голям диаметър, отзад - дълъг, по -малък диаметър. И двете тръби са свързани с конична преходна част. Отворите на предния и задния край на двигателя са отворени. Това е разбираемо - въздухът се всмуква в двигателя през предния отвор, а горещите газове излизат в атмосферата през задната част. Но как се създава повишеното налягане, необходимо за неговата работа, в двигателя?

Нека разгледаме двигателя през входа му (фиг. 40). Оказва се, че вътре, точно зад входа, има решетка, блокираща двигателя. Ако погледнем вътре в двигателя през изхода, ще видим същата решетка в далечината. Оказва се, че вътре в двигателя няма нищо друго. Следователно тази решетка замества както компресора, така и турбината на турбореактивен двигател? Каква е тази „всемогъща“ мрежа?

Но ние сме сигнализирани през прозореца на кабината за наблюдение - трябва да напуснем кутията (така обикновено се нарича стаята, в която се намира тестовото съоръжение), тестовете ще започнат сега. Ще заемем място на контролния панел до инженера, провеждащ тестовете. Ето един инженер натиска спусъка. Горивото започва да се влива в горивната камера на двигателя през дюзите - бензин, който веднага се запалва от електрическа искра, а топка горещи газове излиза от изхода на двигателя. Още едно заплитане, още едно - и сега отделните пляскания се превърнаха в оглушително тракане, чуващо се дори в пилотската кабина, въпреки добрата звукоизолация.

Да се ​​върнем на бокса. Остър трясък ни връхлита веднага щом отворим вратата. Двигателят силно вибрира и изглежда е на път да откъсне машината под действието на тягата, която развива. Струя нажежаеми газове излиза от изхода и се втурва във фунията на смукателното устройство. Двигателят се затопли бързо. Внимавайте, не поставяйте ръка върху тялото й - ще я изгорите!

Стрелката на големия циферблат на измервателя на тягата - динамометър, инсталиран в помещението, така че показанията му да могат да се отчитат през прозорците на кабината за наблюдение, се колебае около 250. Това означава, че двигателят развива тяга, равна на 250 килограма.Но все още не разбираме как работи двигателят и защо развива сцепление. В двигателя няма компресор и газовете се изхвърлят от него с висока скорост, създавайки тяга; това означава, че налягането вътре в двигателя се увеличава. Но как? Как се компресира въздух?

Ориз. 40. Пулсиращ въздушно-реактивен двигател:

а - електрическа схема; б- монтажна схема на дефлектори 1 и входна решетка 2 (на фигурата вдясно, входната решетка се отстранява); в - предната част на двигателя; G- решетъчно устройство

Този път дори зеленият въздушен океан, с помощта на който наблюдавахме работата на витлото и турбореактивния двигател, нямаше да ни помогне. Ако трябваше да поставим работещ пулсиращ двигател с прозрачни стени в такъв океан, тогава такава картина щеше да се появи пред нас. Пред изхода на двигателя всмуканият от него въздух се втурва - пред тази дупка се появява позната ни фуния, която с тесния си и по -тъмен край е обърната към двигателя. От изхода изтича струя с тъмнозелен цвят, което показва, че скоростта на газовете в струята е висока. Вътре в двигателя цветът на въздуха постепенно потъмнява, докато се движи към изхода, което означава, че скоростта на движение на въздуха се увеличава. Но защо това се случва, каква роля играе решетката вътре в двигателя? Все още не можем да отговорим на този въпрос.

Друг въздушен океан, червеният, към който прибягнахме, когато изучавахме работата на турбореактивен двигател, също нямаше да ни помогне много. Бихме се убедили само, че непосредствено зад решетката цветът на въздуха в двигателя става тъмночервен, което означава, че на това място температурата му рязко се повишава. Това е лесно обяснимо, тъй като очевидно тук става изгарянето на горивото. Изтичащият от двигателя реактивен поток също има тъмночервен цвят - това са газове с нажежаема жичка. Но защо тези газове изтичат с такава висока скорост от двигателя, така и не разбрахме.

Може би загадката може да бъде изяснена, ако използваме такъв изкуствен въздушен океан, който би ни показал как се променя налягането на въздуха? Нека това да бъде например син въздушен океан и такъв, че цветът му става по -тъмно син, толкова по -голямо е въздушното налягане. Нека се опитаме с помощта на този океан да разберем къде и как това повишено налягане се генерира вътре в двигателя, което принуждава газовете да изтичат от него с такава висока скорост. Но уви, този син океан нямаше да ни донесе много полза. Поставяйки двигател в такъв въздушен океан, ще видим, че зад решетката въздухът веднага посинява дебело, което означава, че е компресиран и налягането му рязко се повишава. Но как става това? Няма да получим отговор на този въпрос. След това в дългата изходяща тръба въздухът отново пребледнява, следователно се разширява в нея; поради това разширяване скоростта на потока газ от двигателя е толкова голяма.

Каква е тайната на "мистериозното" компресиране на въздуха в пулсиращ двигател?

Оказва се, че тази тайна може да бъде разгадана, ако приложим заснемането на „лупата за време“, за да изследваме явленията в двигателя. Ако прозрачен работещ двигател се снима в син въздушен океан, като прави хиляди снимки в секунда и след това показва получения филм с обичайната скорост от 24 кадъра в секунда, тогава процесите, които бързо протичат в двигателя, бавно ще се развият екранът пред нас. Тогава не би било трудно да се разбере защо тези процеси не могат да бъдат разгледани на работещ двигател - те следват един след друг толкова бързо, че окото при нормални условия няма време да ги проследи и записва само някои усреднени явления. „Увеличителят на времето“ ви позволява да „забавите“ тези процеси и прави възможно тяхното изучаване.

В горивната камера на двигателя зад решетката възникна светкавица - впръснатото гориво се запали и налягането рязко се повиши (фиг. 41). Такова силно повишаване на налягането, разбира се, не би се случило, ако горивната камера зад решетката беше директно свързана с атмосферата. Но той е свързан с него чрез дълга, сравнително тясна тръба: въздухът в тази тръба служи като бутало, сякаш; докато това "бутало" се ускорява, налягането в камерата се повишава. Налягането би се увеличило още повече, ако на изхода на камерата имаше някакъв вентил, който се затваря в момента на светкавицата. Но този клапан би бил много ненадежден - в края на краищата горещите газове биха го измили.

Ориз. 41. Ето как работи пулсиращ реактивен двигател:

а- имаше горивна светкавица, вентилите на решетката са затворени; б- в горивната камера е създаден вакуум, клапаните са отворени; v- въздухът влиза в камерата през решетката и през изпускателната тръба; g - по този начин налягането в горивната камера на работещ двигател се променя с течение на времето

Под въздействието на повишеното налягане в горивната камера продуктите от горенето и газовете, които продължават да изгарят, се втурват навън в атмосферата с висока скорост. Виждаме как кълбо от нажежаеми газове се втурва по дълга тръба към изхода. Но какво е това? В горивната камера зад тази топка налягането спадна по същия начин, както се случва, например зад бутало, движещо се в цилиндър; въздухът там стана светлосин. Така всичко озарява и накрая става по -ярко от синия океан, заобикалящ двигателя. Това означава, че в камерата е създаден вакуум. Веднага венчелистчетата на клапаните от стоманена плоча на решетката, които служат за затваряне на отворите в нея, се огъват под налягане атмосферен въздух... Отворите в решетката се отварят и чистият въздух се влива в двигателя. Ясно е, че ако входът на двигателя е затворен, както художникът е изобразил на комична рисунка (фиг. 42), тогава двигателят няма да може да работи. Трябва да се отбележи, че стоманените решетъчни клапани, които са единствените движещи се части на пулсиращ двигател, които са като тънкото острие на предпазна самобръсначка, обикновено ограничават живота му - те се провалят след няколко десетки минути работа.

Ориз. 42. Ако спрете достъпа на въздух до пулсиращия въздушно-реактивен двигател, той моментално ще спре (Можете да се "борите" с снаряди и така нататък. Комична рисунка, поставена в едно от английските списания във връзка с нацистите, използващи снаряди за бомбардиране на Лондон)

Тъмносиньото "бутало" на горещи газове се движи все по -нататък по дългата тръба до изхода, все повече свеж въздух навлиза в двигателя през решетката. Но тогава газовете избухнаха от тръбата. Едва ли можехме да различим намотките с горещи газове в струята, когато бяхме в тестовата кутия, така бързо те последваха една след друга. През нощта, по време на полет, пулсиращият двигател оставя ясно видима светеща пунктирана линия, образувана от намотки от горещи газове (фиг. 43).

Ориз. 43. Такава светеща пунктирана линия оставя след себе си снаряд, летящ през нощта с пулсиращ реактивен двигател

Веднага щом газовете избухнат изпускателната тръбадвигател, свеж въздух от атмосферата се втурна в него през изхода. Сега два урагана се втурват един към друг в двигателя, два въздушни потока - единият влиза през входа и решетката, а другият през изхода на двигателя. Още един момент и налягането в двигателя се увеличи, цветът на въздуха в него стана същия син като в околната атмосфера. Венчелистчетата на клапаните се затвориха, като по този начин спряха навлизането на въздух през скарата.

Но въздухът, постъпващ през изхода на двигателя, продължава по инерция да се движи по тръбата вътре в двигателя и нови порции въздух се всмукват в тръбата от атмосферата. Дълга колона въздух, движеща се през тръбата като бутало, компресира въздуха в горивната камера при решетката; цветът му става по -син, отколкото в атмосферата.

Това се случва, за да се смени компресора в този двигател. Но налягането на въздуха в пулсиращ двигател е много по -ниско, отколкото в турбореактивен двигател. Това, по -специално, обяснява защо пулсиращият двигател е по -малко икономичен. Той изразходва значително повече гориво на килограм тяга от турбореактивния. В края на краищата, колкото повече се повишава налягането в въздушно-реактивния двигател, толкова по-полезна работа върши при същия разход на гориво.

В сгъстения въздух отново се впръсква бензин, светкавица - и всичко се повтаря отначало с честота десетки пъти в секунда. При някои пулсиращи двигатели честотата на работния цикъл достига сто или повече цикъла в секунда. Това означава, че целият работен процес на двигателя: всмукване на чист въздух, неговото компресиране, светкавица, разширяване и изтичане на газове - продължава около 1/100 от секундата. Следователно няма нищо изненадващо във факта, че без "лупата за време" не бихме могли да разберем как работи пулсиращият мотор.

Тази честота на работа на двигателя прави възможно да се направи без компресор. Оттам възниква самото име на двигателя - пулсиращо. Както можете да видите, тайната на работата на двигателя е свързана с решетката на входа на двигателя.

Но се оказва, че пулсиращият двигател може да работи без мрежа. На пръв поглед това изглежда невероятно - защото ако входът не е затворен с решетка, тогава по време на избухване газовете ще потекат в двете посоки, а не само обратно, през изхода. Ако обаче стесним входа, тоест намалим напречното му сечение, тогава можем да постигнем, че по -голямата част от газовете ще изтичат през изхода. В този случай двигателят все още ще развива тяга, макар и по -малка от тази с решетка. Такива пулсиращи двигатели без решетка (фиг. 44, а)не само се изследват в лаборатории, но също така се инсталират на някои експериментални самолети, както е показано на фиг. 44, б. Други двигатели от същия тип също се изследват - в тях и двата отвора, както входящи, така и изходящи, са насочени назад, срещу посоката на полета (виж фиг. 44, v); такива двигатели са по -компактни.

Пулсиращите реактивни двигатели са много по -прости от турбореактивните и бутални двигатели... Те нямат движещи се части, с изключение на ламелните решетъчни клапани, които, както е посочено по -горе, също могат да бъдат освободени.

Ориз. 44. Пулсиращ двигател без решетка на входа:

а- Общ изглед (фигурата показва приблизителния размер на един от тези двигатели); б- лек самолет с четири пулсиращи двигателя, подобен на показания по -горе; v- един от вариантите на устройството на двигателя без входна решетка

Поради своята простота на дизайна, ниска цена и ниско тегло, пулсиращите двигатели се използват в оръжия за еднократна употреба като самолети с снаряди. Те могат да им кажат скорост от 700-900 км / чи осигуряват полет от няколкостотин километра. За тази цел пулсиращите реактивни двигатели са по -подходящи от всеки друг самолетен двигател. Ако например на описания по -горе самолет със снаряд, вместо пулсиращ двигател, те решиха да инсталират конвенционален двигател с бутален самолет, след това да получат същата скорост на полет (около 650 км / ч) ще се нуждае от двигател с капацитет около 750 л. с.Той би изразходвал около 7 пъти по -малко гориво, но би бил поне 10 пъти по -тежък и неизмеримо по -скъп. Следователно, с увеличаването на обхвата на полета, пулсиращите двигатели стават неблагоприятни, тъй като увеличаването на разхода на гориво не се компенсира от икономията на тегло. Пулсиращите реактивни двигатели могат да се използват в леки самолети, хеликоптери и др.

Простите пулсиращи двигатели също представляват голям интерес за инсталиране на самолетни модели. Изработването на малък пулсиращ реактивен двигател за модел самолет е по силите на всеки модел самолетна халба. През 1950 г., когато в сградата на Академията на науките в Москва, в Харитоневския път, представители на научно -техническата общност на столицата се събраха на вечер, посветена на паметта на основателя на реактивните технологии Константин Едуардович Циолковски, вниманието на присъстващите бяха привлечени от малък пулсиращ двигател. Този модел самолетен двигател беше монтиран на малка дървена стойка. Когато между срещите „дизайнерът“ на двигателя, държейки стойката в ръце, я стартира, силен, остър тътен изпълни всички ъгли на древната сграда. Двигателят бързо се затопли до червено, неконтролируемо откъснат от стойката, ясно демонстрирайки силата, която стои в основата на всички съвременни реактивни технологии.

Пулсиращите реактивни двигатели са толкова прости, че с право могат да се нарекат летящи камини. Всъщност на самолет е инсталирана тръба, горивото гори в тази тръба и тя развива тяга, която кара самолета да лети с висока скорост.

Двигатели от различен тип, т. Нар. Двигатели с прямото движение, могат да бъдат наречени с още по-голяма обосновка. Ако пулсиращите реактивни двигатели могат да разчитат само на относително ограничена употреба, тогава преди да бъдат разкрити двигателите с РДВР най -широките перспективи; те са двигателите на бъдещето в авиацията. Това се дължи на факта, че с увеличаване на скоростта на полета над 900-1000 км / чпулсиращите двигатели стават все по -малко печеливши, тъй като развиват по -малка тяга и изразходват повече гориво. Напротив, двигателите с директен поток са най-печеливши именно при свръхзвукови скорости на полета. Със скорост на полета 3-4 пъти по-висока от скоростта на звука, двигателите с прямото движение са по-добри от всички други известни самолетни двигатели, при тези условия те нямат равни.

Електрическият двигател с придвижващ двигател прилича на пулсиращ. Той също е безкомпресорен въздушно-реактивен двигател, но по принцип се различава от пулсиращия по това, че не работи периодично. През него непрекъснато протича постоянен въздушен поток, точно като турбореактивен двигател. Как при двигател с въздушно -реактивен двигател входящият въздух се компресира, ако няма компресор, както при турбореактивен двигател, или периодични проблясъци, както при пулсиращ двигател?

Оказва се, че тайната на такова компресиране е свързана с ефекта върху работата на двигателя, който се упражнява върху него от бързо нарастващата скорост на полета. Това влияние играе огромна роля във всички високоскоростни авиации и ще играе все по-голяма роля, тъй като скоростта на полета продължава да се увеличава.