Авіамодельний пульсуючий реактивний двигун. Пульсуючий детонаційний двигун. Китайський дизайн, російська збірка

ІМПУЛЬСНИЙ РЕАКТИВНИЙ ДВИГУН. Пропоную на суд читачів журналу "Самвидав" ще один можливий двигун для космічних апаратів, успішно похований ВНІІГПЕ в кінці 1980 року. Йдеться про заявку N 2867253/06 на "СПОСІБ ОДЕРЖАННЯ імпульсних реактивної ТЯГИ ЗА ДОПОМОГОЮ УДАРНИХ хвиль". винахідники різних країн пропонували цілий ряд способів для створення реактивних двигунів з імпульсною реактивною тягою. У камерах згоряння і у буферних плит цих двигунів детонаційному пропонувалося спалювати різні види палива, аж до вибухів атомних бомб. Моя пропозиція дозволяло створити, свого роду двигун внутрішнього згоряння з максимально можливим використанням кінетичної енергії робочого тіла. Звичайно, вихлопні гази пропонованого двигуна мало походили б на вихлоп автомобільного мотора. Чи не походили б вони і на потужні струмені полум'я, що б'ють з сопел сучасних ракет. Щоб читач міг отримати уявлення про запропонований мною спосіб отримання імпульсної реактивної тяги, І про запеклій боротьбі автора за своє, так і не народжене дітище, нижче наводиться майже дослівне опис і формула заявки, (але, на жаль, без креслень), а також одне із заперечень заявника на чергове відмовний рішення ВНІІГПЕ. Мною навіть це короткий опис, Незважаючи на те, що пройшло вже близько 30 років, сприймається, як детектив, в якому вбивця-ВНІІГПЕ холоднокровно розправляється з ще не народженим дитиною.

СПОСІБ ОДЕРЖАННЯ імпульсних РЕАКІВНОЙ ТЯГИ

ЗА ДОПОМОГОЮ УДАРНИХ хвиль. Винахід відноситься до області реактивного двигунобудування і може бути використано в космічній, ракетній і авіаційній техніці. Відомий спосіб отримання постійної або пульсуючого реактивної тяги шляхом перетворення різних видів енергії в кінетичну енергію руху безперервної або пульсуючого струменя робочого тіла, яке викидають в навколишнє середовище в напрямку протилежному напрямку одержуваної реактивної тяги. Для цього широко застосовують хімічні джерела енергії, що одночасно є і робочим тілом. В цьому випадку перетворення джерела енергії в кінетичну енергію руху безперервної або пульсуючого струменя робочого тіла в одній або декількох камерах згоряння з критичним (зменшеним) вихідним отвором, який переходить в розширюється конічне або профільоване сопло (дивись, наприклад, В.Є. Алемасов: "Теорія ракетних двигунів ", стор. 32; М.В. Добровольський:" Рідинні ракетні двигуни ", стор. 5; В. Ф. розуміємо, Б. К. Ковальов:" Основи проектування ракет на твердому паливі ", стор. 13). Найбільш поширеною характеристикою, що відбиває економічність отримання реактивної тяги, служить питома тяга, яку отримують ставленням тяги до секундному витраті палива (дивись, наприклад, В.Є. Алемасов: "Теорія ракетних двигунів", стор. 40). Чим вище питома тяга, тим менше потрібно палива для отримання однієї і тієї ж тяги. У реактивних двигунах, що використовують відомий спосіб отримання реактивної тяги із застосуванням рідких палив, дана величина досягає значення більше 3000 нхсек / кг, а з застосуванням твердих палив - не перевищує 2800 нхсек / кг (дивись М. \u200b\u200bВ. Добровольський: "Рідинні ракетні двигуни , стр.257; В. Ф. розуміємо, Б.К. Ковальов: "Основи проектування балістичних ракет на твердому паливі", стор. 55, таблиця 33). Існуючий спосіб отримання реактивної тяги неекономічний. Стартова маса сучасних ракет, як космічних, так і балістичних на 90% і більше складається з маси палива. Тому будь-які способи отримання реактивної тяги, що збільшують питому тягу, заслуговують на увагу. Відомий спосіб отримання імпульсної реактивної тяги за допомогою ударних хвиль шляхом послідовних вибухів безпосередньо в камері згоряння або близько спеціальної буферної плити. спосіб із застосуванням буферної плити реалізований, наприклад, в США в експериментальному пристрої, який літало за рахунок енергії уда рних хвиль, одержуваних при послідовних вибухи зарядів тринітротолуолу. Пристрій був розроблений для експериментальної перевірки проекту "Оріон". Зазначений вище спосіб отримання імпульсної реактивної тяги не набув поширення, так як він виявився не економічним. Усереднена питома тяга, згідно літературного джерела, не перевищувала 1100 нхсек / кг. Це пояснюється тим, що більш половина енергії вибухової речовини в даному випадку відразу йде разом з ударними хвилями, не беручи участь в отриманні імпульсної реактивної тяги. Крім того, значна частина енергії ударних хвиль, що б'ють по буферної плиті, витрачалася на руйнування і на випаровування аблірует покриття, пари якого передбачалося використовувати в якості додаткового робочого тіла. До того ж буферна плита значно поступається камерам згоряння з критичним перетином і з дедалі ширшим соплом. У разі створення ударних хвиль безпосередньо в таких камерах, утворюється пульсуюча тяга, принцип отримання якої не відрізняється від принципу отримання відомої постійної реактивної тяги. Крім того, прямий вплив ударних хвиль на стінки камери згоряння або на буферну плиту вимагає їх надмірного посилення і спеціального захисту. (Дивись "Знання" N 6, 1976 рік, стор. 49, серія космонавтика і астрономія). Метою даного винаходу є усунення зазначених недоліків шляхом більш повного використання енергії ударних хвиль і значного зменшення ударних навантажень на стінки камери згоряння. Поставлена \u200b\u200bмета досягається тим, що перетворення джерела енергії і робочого тіла в послідовні ударні хвилі відбувається в невеликих детонаційних камерах. Потім ударні хвилі продуктів горіння тангенциально подаються в вихрову камеру поблизу від торцевої (передній) стінки і закручуються з великою швидкістю внутрішньої циліндричної стінкою щодо осі цієї камери. Виникаючі при цьому колосальні відцентрові сили, посилюють стиск ударної хвилі продуктів горіння. Сумарне тиск цих потужних сил передається і на торцеву (передню) стінку вихровий камери. Під впливом цього сумарного тиску ударна хвиля продуктів горіння розгортається і по гвинтовій лінії, зі зростаючою кроком, спрямовується в бік сопла. Все це повторюється при введенні в вихрову камеру кожної чергової ударної хвилі. Так утворюється основна складова імпульсної тяги. Для ще більшого збільшення сумарного тиску, що утворює основну складову імпульсної тяги, тангенціальний введення ударної хвилі в вихрову камеру вводять під деяким кутом до її торцевої (передній) стінці. З метою отримання додаткової складової імпульсної тяги в профільованого соплі також використовують тиск ударної хвилі продуктів згоряння, посилене відцентровими силами розкрутки. З метою більш повного використання кінетичної енергії розкрутки ударних хвиль, а також для усунення крутного моменту вихровий камери щодо її осі, що з'являється в результаті тангенціальною подачі, розкручені ударні хвилі продуктів горіння перед виходом з сопла подають на профільовані лопатки, які направляють їх по прямій лінії уздовж осі вихровий камери і сопла. Пропонований спосіб отримання імпульсної реактивної тяги за допомогою закручених ударних хвиль і відцентрових сил розкрутки був перевірений в попередніх експериментах. Як робоче тіло в цих експериментах служили ударні хвилі порохових газів, одержуваних при детонації 5 - 6 г димного промислового пороху N 3. Порох містився в трубці, заглушеній з одного кінця. Внутрішній діаметр трубки був 13 мм. Своїм відкритим кінцем вона ввертають в тангенціальне отвір для гвинта в циліндричної стінки вихрової камери. Внутрішня порожнина вихровий камери мала діаметр 60 мм і висоту 40 мм. На відкритий торець вихровий камери по черзі насаживались змінні соплові насадки: конічна звужується, конічна розширюється і циліндрична з внутрішнім діаметром рівним внутрішньому діаметру вихровий камери. Соплові насадки були без профільованих лопаток на виході. Вихрова камера, з однією з перерахованих вище соплових насадок, встановлювалася на спеціальному динамометрі соплової насадкою вгору. Межі вимірювання динамометра від 2 до 200 кг. Так як реактивний імпульс був дуже короткий (близько 0,001 сек), то фіксувався не саме реактивний імпульс, а сила поштовху від що отримала рух сумарною маси вихровий камери, соплової насадки і рухомої частини конструкції самого динамометра. Ця сумарна маса становила близько 5 кг. У зарядну трубку, що виконувала в нашому експерименті роль детонаційної камери, набивалося близько 27 г пороху. Після підпалювання пороху з відкритого кінця трубки (з боку внутрішньої порожнини вихровий камери) спочатку відбувався рівномірний спокійний процес горіння. Порохові гази, тангенциально вступаючи у внутрішню порожнину вихровий камери, закручувалося в ній і, обертаючись, зі свистом виходили вгору через соплову насадку. У цей момент динамометр не фіксували ніяких поштовхів, але порохові гази, обертаючись з великою швидкістю, впливом відцентрових сил тиснули на внутрішню циліндричну стінку вихровий камери і перекривали собі вхід в неї. У трубці, де тривав процес горіння, виникали стоячі хвилі тиску. Коли пороху в трубці залишалося не більше 0,2 від початкового кількості, тобто 5 --6 г, відбувалася його детонація. Виникає при цьому ударна хвиля, через тангенціальне отвір, долаючи відцентрове тиск первинних порохових газів, вривалася у внутрішню порожнину вихровий камери, закручуватися в ній, відбивалася від передньої стінки і, продовжуючи обертатися, по гвинтовій траєкторії зі зростаючою кроком спрямовувалася в соплову насадку, звідки вилітав назовні з різким і сильним звуком, подібним гарматного пострілу. У момент відображення ударної хвилі від передньої стінки вихрової камери пружина динамометра фіксувала поштовх, найбільша величина якого (50 --60 кг) була при застосуванні соплової насадки з розширюється конусом. При контрольних пали 27 г пороху в зарядної трубці без вихровий камери, а також в вихровий камері без зарядної трубки (тангенціальне отвір заглушалося) з циліндричною і з конічною розширюється соплової насадкою, ударна хвиля не виникало, тому що в цей момент постійна реактивна тяга була менше межі чутливості динамометра, і він її не фіксували. При спалюванні цього ж кількості пороху в вихровий камері з конічною звужується соплової насадкою (звуження 4: 1) фіксувалася постійна реактивна тяга 8 --10 кг. Пропонований спосіб отримання імпульсної реактивної тяги, навіть в описаному вище попередньому експерименті, (з неефективним промисловим порохом як паливо, без профільованого сопла і без напрямних лопаток на виході) дозволяє отримати усереднену питому тягу близько 3300 нхсек / кг, що перевищує значення даного параметра у кращих ракетних двигунів, що працюють на рідкому паливі. При порівнянні ж з наведеними прототипом пропонований спосіб дозволяє також значно зменшити вагу камери згоряння і сопла, а, отже, і вага всього реактивного двигуна. Для повного і більш точного виявлення всіх переваг запропонованого способу отримання імпульсної реактивної тяги треба дещо уточнити оптимальних співвідношень між розмірами камер детонації і вихровий камери, необхідне уточнення оптимального кута між напрямком тангенціальною подачі і передньою стінкою вихровий камери і т. Д., Тобто, необхідні подальші експерименти з виділенням відповідних коштів і з залученням різних фахівців. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ. 1. Спосіб отримання імпульсної реактивної тяги за допомогою ударних хвиль, що включає застосування вихровий камери з розширюється профільованим соплом, перетворення джерела енергії в кінетичну енергію руху робочого тіла, тангенціальну подачу робочого тіла в вихрову камеру, викид робочого тіла в навколишнє середовище в напрямку зворотному напрямку одержуваної реактивної тяги, що відрізняється тим, що з метою більш повного використання енергії ударних хвиль, перетворення джерела енергії і робочого тіла в послідовні ударні хвилі виробляють в одній або декількох детонаційних камерах, потім ударні хвилі за допомогою тангенціальної подачі закручують в вихровий камері щодо її осі, відображають в закрученому вигляді від передньої стінки і утворюють тим самим імпульсний перепад тиску між передньою стінкою камери і соплом, який створює основну складову імпульсної реактивної тяги в пропонованому способі і направляє ударні хвилі по гвинтовій траєкторії з увелічівающі мся кроком в сторону сопла. 2. Спосіб отримання імпульсної реактивної тяги за допомогою ударних хвиль по п. 1 відрізняється тим, що з метою збільшення імпульсного перепаду тиску між передньою стінкою вихровий камери і соплом, тангенціальну подачу ударних хвиль виробляють під деяким кутом в бік передньої стінки. 3. Спосіб отримання імпульсної реактивної тяги за допомогою ударних хвиль по п. 1 відрізняється тим, що для отримання додаткової імпульсної реактивної тяги, в вихровий камері і в розширенні профільованого соплі використовують тиск відцентрових сил, що виникають від розкрутки ударних хвиль. 4. Спосіб отримання імпульсної реактивної тяги за допомогою ударних хвиль по п. 1 відрізняється тим, що з метою повного використання кінетичної енергії розкрутки ударних хвиль для отримання додаткової імпульсної реактивної тяги, а також усунення крутного моменту вихровий камери щодо її осі, що виникає при тангенціальною подачі , розкручені ударні хвилі перед виходом з сопла подають на профільовані лопатки, які направляють їх по прямій лінії вздовж загальної осі вихровий камери і сопла. До державного комітету СРСР у справах винаходів і відкриттів, ВНІІГПЕ. ЗАПЕРЕЧЕННЯ НА відмовних РІШЕННЯ ВІД 16.10.80 ПО ЗАЯВЦІ N 2867253/06 НА "СПОСІБ ОДЕРЖАННЯ імпульсних реактивної ТЯГИ ЗА ДОПОМОГОЮ УДАРНИХ хвиль". Вивчивши відмовний рішення від 16.10.80, заявник прийшов до висновку, що експертиза мотивує свою відмову про видачу авторського свідоцтва на пропонований спосіб отримання реактивної тяги відсутністю новизни (протиставляється патент Великобританії N 296108, кл. F 11,1972), відсутністю розрахунку тяги, відсутністю позитивного ефекту в порівнянні з відомим способом отримання реактивної тяги через зростання втрат на тертя при розвороті робочого тіла і через зниження енергетичних характеристик двигуна в результаті застосування твердого палива. На вищевикладене заявник вважає за необхідне відповісти наступне: 1. На відсутність новизни експертиза посилається вперше і суперечить сама собі, так як в цьому ж відмовній рішенні наголошується, що запропонований спосіб відрізняється від відомих тим, що ударні хвилі закручуються вздовж осі вихровий камери .... на абсолютну ж новизну заявник і не претендує, що доводиться наведеними в заявці прототипом. (Дивись другий лист заявки). У протипоставленому британському патенті N 296108, кл. F 11, 1972, судячи з наведеними даними самої експертизи, продукти горіння викидаються з камери згоряння через сопло по прямому каналу, тобто закрутка ударних хвиль відсутній. Отже, в зазначеному британському патенті спосіб отримання реактивної тяги в принципі нічим не відрізняється від відомого способу отримання постійної тяги і не може протиставлятися пропонованим способом. 2. Експертиза стверджує, що величину тяги в пропонованому способі можна розраховувати і посилається при цьому на книгу Г. Н. Абрамовича "Прикладна газова динаміка", Москва, Наука, 1969, стор. 109 - 136. У зазначеному розділі прикладної газової динаміки даються методи розрахунку прямих та косих стрибків ущільнення у фронті ударної хвилі. Прямими перегони ущільнення називаються, якщо їх фронт становить прямий кут з напрямком поширення. Якщо ж фронт стрибка ущільнення розташовується під деяким кутом "а" до напрямку поширення, то такі скачки називаються косими. Перетинаючи фронт косого стрибка ущільнення, газовий потік змінює свій напрямок на деякий кут "w". Величини кутів "а" і "w" залежать в основному від числа Маха "М" і від форми обтічного тіла (наприклад, від величини кута клиновидного крила літака), тобто "a" і "w" в кожному конкретному випадку є величинами постійними . У пропонованому способі отримання реактивної тяги перегони ущільнення у фронті ударної хвилі, особливо в початковий період її перебування в вихровий камері, коли впливом на передню стінку створюється імпульс реактивної сили, є змінними косими стрибками. Тобто фронт ударної хвилі і газові потоки в момент створення реактивного імпульсу тяги безупинно змінюють свої кути "a" і "w" по відношенню і до циліндричної, і до передньої стінок вихровий камери. Крім того, картина ускладнюється наявністю потужних відцентрових сил тиску, які в початковий момент впливають і на циліндричну, і на передню стінки. Отже, зазначений експертизою метод розрахунку не годиться для розрахунку сил імпульсної реактивної тяги в пропонованому способі. Не виключено, що метод розрахунку стрибків ущільнення, наведений в прикладній газовій динаміці Г. Н. Абрамовича, стане відправною базою для створення теорії розрахунку імпульсних сил в пропонованому способі, але, згідно з положенням про винаходи, в обов'язки заявника розробка подібних теорій поки ще не входить , як не входить в обов'язки заявника та споруда чинного двигуна. 3. Стверджуючи про порівняльну неефективності пропонованого способу отримання реактивної тяги, експертиза ігнорує результати, отримані заявником в його попередніх експериментах, але ж дані результати були отримані з таким неефективним паливом, як промисловий порох (дивись п'ятий лист заявки). Говорячи про великі втрати на тертя і на розворот робочого тіла експертиза випускає з уваги, що основна складова імпульсної реактивної тяги в пропонованому способі виникає майже відразу в той момент, коли ударна хвиля вривається в вихрову камеру, тому що вхідний тангенціальне отвір розташований біля її передньої стінки (дивись в заявці фіг. 2), тобто в цей момент час руху і шлях стрибків ущільнення порівняно невеликі. Отже, і втрати на тертя в пропонованому способі не можуть бути більшими. Говорячи ж про втрати на розворот, експертиза випускає з уваги, що саме при розвороті ударної хвилі, як щодо циліндричної стінки, так і відносно передньої панелі в напрямку осі вихровий камери з'являються потужні відцентрові сили, які, підсумовуючись з тиском в стрибках ущільнення, і створюють тягу в пропонованому способі. 4. Необхідно також відзначити, що ні у формулі заявки, ні в її описі заявник не обмежує отримання імпульсної реактивної тяги тільки за рахунок твердих палив. Тверде паливо (порох) заявник використовував тільки при проведенні своїх попередніх експериментів. На підставі усього вищевикладеного заявник просить ВНІІГПЕ ще раз переглянути своє рішення і направити матеріали заявки на укладення в відповідну організацію з пропозицію провести перевірочні експерименти і тільки після цього вирішувати, приймати або відхиляти запропонований спосіб отримання імпульсної реактивної тяги. УВАГА! Автор всім бажаючим за окрему плату вишле по електронній пошті фотографії випробувань, описаної вище, експериментальної установки імпульсного реактивного двигуна. Замовлення слід зробити за адресою: e-mail: [Email protected] При цьому не забудьте повідомити свою електронну адресу. Фотографії будуть вислані на вашу електронну адресу відразу, як тільки ви поштовим переказом надішліть 100 рублів Матвєєву Миколі Івановичу на Рибинське відділення Ощадбанку Росії N 1576, Ощадбанку Росії АТ N 1576/090, на особовий рахунок N 42306810477191417033/34. МАТВЄЄВ, 19.11.80

Винахід відноситься до галузі двигунобудування і може бути використано для створення тяги на літальних апаратах. пульсуючий детонаційний двигун містить корпус, засоби для подачі пального і окислювача в реактор, кільцеве сопло і газодинамический резонатор, причому резонатор у вигляді труби меншого діаметру розміщений в трубі реактора так, щоб вихід кільцевого сопла Гартмана був спрямований у внутрішню порожнину резонатора, увігнуте дно резонатора виготовлено з двох частин , розділених буфером, внутрішня частина виконана з матеріалу, що витримує високі імпульсні механічні навантаження, а зовнішня - з блоку п'єзоелектричних елементів, з'єднаних електрично паралельно, що є спільно з резонансним контуром пьезогенератором. Винахід дозволяє підвищити ефективність перетворення хімічної енергії палива в механічну і електричну енергію двигуна, забезпечити спрощення конструкції, поліпшення масогабаритних і експлуатаційних параметрів, підвищення питомих тягових характеристик пульсуючого детонаційного двигуна. 4 з.п. ф-ли, 3 мул.

Малюнки до патенту РФ 2435059

Винахід відноситься до галузі двигунобудування і може бути використано для створення тяги на літальних апаратах.

Створення детонаційного двигуна є новим напрямком у розвитку авиадвигателестроения. У порівнянні з існуючими авіаційними газотурбінними двигунами пульсуючі детонаційні двигуни забезпечать істотне поліпшення тягово-економічних і масово-габаритних показників, спрощення конструкції і зниження їх вартості (Вісник повітряного флоту, липень-серпень 2003 стр.72-76). Теоретично і експериментально доведено, що такі двигуни можуть забезпечити підвищення термічного ККД в 1,3 1,5 рази.

Побудова пульсуючих детонаційних двигунів здійснюється за такими схемами (Імпульсні детонаційні двигуни / Под ред. С.М.Фролова, М .: ТОРУС ПРЕС, 2006):

Класична «Збройна»;

Схема для прямоточного повітряно-реактивного двигуна;

Схема спалювання суміші за допомогою стаціонарно обертається детонаційної хвилі.

Крім того, активно розвивається «інвертована» схема (ж. Двигун, 2003 № 1 (25), стор.14-17; ж. Політ, 2006, № 11, стр.7-15, 2007, № 5, стор. 22-30, 2008, № 12, стр.18-26).

Пульсуючий детонаційний двигун, побудований за «збройової» схемою (патент США № 6484492), являє собою прямолінійну трубу певної довжини, яка відкрита з заднього кінця і має клапанний пристрій на передньому кінці. При роботі двигуна паливно-повітряна суміш подається в трубу через клапан, який потім закривається.

Детонація паливно-повітряної суміші ініціюється за допомогою зажигателя, розташованого в трубі, а ударні хвилі, що виникають в результаті детонації, поширюються «вниз» по трубі, підвищуючи температуру і тиск утворюються продуктів згорання. Ці продукти витісняються з відкритого заднього кінця, створюючи імпульс реактивної сили, спрямований вперед. Після виходу ударної хвилі виникає хвиля розрідження, яка забезпечує подачу в трубу через клапан нової порції паливно-повітряної суміші, і цикл повторюється.

Спосіб управління детонацією в такому двигуні описаний в патенті США № 6751943. виникає при запаленні ударна хвиля і фронт детонаційного горіння будуть прагнути поширюватися в обох поздовжніх напрямках. Займання ініціюється на передньому кінці труби, так що хвилі будуть поширюватися по потоку до відкритого вихідного кінця. Клапан необхідний для того, щоб перешкоджати виходу ударної хвилі з передньої сторони труби і, що більш важливо, щоб перешкодити проходженню фронту детонаційного горіння в систему паливно-повітряного впуску. Для циклу пульсуючого детонації потрібно, щоб клапан працював при надзвичайно високих температурах і тисках, і крім того, він повинен працювати при дуже високих частотах, щоб отримати згладжену за величиною силу тяги. Ці умови значно зменшують надійність механічних клапанних систем через багатоциклової втоми.

Для пульсуючого детонаційного двигуна, побудованого по «збройової» схемою, варіанти управління «електричним» клапаном запропоновані в патенті РФ № 2287713.

Такий двигун включає трубу, що має відкритий передній кінець і відкритий задній кінець; паливно-повітряний вхід, виконаний в трубі на передньому кінці; пальник, розташований в трубі в місці, що знаходиться між передньому кінцем і заднім кінцем, а також систему магнітогідродинамічної управління потоком, розташовану між зажигателя і паливно-повітряним входом. Запропоновано три варіанти магнітогідродинамічної управління потоком.

Перший варіант системи магнітогідродинамічної управління потоком включає обмотку збудження електричного поля, намотану навколо труби в місці, що знаходиться між зажигателя і паливно-повітряним входом, і пару постійних магнітів, розташованих з протилежних сторін труби для створення в ній магнітного поля, перпендикулярного поздовжньої осі труби. Детонація паливно-повітряної суміші в трубі буде приводити до протікання через магнітне поле електрично проводять іонізованих продуктів горіння, в результаті виникає електричний струм в обмотці збудження, що створює електричне поле.

Взаємодія магнітного і електричного полів призводить до виникнення сили Лоренца, спрямованої проти руху ударної і детонаційної хвиль. На час її дії прямої фронт горіння буде розсіюватися і не пройде через відкритий передній кінець труби. Крім того, обмотка збудження електричного поля підключена до системи управління режимом потужності, що забезпечує подачу на відповідні моменти часу імпульсів струму на пальник.

Другий варіант системи магнітогідродинамічної управління потоком включає обмотку збудження магнітного поля, намотану навколо труби в місці, що знаходиться між зажигателя і паливно-повітряним входом. До обмотці через пристрій управління підключається джерело енергії, що забезпечує протікання через неї електричного струму і тим самим створення магнітного поля. В районі обмотки знаходиться на вході труби іонізована паливно-повітряна суміш під дією магнітного поля розділяється на зону, збагачену паливом, оточену збідненого повітряної зоною. При детонації пряма хвиля тиску і прямий фронт горіння, поширюючись до входу труби, стикаються з розділеними паливної та повітряної зонами. В результаті процес горіння передньої зони детонації порушується, викликаючи розсіювання прямого фронту горіння. Як тільки прямий фронт полум'я розсіється, подача електроживлення на обмотку припиняється.

Третій варіант системи магнітогідродинамічної управління потоком об'єднує перший і другий варіанти, що забезпечують відбір енергії і поділу паливно-повітряної суміші. Він містить розташовані один за одним обмотку збудження магнітного поля і обмотку збудження електричного поля, намотані зовні труби на ділянці між зажигателя і паливно-повітряним входом, пару постійних магнітів, розташованих з протилежних сторін труби біля обмотки збудження електричного поля, для створення в ній магнітного поля , перпендикулярного поздовжньої осі труби.

Запропоновані варіанти магнітогідродинамічної управління потоком замінюють механічний клапан «електричним», забезпечуючи запобігання виходу фронту детонаційного горіння в систему паливно-повітряного впуску. Однак при цьому детонаційний двигун істотно ускладнюється, збільшуються його масогабаритні характеристики.

Відомий спосіб і пристрій отримання тяги (патент РФ 2215890). Двигун на основі даного способу складається з блоку подачі пального і окислювача, корпусу, розміщеної в корпусі з утворенням кільцевого каналу камери згоряння, зон резонансної активації пального і окислювача, в яких поміщені засоби активації у вигляді іскрових розрядників, з'єднаних з виходами блоку управління. До входу блоку управління підключений вихід блоку живлення. На виході камери згоряння поміщений відбивач і оптично пов'язаний з ним центрально розташований профільний екран, виконаний з увігнутою поверхнею для фокусування відображеної детонаційної хвилі. Відбивач і екран виготовлені з матеріалу з високою магнітною проникністю, вони можуть переміщатися відносно один одного і призначені для зняття з їх поверхні електричної енергії при ударному взаємодії з ним іонізованого газового потоку.

Однак іонізований газовий потік при зіткненні з екраном втрачає частину зарядів за рахунок їх тяжіння і розтікання по поверхні конусообразного відбивача. В результаті зменшується ступінь іонізації і швидкість відбитого газового потоку.

Подвійне відображення детонаційної хвилі в протилежних напрямках від екрану і відбивача створює тягу, рівну різниці сил механічних впливів, що призведе в залежності від їх співвідношення або до дуже малому значенню тяги, або до нульової тязі або навіть змінить напрямок тяги. Тому такий пристрій не може використовуватися як двигун.

У кільцевій камері згоряння утворилася детонационная хвиля поширюється в обох поздовжніх напрямках. Однак конструкція двигуна не має пристроїв, що перешкоджають проходженню фронту детонаційного горіння в зони активації окислювача і пального, що може викликати детонацію в цих зонах.

Крім того, в такому пристрої електричні імпульси формуються на екрані і відбивачі і знімаються з їх поверхонь при ударній дії по ним іонізованого газового потоку. Для забезпечення високих значень іонізації потоку необхідно використовувати додаткові заходи, наприклад введення в паливо легкоіонізірованних добавок. Такий пристрій менш ефективно, ніж перетворювач, побудований на перетворенні ударних впливів в електричні імпульси за допомогою сегнетоелектриків.

Відома камера пульсуючого двигуна детонаційного горіння побудована по інвертованою схемою (патент № 2084675), що містить розташовані в корпусі надзвукове сопло і співвісно з ним резонатор Гартмана у вигляді трубки, замкнутої з одного кінця і відкритої з іншого кінця. Вони розташовуються таким чином, що між внутрішньою поверхнею корпусу і зовнішньою поверхнею сопла утворена порожнина, що є камерою змішання, вихідна частина якої являє критичне перетин з подальшим переходом в надзвукове сопло зовнішнього розширення з усіченим центральним тілом.

Така камера пульсуючого двигуна не має попередньої підготовки палива до детонаційного згоряння, і тому ККД її низький.

Пульсуючий детонаційний двигун, побудований за інвертованою схемою (патент СРСР № 1672933 від 22.04.1991, патент РФ № 2034996 від 10.05.1995, Хімічна фізика, 2001., тому 20, № 6, с.90-98), складається з реактора і резонатора , з'єднаних між собою через кільцеве сопло. Стиснене повітря і паливо подаються в реактор, і в ньому здійснюється попередня підготовка палива до детонаційного згоряння шляхом розкладання компонентів паливно-повітряної суміші на хімічно активні компоненти, для чого в реакторі здійснюють піроліз пального до отримання робочої суміші.

Підготовлена \u200b\u200bсуміш через кільцеве сопло у вигляді радіальних надзвукових струменів подається в резонатор, в результаті на основі відомого ефекту Гартмана-Шпренгера виникають ударні хвилі, які при русі в сторону днища стискають і нагрівають горючу суміш. Відбиваючись від донної поверхні резонатора, що має увігнуту форму, ударні хвилі фокусуються у вузькій області, де відбувається подальше підвищення температури і тиску, на основі відомого ефекту Гартмана-Шпренгера, що сприяють детонації горючої суміші. Виникає детонационная хвиля рухається по паливно-повітряної суміші з надзвуковою швидкістю в обох поздовжніх напрямках, при цьому відбувається практично миттєве (вибуховий) згоряння палива, що супроводжується значним підвищенням температури і тиску продуктів згоряння. Детонационная хвиля, зустрічаючись з надзвуковим потоком робочої суміші, утворює «газовий затвор», який перегороджує шлях надзвуковому потоку робочої суміші в резонатор. Після відбиття від донної стінки детонационная хвиля перетворюється в відображену ударну хвилю, яка по згорілої суміші рухається в бік виходу і захоплює за собою продукти згоряння, викидаючи їх у атмосферу з надзвуковою швидкістю. Вплив детонаційної хвилі на внутрішню донну поверхню резонатора створює тягу. За відбитої ударної хвилею слід хвиля розрідження, яка, проходячи повз кільцевого сопла і маючи за фронтом тиск менше атмосферного, забезпечує відкриття «газового замку» і всмоктування нової порції робочої суміші. Далі процес повторюється.

Недоліками такого пульсуючого детонаційного двигуна є:

Зниження к.к.д. двигуна за рахунок витрати частини палива при піролізі пального в реакторі для розкладання паливно-повітряної суміші на хімічно активні складові;

Газодинамический клапан Гартмана в повному обсязі виключає проникнення фронту детонаційного горіння через кільцеве сопло в реактор;

Чи не здійснюється перетворення кінетичної енергії відбитих ударних і детонаційних хвиль від донної поверхні резонатора в електричну імпульсну енергію.

За найбільшою кількістю подібних ознак дане технічне рішення вибрано як прототип.

Метою створення пропонованого пульсуючого детонаційного двигуна є спрощення конструкції, поліпшення масогабаритних і експлуатаційних параметрів, підвищення питомих тягових характеристик.

Пропонований пульсуючий детонаційний двигун включає два основних вузла: реактор і резонатор.

У реакторі для підвищення ефективності горіння попередньо готують суміш окислювача і пального. У резонаторі в результаті пересічний струменів суміші, що виходять з кільцевого сопла з надзвуковою швидкістю, автоматично виникає процес горіння і формуються ударні і детонаційні хвилі.

Горіння як елементарна хімічна реакція може статися тільки в обсязі, де має місце зіткнення молекул палива і окислювача.

Підготовка такого обсягу полягає в формуванні контактної поверхні потоків окислювача і пального. Збільшити площу контактної поверхні можна генерацією вихрових течій в потоках пального і окислювача. У возмущенном турбулентному потоці площі контактної поверхні двох середовищ ростуть в часі за експоненціальним законом. Збільшення площі контактної поверхні сприяє інтенсифікації процесу змішування пального й окислювача.

Головною ланкою попередньої підготовки суміші окислювача і пального є активація молекул суміші шляхом модернізації їх електронно-ядерної структури. Сумарна енергія зв'язків в активованої молекулі істотно менше, ніж у тій же молекулі у вільному основному стані. У активованої молекулі меж'ядерние відстані збільшені, щоб потім при здійсненні хімічної реакції горіння повністю покинути один одного і стати частинами нових кінцевих молекул. Активація є зниження енергетичного бар'єру молекул суміші, викликана впливом на її молекули електромагнітним випромінюванням або іншими видами впливів.

Таким чином, для забезпечення попередньої підготовки суміші в реакторі з метою підвищення ефективності горіння в резонаторі необхідно:

Створити вихровий змішання окислювача і пального;

Здійснити активацію молекул суміші шляхом впливу на них електромагнітним випромінюванням або потоком різних елементарних частинок.

Вихровий змішання можна здійснити шляхом тангенціального введення в обсяг реактора пального і поздовжнього введення окислювача, при яких їх струменя взаємно перетинаються. Активацію молекул суміші можна забезпечити при впливі на них електромагнітним випромінюванням.

У запропонованій заявці технічна реалізація попередньої підготовки суміші окислювача і пального здійснюється шляхом установки в реакторі вхідних паливних патрубків, тангенціально спрямованих уздовж внутрішньої порожнини реактора, і поздовжньо спрямованого патрубка окислювача. При подачі в них окислювача і пального в реакторі відбувається вихорову закрутка потоку, що забезпечує інтенсивне круговий змішання. Для активації суміші в реакторі використовується електромагнітний вплив на молекули окислювача і пального за допомогою подачі на електроди імпульсів струму. При наявності в районі електродів магнітного поля, крім того, виникають вторинні вихрові течії потоку суміші, породжені взаємодією струму електричного розряду з магнітним полем (Клементьев І.Б. та ін. «Взаємодія електричного розряду з газовим середовищем у зовнішньому магнітному полі і вплив цієї взаємодії на структуру потоку і змішання », Теплофизика високих температур, 2010, № 1).

Так як час життя активованих станів молекул мало, активація здійснюється безпосередньо перед подачею суміші в резонатор, тому постійний магніт і електроди розміщені на критичному перетині кільцевого сопла. Активація здійснюється протягом тривалості подаються на електроди імпульсів струму. Необхідна потужність таких імпульсів невелика, так як окислювач і пальне вже змішані, а активації піддається невеликий обсяг суміші, що знаходиться в просторі критичного перетину сопла. При цьому потужність імпульсів повинна бути невисокою ще й для того, щоб при активації не виникало процес займання суміші.

Засобом імпульсної активації суміші окислювача і пального є електроди, розміщені в реакторі на виходах кільцевого сопла Гартмана, які з'єднані з електричним виходом пьезогенератора.

Резонатор виконаний з немагнітного матеріалу у вигляді труби меншого діаметру і розміщений в трубі реактора так, щоб вихід кільцевого сопла Гартмана був спрямований у внутрішню порожнину резонатора.

Увігнуте дно резонатора виготовлено з двох частин, розділених буфером, внутрішня частина виконана з матеріалу, що витримує високі імпульсні механічні навантаження, а зовнішня - з блоку п'єзоелектричних елементів, з'єднаних електрично паралельно, що є спільно з резонансним контуром пьезогенератором.

Механічні ударні впливи детонаційних і ударних хвиль за рахунок ударної деполяризації сегнетоелектріка перетворюються в імпульсну електричну енергію. Пьезогенератор складається з блоку п'єзоелектричних елементів, з'єднаних паралельно, і резонансного контуру.

У резонаторі при взаємодії надзвукових струменів активованої суміші, що виходять з кільцевого сопла, ініціюється хімічна реакція займання суміші і ударна хвиля, яка після відображення від увігнутого дна резонатора фокусується і, створюючи в місці фокусування високу температуру і тиск, забезпечує виникнення детонаційного горіння і поширення детонаційної хвилі в обох поздовжніх напрямках. Після виходу продуктів згоряння з надзвуковою швидкістю в атмосферу виникає хвиля розрідження, яка забезпечує всмоктування нової порції активованої суміші, і процес повторюється.

Перший варіант пульсуючого детонаційного двигуна складається з:

Корпуси;

Засоби для подачі пального і окислювача в реактор;

Реактора у вигляді труби, в яку в передній частині надходить паливно-повітряна суміш, а її задній кінець загнутий всередину і утворює кільцевий сопло Гартмана;

Коштів імпульсної активації паливно-повітряної суміші, розміщених в реакторі на виходах кільцевого сопла Гартмана;

Резонатора магнітною у вигляді труби меншого діаметру, розміщеної в трубі реактора. Передній кінець труби резонатора має увігнуте дно, а задній з'єднаний з виходом кільцевого сопла;

На внутрішній поверхні резонатора є шорсткість у вигляді нарізки, на зовнішній поверхні резонатора встановлені два постійних магніту, Що створюють магнітне поле всередині резонатора, спрямоване перпендикулярно його поздовжньої осі;

Увігнуте дно резонатора складається з двох частин, розділених буфером, що забезпечує зменшення сили ударної дії. Внутрішня частина виконана з матеріалу, що витримує високі імпульсні механічні навантаження, а зовнішня - з блоку п'єзоелектричних елементів, з'єднаних паралельно, що забезпечують перетворення кінетичної енергії ударної хвилі в електричну енергію;

Електричний вихід пьезогенератора з'єднаний з входами засобів імпульсної активації паливно-повітряної суміші.

Другий варіант пристрою відрізняється від першого тим, що:

Точка перетину струменів іонізованої паливно-повітряної суміші, яка витікає з сопла Гартмана, поєднана з точкою фокусування відбитої ударної хвилі. Таке поєднання покращує умови виникнення детонаційної хвилі;

Вихід резонатора виконаний у вигляді розширюється реактивного сопла, що забезпечує додатковий газодинамический розгін робочого тіла (іонізованого газового потоку);

На зовнішній поверхні реактивного сопла розміщені два постійних магніту, що створюють магнітне поле всередині сопла, спрямоване перпендикулярно його поздовжньої осі;

На внутрішній поверхні резонатора відсутня шорсткість у вигляді нарізки.

Новими істотними ознаками обох пристроїв є:

Розміщення резонатора у вигляді труби меншого діаметра в трубі реактора так, щоб вихід кільцевого сопла був спрямований у внутрішню порожнину резонатора;

Установка на зовнішній поверхні резонатора або реактивного сопла двох постійних магнітів, що створюють магнітне поле всередині резонатора або сопла, спрямоване перпендикулярно їх поздовжньої осі;

Виготовлення увігнутого дна резонатора з двох частин, розділених буфером, що зменшує ударні навантаження. Внутрішня частина дна виконана з матеріалу, що витримує високі імпульсні дії детонаційних хвиль, а зовнішня - з блоку п'єзоелектричних елементів, з'єднаних паралельно, утворюють пьезогенератор;

Вихід джерела імпульсного струму з'єднаний послідовно з входами засобів імпульсної активації, розташованих в реакторі на виходах кільцевого сопла Гартмана.

Технічний результат, який може бути отриманий при реалізації сукупності ознак, полягає в наступному:

Попередня підготовка суміші за рахунок її вихрового змішування і активації, а також конструктивні особливості резонатора і реактора забезпечують підвищення ефективності горіння і потужності детонаційних хвиль, що збільшують силу тяги і питомі тягові характеристики двигуна;

Кінетична енергія ударних хвиль об дно резонатора раніше використовувалася тільки для створення тяги, в пропонованому пристрої вона ще перетворюється в електричну енергію, яка використовується для активації суміші окислювача і пального. Таке технічне рішення призводить до зниження масогабаритних характеристик двигуна і спрощує його конструкцію.

Суть винаходу пояснюється кресленнями, де на Фиг.1 представлений перший варіант пристрою, на Фіг.3 - другий варіант пристрою, а на Фіг.2 - схема імпульсного джерела струму і його зв'язок із засобами активації.

Пристрої містять корпус 1, реактор 2, що заповнюється за допомогою блоку 11 окислювачем і пальним, в яке введено легкоіонізірованние добавки, імпульсна засіб активації паливно-повітряної суміші 3, кільцеве сопло 4, постійні магніти 5, реактивне сопло 7 або шорсткість у вигляді нарізки 7 на внутрішньої поверхні резонатора 6 для турбулізації газового потоку. Дно резонатора складається з трьох частин. Внутрішня частина дна 8 виконана з високоміцного матеріалу, проміжна частина - буфер 9 для зниження сили ударної дії на п'єзоелектричні елементи, зовнішня - у вигляді пьезогенератора 10 з резонансним контуром 13. Для посилення конструкції реактор і резонатор з'єднають кільцевою стійкою 12, через отвори в якій проходять дроти, послідовно з'єднують вихід пьезогенератора 10 з електродами засобів активації.

Робота пульсуючого детонаційного двигуна починається з заповнення блоком 11 реактора 2 під тиском окислювачем і пальним через тангенціально і поздовжньоспрямовані патрубки. Струмені пального, обертаючись, перетинаються зі струменем окислювача, утворюючи вихровий змішання.

від зовнішнього джерела подається запускає серія імпульсів на кошти активації палива 3, які забезпечують розкладання паливно-повітряної суміші на виході сопла Гартмана на хімічно активні компоненти. Іонізована паливно-повітряна суміш витікає з надзвуковою швидкістю з сопла у вигляді радіальних струменів, спрямованих у внутрішню порожнину резонатора 6.

При їх зіткненні і змішуванні ініціюється хімічна реакція запалення палива і виникає ударна хвиля, що рухається в бік днища резонатора 6.

Шорсткість внутрішніх стінок 7 резонатора 6 забезпечує високу інтенсивність турбулентного змішування в зсувних шарах за рахунок вихрових рухів в області за перешкодами і за рахунок генерації поперечних ударних хвиль.

Між прискорюється зоною турбулентного горіння і головний ударної хвилею виникають «гарячі точки» внаслідок неоднорідності потоку на контактних поверхнях, Утворених шорсткістю 7. У таких локальних екзотермічних центрах зароджується детонація.

Крім того, головний ударна хвиля після відображення від увігнутого дна резонатора фокусується і, створюючи в цьому місці високу температуру і тиск, забезпечує виникнення детонаційного горіння і поширення детонаційної хвилі в обох поздовжніх напрямках. У другому варіанті пристрою при суміщенні точки перетину струменів з точкою фокусування відбитої ударної хвилі потреба в шорсткості внутрішньої поверхні резонатора відпадає.

Наступні за детонаційними хвилями сильно іонізовані газові потоки, проходячи через магнітне поле, викликають виникнення сил, що діють на них в напрямку руху. В результаті збільшуються швидкості руху потоків, що рухаються як в сторону дна резонатора, так і в протилежну сторону на вихід з резонатора.

Після відбиття від дна детонационная хвиля стає відбитої ударної хвилею і разом з іонізованим газовим потоком, проходячи через магнітне поле, збільшує швидкість газового потоку в напрямку виходу з резонатора. Вихід резонатора 6 виконаний у вигляді розширюється реактивного сопла, що забезпечує подальше збільшення швидкості стікали газів.

Протягом механічного впливу детонаційної хвилі на дно резонатора відбувається деполяризація елементів сегнетоелектриків, виконаних у вигляді блоку з декількох однакових пластин, з'єднаних електрично паралельно і розташованих по відношенню один до одного, як показано на Фіг.2. Такий пьезогенератор створює імпульси струму, амплітуда яких збільшується при налаштуванні контуру 13 на резонанс. Імпульси з частотою проходження детонаційних процесів подаються на вхід пристроїв активації палива, забезпечуючи розкладання паливно-повітряної суміші на хімічно активні компоненти.

Після виходу продуктів згоряння з надзвуковою швидкістю в атмосферу виникає хвиля розрідження. Знижений тиск в порожнині резонатора забезпечує всмоктування нової порції активованої суміші і процес повторюється.

Реалізація заявленого технічного рішення не викликає сумніву, так як при його виготовленні будуть використовуватися відомі технології організації детонаційних процесів і перетворення енергії детонаційної хвилі в електричну енергію (Електричні явища в ударних хвилях / За редакцією В.А.Борісенка і ін. - Саров: РФЯЦ- ВНІІЕФ, 2005).

Було показано, що вибухові пьезогенератори володіють оптимальними характеристиками як генератори струмових імпульсів, потужність яких досягає декількох мегават, енергія - десятків джоулів, тому вони забезпечать ефективну роботу засобів імпульсної активації.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Пульсуючий детонаційний двигун, що містить корпус, засоби для подачі пального і окислювача в реактор, кільцеве сопло і газодинамический резонатор, який відрізняється тим, що резонатор у вигляді труби меншого діаметру розміщений в трубі реактора так, щоб вихід кільцевого сопла Гартмана був спрямований у внутрішню порожнину резонатора, причому увігнуте дно резонатора виготовлено з двох частин, розділених буфером, внутрішня частина виконана з матеріалу, що витримує високі імпульсні механічні навантаження, а зовнішня - з блоку п'єзоелектричних елементів, з'єднаних електрично паралельно, що є спільно з резонансним контуром пьезогенератором.

2. Пульсирующий детонаційний двигун по п.1, що відрізняється тим, що на зовнішній поверхні резонатора або реактивного сопла встановлені два постійних магніту, що створюють магнітне поле всередині резонатора, спрямоване перпендикулярно їх поздовжньої осі.

3. Пульсуючий детонаційний двигун по п.1, що відрізняється тим, що вихід пьезогенератора з'єднаний з входами засобів імпульсної активації.

4. Пульсирующий детонаційний двигун по п.1, що відрізняється тим, що конструктивно резонатор виконаний так, що суміщені точка перетину струменів паливно-повітряної суміші, яка витікає з кільцевого сопла, і точка фокусування відбитої ударної хвилі.

5. Пульсирующий детонаційний двигун по п.1, що відрізняється тим, що кошти імпульсної активації розміщені на виходах кільцевого сопла Гартмана.

глава п'ята

Пульсуючий повітряно-реактивний двигун

На перший погляд можливість значного спрощення двигуна при переході до великих швидкостей польоту здається дивною, мабуть, навіть неймовірною. Вся історія авіації досі говорить про протилежне: боротьба за збільшення швидкості польоту приводила до ускладнення двигуна. Так було з поршневими двигунами: потужні двигуни швидкісних літаків періоду Другої світової війни значно складніше тих двигунів, які встановлювалися на літаках в перший період розвитку авіації. Те ж відбувається зараз з турбореактивними двигунами: досить згадати про складну проблему збільшення температури газів перед турбіною.

І раптом таке принципове спрощення двигуна, як повне усунення газової турбіни. Чи це можливо? Як же буде приводитися в обертання компресор двигуна, необхідний для стиснення повітря, - адже без такого стиснення не може працювати турбореактивний двигун?

Але так чи необхідний компресор? Чи не можна обійтися без компресора і як-небудь інакше забезпечити необхідне стиснення повітря?

Виявляється, така можливість існує. Мало того: цього можна досягти навіть не одним способом. Повітряно-реактивні двигуни, В яких застосований один такий метод Безкомпресорні. стиснення повітря, знайшли навіть практичне застосування в авіації. Це було ще в період другої світової війни.

У червні 1944 р жителі Лондона вперше познайомилися з новою зброєю німців. З протилежного боку протоки, з берегів Франції, на Лондон мчали невеликі літаки дивної форми з голосно тарахтевшім двигуном (рис. 39). Кожен такий літак був летить бомбу - на ньому знаходилося близько тонни вибухової речовини. Льотчиків на цих «літаках-роботах» не було; вони керувалися приладами-автоматами і також автоматично, наосліп пікірували на Лондон, сіючи смерть і руйнування. Це були реактивні літаки-снаряди.

Реактивні двигуни літаків-снарядів не мали компресора, але тим не менше розвивали тягу, необхідну для польоту з великою швидкістю. Як же працюють ці так звані пульсуючі повітряно-реактивні двигуни?

Слід зазначити, що ще в 1906 р російський інженер-винахідник В. В. Караводін запропонував, а в 1908 р побудував і випробував пульсуючий двигун, схожий на сучасні двигуни цього типу.

Мал. 39. Реактивний літак-снаряд. Понад 8000 таких «літаків-роботів» було випущено гітлерівцями під час другої світової війни для бомбардування Лондона

Щоб познайомитися з пристроєм пульсуючого двигуна, увійдемо в приміщення випробувальної станції заводу, що виготовляє такі двигуни. До речі, один з двигунів уже встановлений на випробувальному верстаті, скоро почнуться його випробування.

Зовні цей двигун простий - він складається з двох тонкостінних труб, спереду - короткою, більшого діаметра, ззаду - довгою, меншого діаметру. Обидві труби з'єднані конічної перехідної частиною. І спереду, і ззаду торцеві отвори двигуна відкриті. Це зрозуміло - через передній отвір в двигун засмоктується повітря, через заднє - випливають в атмосферу гарячі гази. Але як же створюється в двигуні підвищений тиск, необхідне для його роботи?

Заглянемо в двигун через його вхідний отвір (рис. 40). Виявляється, усередині, відразу за вхідним отвором, знаходиться перегороджує двигун решітка. Якщо ми подивимося всередину двигуна через вихідний отвір, то побачимо далеко ту ж грати. Нічого іншого всередині двигуна, виявляється, немає. Отже, ця решітка замінює і компресор, і турбіну турбореактивного двигуна? Що ж це за така «всемогутня» решітка?

Але нам сигналізують через вікно спостережної кабіни - потрібно йти з боксу (так зазвичай називають приміщення, в якому знаходиться випробувальна установка), зараз почнуться випробування. Займемо місце біля пульта управління поруч з інженером, провідним випробування. Ось інженер натискає пускову кнопку. У камеру згоряння двигуна через форсунки починає надходити паливо - бензин, який відразу запалюється електричною іскрою, і з вихідного отвору двигуна виривається клубок розжарених газів. Ще клубок, ще один - і ось уже окремі удари перетворилися в оглушливе торохтіння, чутне навіть в кабіні, не дивлячись на хорошу звукоізоляцію.

Увійдемо знову в бокс. Різкий гуркіт обрушується на нас, як тільки ми відкриваємо двері. Двигун сильно вібрує і, здається, ось-ось зірветься з верстата під дією розвивається їм тяги. З вихідного отвору виривається струмінь розжарених газів, яка прагне в воронку відсмоктує пристрою. Двигун швидко розігрівся. Обережно, не покладете руку на його корпус - обпалите!

Стрілка на великому циферблаті приладу для вимірювання тяги - динамометра, встановленого в приміщенні так, що його свідчення можна прочитати через вікна спостережної кабіни, коливається біля цифри 250. Значить, двигун розвиває тягу, рівну 250 кг. Але зрозуміти, як працює двигун і чому він розвиває тягу, нам все ж не вдається. Компресора в двигуні немає, а з нього з великою швидкістю вириваються гази, створюючи тягу; значить, тиск всередині двигуна підвищено. Але як? Чим стискається повітря?

Мал. 40. Пульсуючий повітряно-реактивний двигун:

а - принципова схема; б- схема установки дефлекторів 1 і вхідний решітки 2 (На малюнку праворуч вхідні решітка знята); в - передня частина двигуна; г - пристрій решітки

На цей раз нам не допоміг би навіть і зелений повітряний океан, за допомогою якого ми раніше спостерігали за роботою гвинта і турбореактивного двигуна. Якби ми помістили працює пульсуючий двигун з прозорими стінками в такий океан, то перед нами постала б така картина. Спереду на виходi двигуна спрямовується засмоктуваний їм повітря - перед цим отвором з'являється знайома нам воронка, яка своїм вузьким і більш темним кінцем звернена до двигуна. З вихідного отвору витікає струмінь, що має темно-зелений колір, що свідчить про те, що швидкість газів в струмені велика. Усередині двигуна колір повітря в міру його просування на виходi поступово темніє, значить швидкість руху повітря збільшується. Але чому це відбувається, яку роль відіграє решітка всередині двигуна? Відповісти на це питання ми все ще не можемо.

Не багатьом допоміг би нам і інший повітряний океан - червоний, до допомоги якого ми вдавалися при вивченні роботи турбореактивного двигуна. Ми переконалися б тільки в тому, що відразу за гратами колір повітря в двигуні стає темнокрасним, значить в цьому місці його температура різко зростає. Це легко пояснити, так як тут, очевидно, відбувається згорання палива. Темно-червоними колір має і реактивна струмінь, що випливає з двигуна, - це розпечені гази. Але чому ці гази випливають з такою великою швидкістю з двигуна, ми так і не дізналися.

Може бути, загадку можна пояснити, якщо скористатися таким штучним повітряним океаном, який показував би нам, як змінюється тиск повітря? Нехай це буде, наприклад, синій повітряний океан, причому такий, що колір його стає тим більш темно-синій, чим більше тиск повітря. Спробуємо за допомогою цього океану з'ясувати, де і як народжується всередині двигуна то підвищений тиск, який змушує випливати з нього гази з такою великою швидкістю. Але на жаль, і цей синій океан не приніс би нам великий користі. Помістивши в такий повітряний океан двигун, ми побачимо, що за гратами повітря відразу густо синіє, значить він стискається і його тиск різко підвищується. Але як це відбувається? Відповіді на це питання ми все ж не отримаємо. Потім у довгій вихідній трубі повітря знову блідне, отже, в ній він розширюється; завдяки цьому розширенню швидкість вильоту газів із двигуна виявляється такий великий.

У чому ж все-таки полягає секрет «таємничого» стиснення повітря в пульсуючому двигуні?

Цей секрет, виявляється, можна розгадати, якщо застосувати для вивчення явищ в двигуні кінозйомку «лупою часу». Якщо прозорий працюючий двигун сфотографувати в синьому повітряному океані, роблячи тисячі знімків в секунду, а потім показати вийшов фільм зі звичайною частотою 24 кадри в секунду, то перед нами на екрані повільно розгорталися б процеси, стрімко відбуваються в двигуні. Тоді неважко було б зрозуміти, чому не вдається розглянути ці процеси на працюючому двигуні, - вони так швидко йдуть один за іншим, що очей у звичайних умовах не встигає стежити за ними і фіксує лише якісь усереднені явища. «Лупа часу» дозволяє «сповільнити» ці процеси і робить можливим їх вивчення.

Ось в камері згоряння двигуна за гратами стався спалах - впорснути паливо запалало і тиск різко підвищилося (рис. 41). Такого сильного підвищення тиску не відбулося б, звичайно, якби камера згоряння за гратами була безпосередньо з'єднана з атмосферою. Але вона з'єднана з нею довгою, щодо вузької трубою: повітря в цій трубі служить як би поршнем; поки відбувається розгін цього «поршня», тиск в камері підвищується. Тиск підвищився б ще сильніше, якби на виході з камери був який-небудь клапан, що закривається в момент спалаху. Але цей клапан був би дуже ненадійним - адже його омивали б розпечені гази.

Мал. 41. Так працює пульсуючий повітряно-реактивний двигун:

а - стався спалах палива, клапана решітки закриті; б- в камері згоряння склалося розрідження, клапана відкрилися; в - повітря входить в камеру через решітку і через вихлопну трубу; г - так змінюється за часом тиск в камері згоряння працюючого двигуна

Під дією підвищеного тиску в камері згоряння продукти горіння і ще продовжують горіти гази спрямовуються з великою швидкістю назовні, в атмосферу. Ми бачимо, як клубок розжарених газів мчить по довгій трубі до вихідного отвору. Але що це? У камері згоряння позаду цього клубка тиск знизився так само, як це відбувається, наприклад, за рухомим в циліндрі поршнем; повітря там став Світлосиній. Ось він все світлішає і, нарешті, стає світліше навколишнього двигун синього океану. Це означає, що в камері склалося розрідження. Негайно ж пелюстки сталевих пластинчатих клапанів решітки, службовців для закривання отворів в ній, відгинаються під напором атмосферного повітря. Отвори в решітці відкриваються, і всередину двигуна вривається свіже повітря. Зрозуміло, що якщо вхідний отвір двигуна закрити, як це зобразив на жартівливому малюнку (рис. 42) художник, то двигун працювати не зможе. Слід зазначити, що схожі на тонке лезо безпечної бритви сталеві клапани решітки, є єдиними рухомими частинами пульсуючого двигуна, зазвичай і обмежують термін його служби - вони виходять з ладу через кілька десятків хвилин роботи.

Мал. 42. Якщо припинити доступ повітря в пульсуючий повітряно-реактивний двигун, то він моментально затихне (Можна «боротися» з літаками-снарядами і так. Жартівливий малюнок, поміщений в одному з англійських журналів в зв'язку із застосуванням гітлерівцями літаків-снарядів для бомбардування Лондона)

Все далі рухається темносиний «поршень» гарячих газів по довгій трубі на виходi, все більше свіжого повітря надходить через ґрати в двигун. Але ось гази вирвалися з труби назовні. Ми насилу могли розгледіти клубки розжарених газів в струмені, коли перебували в випробувальному боксі, так швидко вони слідували один за іншим. Вночі ж в польоті пульсуючий двигун залишає за собою все добре роздивитися світиться пунктир, утворений клубками розжарених газів (рис. 43).

Мал. 43. Такий світиться пунктир залишає за собою летить вночі літак-снаряд з пульсуючим повітряно-реактивним двигуном

Як тільки гази вирвалися з вихлопної труби двигуна, в неї кинувся через вихідний отвір свіже повітря з атмосфери. Тепер в двигуні мчать назустріч один одному два урагани, два повітряні потоки - один з них увійшов через вхідний отвір і грати, інший - через вихідний отвір двигуна. Ще мить, і тиск усередині двигуна підвищилося, колір повітря в ньому став таким же синім, як і в навколишній атмосфері. Пелюстки клапанів зачинилися, припинивши цим вхід повітря через решітку.

Але повітря, що надійшов через вихідний отвір двигуна, продовжує по інерції рухатися по трубі всередину двигуна, і в трубу засмоктуються з атмосфери все нові порції повітря. Довгий стовп повітря, що рухається по трубі, як поршень, стискає повітря, що знаходиться в камері згоряння у решітки; колір його стає більш синім, ніж в атмосфері.

Ось що, виявляється, замінює компресор в цьому двигуні. Але тиск повітря в пульсуючому двигуні значно нижче, ніж в турбореактивних двигунів. Цим, зокрема, пояснюється те, що пульсуючий двигун менш економічний. Він витрачає значно більше палива на кілограм тяги, ніж турбореактивний двигун. Адже чим більше підвищується тиск в повітряно-реактивному двигуні, тим більшу корисну роботу він робить при тій же витраті палива.

У стиснене повітря знову впорскується бензин, спалах - і все повторюється спочатку з частотою в десятки разів в секунду. У деяких пульсуючих двигунах частота робочих циклів досягає ста і більше циклів в секунду. Це означає, що весь робочий процес двигуна: всмоктування свіжого повітря, його стиснення, спалах, розширення і витікання газів - триває близько 1/100 секунди. Тому немає нічого дивного в тому, що без «лупи часу» нам не вдавалося розібратися в тому, як працює пульсуючий двигун.

Така періодичність роботи двигуна і дозволяє обійтися без компресора. Звідси виникло і сама назва двигуна - пульсуючий. Як видно, секрет роботи двигуна пов'язаний з гратами на вході в двигун.

Але, виявляється, пульсуючий двигун може працювати і без решітки. На перший погляд це здається неймовірним - адже якщо вхідний отвір не закрите гратами, то при спалаху гази потечуть в обидві сторони, а не тільки тому, через вихідний отвір. Однак якщо ми сузим вхідний отвір, т. Е. Зменшимо його перетин, то можна домогтися того, що основна маса газів буде витікати через вихідний отвір. В цьому випадку двигун все ж буде розвивати тягу, правда меншу за величиною, ніж двигун з гратами. Такі пульсуючі двигуни без решітки (рис. 44, а)не тільки досліджуються в лабораторіях, але і встановлюються на деяких експериментальних літаках, як це зображено на рис. 44, б. Досліджуються і інші двигуни цього ж типу - в них обидва отвори, і вхідний і вихідний, звернені назад, проти напрямку польоту (див. Рис. 44, в); такі двигуни виходять більш компактними.

Пульсуючі повітряно-реактивні двигуни значно простіше турбореактивних і поршневих двигунів. У них немає рухомих частин, якщо не брати до уваги пластинчастих клапанів решітки, без яких, як зазначалося вище, теж можна обійтися.

Мал. 44. Пульсуючий двигун, який не має решітки на вході:

а - загальний вигляд (на малюнку показаний приблизний розмір одного з таких двигунів); б - легкий літак з чотирма пульсуючими двигунами, подібними двигуну, зображеному вище; в - один з варіантів пристрою двигуна без вхідних решітки

Завдяки простоті конструкції, дешевизні і малій вазі пульсуючі двигуни знаходять застосування в такій зброї одноразової дії, як літаки-снаряди. Вони можуть повідомити їм швидкість 700-900 км / годі забезпечити дальність польоту в кілька сот кілометрів. Для такого призначення пульсуючі повітряно-реактивні двигуни підходять краще будь-яких інших авіаційних двигунів. Якби, наприклад, на описаному вище літаку-снаряді замість пульсуючого двигуна вирішили б встановити звичайний поршневий авіаційний двигун, то для отримання тієї ж швидкості польоту (приблизно 650 км / год) Знадобився б двигун потужністю близько 750 л. с. Він витрачав би приблизно в 7 разів менше палива, але зате був би принаймні в 10 разів важче і незмірно дорожче. Отже, при збільшенні дальності польоту пульсуючі двигуни стають невигідними, тому що збільшення витрати палива не компенсується при цьому економією у вазі. Пульсуючі повітряно-реактивні двигуни можуть знайти застосування і в легкомоторної авіації, на вертольотах і т. Д.

Прості пульсуючі двигуни становлять великий інтерес і для установки їх на авіамоделях. Виготовити невеликий пульсуючий повітряно-реактивний двигун для авіамоделі під силу будь-якому авіамодельного гуртка. У 1950 році, коли в будівлі Академії наук в Москві, в Харітоньевском провулку, представники науково-технічної громадськості столиці зібралися на вечір, присвячений пам'яті основоположника реактивної техніки Костянтина Едуардовича Ціолковського, увагу присутніх привернув крихітний пульсуючий двигун. Цей двигун для авіамоделі був укріплений на невеликій дерев'яній підставці. Коли в перерві між засіданнями «конструктор» двигуна, який тримав підставку в руках, запустив його, то гучне різке торохтіння заповнило все кути старовинної будівлі. Швидко розігрівшись до червоного розжарювання двигун нестримно рвався з підставки, наочно демонструючи силу, що лежить в основі всієї сучасної реактивної техніки.

Пульсуючі повітряно-реактивні двигуни так прості, що їх можна з повним правом назвати літаючими топками. Справді, встановлена \u200b\u200bна літаку труба, горить в цій трубі паливо, і розвиває вона тягу, що змушує летіти з великою швидкістю літак.

Однак з ще більшим правом можна назвати літаючими топками двигуни іншого типу, так звані прямоточні повітряно-реактивні двигуни. Якщо пульсуючі повітряно-реактивні двигуни можуть розраховувати лише на порівняно обмежене застосування, то перед прямоструминними повітряно-реактивними двигунами розкриваються найширші перспективи; вони є двигунами майбутнього в авіації. Це пояснюється тим, що зі збільшенням швидкості польоту вище 900-1000 км / год пульсуючі двигуни стають все менш вигідними, тому що вони розвивають меншу тягу і споживають більше палива. Прямоточні двигуни, навпаки, найбільш вигідні саме при надзвукових швидкостях польоту. При швидкості польоту в 3-4 рази більшою, ніж швидкість звуку, прямоточні двигуни перевершують будь-які інші відомі авіаційні двигуни, в цих умовах їм немає рівних.

Прямоточний двигун зовні схожий на пульсуючий. Він також є бескомпрессорний повітряно-реактивний двигун, але відрізняється від пульсуючого принципово тим, що працює не періодично. Через нього безперервно тече сталий, постійний потік повітря, як і через турбореактивний двигун. Як же в прямоточном повітряно-реактивному двигуні здійснюється стиснення повітря, що поступає, якщо в ньому немає ні компресора, як в турбореактивних двигунів, ні періодичних спалахів, як в двигуні пульсуючому?

Виявляється, секрет такого стиснення пов'язаний з тим впливом на роботу двигуна, який чинить на неї швидко збільшується швидкість польоту. Це вплив відіграє величезну роль у всій швидкісної авіації і буде грати все більшу роль у міру подальшого збільшення швидкості польоту.