Реактивная турбина своими руками: Турбореактивный двигатель своими руками | НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ СЕГОДНЯ

Содержание

Турбореактивный двигатель своими руками | НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ СЕГОДНЯ

Мало кто знает о том, что турбореактивный двигатель можно собрать собственными руками самостоятельно. Принцип работы такого устройства заключается в проталкивании огромного количества воздуха за короткий промежуток времени, любой подобный двигатель а если быть совсем точным — турбина, основывается на законе Ньютона. Внутри каждого подобного экземпляра находится как правило компрессор и отсек сгорания топлива который нужен для того чтобы разогреть входящий поток воздуха начиная от 1500 и до 2000 градусов, зависит от конкретной модели двигателя. Для того чтобы конструкция не расплавилась используется специальный тип металла который выдерживает подобные температуры.

Топливо по каналам проходит в отсек предназначенный для сгорания топлива, где по специальным отверстиям подается в сам двигатель тем самым совершая впрыск топлива. В этом отсеке двигателя после того как воздух нагрелся до 1500 градусов он поступает дальше в выходной вал который визуально напоминает из себя совокупность нескольких вентиляторов соединенных последовательно друг за другом разного диаметра. Проходя через них воздух охлаждается прежде чем будет выброшен из турбины.

Самое интересное в этом, что турбореактивный двигатель можно собрать на базе обычной турбины от автомобиля, диапазон наддува которой начинается от 2.5 бар. Взяв более менее большую турбину от авто можно собрать турбореактивный двигатель своими руками. Для этого вам потребуется лишь знания проектирования турбореактивного двигателя, чертежи которого можно найти в свободном доступе. Работы которые предстоит проделать прежде чем у вас получится нечто похожее на настоящий реактивный двигатель можно разделить на несколько частей. Самое первое что придется сделать это отломать лопасти которые есть в обычной турбине и придать им нужную форму, потому как поток воздуха в реактивной турбине намного больше нежели в турбине автомобиля. Далее придется вручную сделать камеру сгорания для впрыска топлива по каналам. Модернизированные лопасти которые ранее были демонтированы нужно будет вставить в отсек для сгорания топлива.

По итогу всех действий у вас должно получится что-то похожее на это

По большому счету подобные манипуляции будут занимать основное время на проектирование частей турбины в нужном масштабе, это самое сложное с чем предстоит столкнутся. Все остальное сводится к тому чтобы подогнать нужные детали и совместить их между собой. Подробные чертежи есть в свободном доступе и при должных знаниях можно сделать реактивную турбину своими руками взяв обычную турбину от автомобиля. Это особенно актуально если учесть то, что найти хорошую турбину в свободной продаже за доступную цену практический не представляется возможным. Реактивный двигатель сделанный своими руками на базе турбины от авто может выдавать тягу до 9кг при хорошей качественной сборке.

На подобных двигателях летают беспилотники которые имеют вес порядка 60кг и более. Так-же подобный двигатель способен разогнать обычную машину до скорости 90-100км\ч а иногда и 130км\ч зависит от конкретной сборки и конкретной машины. Путем не сложных манипуляций такой двигатель на реактивной тяге можно доработать на повышение количества проталкиваемого воздуха тем самым увеличив мощность в несколько раз.

Узнаем как изготовить реактивный двигатель своими руками

Самый простым реактивным двигателем является бесклапанный пульсирующий агрегат. После его изобретения стало очевидно, что он может двигать ракету даже в безвоздушном пространстве. Из-за того, что повсеместно стали использовать турбореактивные моторы, разработку рассматриваемого вида движителей приостановили. Но многие любители продолжают интересоваться, изучать и даже самостоятельно собирать агрегат. Попробуем сделать реактивный двигатель своими руками.

Мотор по патенту Локведа

Устройство можно соорудить любого размера, если строго соблюдать необходимые пропорции. Реактивный двигатель, своими руками сделанный, не будет иметь движущихся частей. Он способен функционировать на любом виде топлива, если будет предусмотрено приспособление для его испарения до входа в камеру сгорания. Однако старт производят на газе, так как этот вид топлива намного удобнее других. Соорудить конструкцию просто, да и денег уйдет не так уж много. Но надо приготовиться к тому, что работать будет с большим шумом реактивный двигатель.

Своими руками устанавливается и испаряющий распылитель для жидкого топлива. Его помещают на конец металлической трубы, через которую пропан поступает в камеру сгорания. Однако если планируется применять только газ, то это приспособление устанавливать необязательно. Можно пропан просто запускать через трубку 4 мм диаметром. Ее прикрепляют к камере сгорания при помощи фитинга на десять миллиметров. Иногда предусматривают также разные трубки для пропана, керосина и дизельного топлива.

На старте газ поступает в камеру сгорания, и при возникновении первой искры двигатель запускается. Баллоны сегодня приобрести нетрудно. Удобным является, например, имеющий одиннадцать килограмм топлива. Если предполагается большой расход, то редуктор не обеспечит необходимым потоком. Поэтому в таких случаях устанавливают просто игольчатый клапан. Баллон при этом нельзя опустошать до конца. Тогда в трубке не произойдет возгорания.

Чтобы установить свечу для искры, в камере сгорания нужно предусмотреть специальное отверстие. Его можно изготовить при помощи токарного станка. Корпус выполняют из нержавеющей стали.

Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель Рейнста: необходимые детали

Необязательно использовать металлические трубы и другие сложные для простого обывателя детали. Если реактивный двигатель своими руками предполагается сделать совсем маленького размера, для его изготовления потребуются следующие подручные компоненты:

  • банка из стекла на четыреста миллилитров;
  • банка из жести из-под сгущенки, от которой потребуется лишь боковая часть;
  • спирт или ацетон;
  • циркуль;
  • ножницы;
  • дремель или обычное шило;
  • плоскогубцы;
  • карандаш;
  • бумага.

Как сделать реактивный двигатель

В крышке от стеклянной банки делают отверстие на двенадцать миллиметров.

Для верстки диффузора на бумаге рисуют шаблон, используя циркуль. Ближний радиус берется на 6, а дальний — на 10,5 сантиметра. От сектора, который получился, отмеряют 6 см. Обрезку производят на ближнем радиусе.

Шаблон прикладывают к жестяной банке, обводят и вырезают необходимый кусок. С обоих краев отгибают по миллиметру у полученной детали. Далее делают конус и соединяют части согнутых краев. Так получают диффузор.

Затем на узкой его половинке сверлят четыре отверстия. То же самое повторяют на крышке вокруг проделанного ранее отверстия. Используя проволоку, подвешивают диффузор под отверстие крышки. Должно получиться расстояние до верхнего края примерно от 5 до 5 мм.

Осталось лишь налить в банку спирт или ацетон на пол сантиметра от дна, закрыть банку и зажечь спирт спичкой.

Советская литература для реактивных авиамоделей

Миниатюрные пульсирующие воздушно-реактивные двигатели для авиамоделей также можно изготовить самостоятельно. Некоторые любители даже сегодня используют при монтаже конструкции мотора литературу, написанную в советское время, в шестидесятых годах прошлого века. Несмотря на такой значительный промежуток времени с момента издания, она продолжает быть актуальной и способна помочь в освоении новых знаний и получения практики юными конструкторами.

Принцип работы реактивного и турбореактивного двигателя самолета и ракеты

Современный мир трудно представить без самолетов. Авиация прочно вошла в нашу жизнь и помогает путешественникам преодолевать тысячи километров за считанные часы, что, в еще недавнем прошлом, казалось фантастикой. Не говоря уже о полетах в космос и путешествиях к дальним планетам. Все это стало возможным благодаря изобретению реактивных двигателей. Давайте разберемся в принципе их работы.
Первые двигатели появились давным-давно и преобразовывали мускульную силу животных в полезную для достижения конкретной цели энергию. Простейший пример – лошадь, помогающая крутить эернова мельницы. Затем появились ветряные мельницы, где жернова приходили в движение за счет энергии ветра, иди водяные мельницы, использующие течение рек.

Двигатели, работающие на топливе

Общество сразу по достоинству оценило преимущества использование простейших двигателей и в последующие годы многие ученые трудились над разработкой моделей, работа которых не зависела бы от природных и погодных условий, усталости животного, выступающего в качестве источника энергии.
Гюйгенс ван Зейлихем

Наибольшего успеха на этом поприще добился голландский физик Христиан Гюйгенс ван Зейлихем, который в 1687 году первым предложил использовать порох в качестве источника энергии. Согласно замыслу, в двигателе создавалась камера внутреннего сгорания, в которой должен был сжигаться порох, а выделенная в результате горения энергия, преобразовываться в силу, приводящую определенный элемент в движение. Порох являлся первым прототипом современного топлива.

Примечательно, что идея была позаимствована у артиллеристов, наблюдая за которыми, Гюйгенс обратил внимание на то, что после выстрела, орудия откатывались в сторону, противоположную выстрелу.

Наработки голландца, а также ряда других заслуженных ученых, значительно облегчили путь создания топливных двигателей, которыми мы пользуемся до сих пор. На место пороха пришли бензин и солярка, обладающие иными физическими свойствами и температурами горения, необходимыми для выделения энергии.

Отличительные черты

Как уже говорилось раньше, предпринимались попытки использовать газотурбинный двигатель для автомобиля, однако дальше испытаний дело не пошло. Единственная отрасль, в которой агрегат нашёл применение – авиация.

Если сравнивать газотурбинный мотор с иными силовыми установками, то у первого изделия значение вырабатываемой мощи по отношению к массе больше. Так же плюс в используемом топливе, доведённый до мелкодисперсного состояния, ассортимент воображает, главный вид – керосин и дизель. Но возможно применение: бензина, газа, спирта, мазута, угольной пыли и т.п.

Агрегат с поршнями и газотурбинная установка, это моторы, работающие на основе тепла, преобразующие энергию, выделившуюся при горении в работу механики. Разница между устройствами заключается в течение процесса. В обоих моторах происходит забор и воздушное сдавливание, после чего подаётся порция горючего, затем субстанция горит, увеличивается и сбрасывается атмосферную среду.

В поршневых установках описанные действия происходят в одной точке – камере сгорания, при этом соблюдается очерёдность действий. Для газотурбинного двигателя характерно протекание действий в нескольких частях механизма одновременно.

Что бы понять, как работает газотурбинный двигатель, разделяют этапы протекания процессов, которые в сумме составляют преобразование топлива в работу:

  • Подведение горючего и образование смеси.

За счёт прохождения атмосферного воздуха через компрессорное колесо, смесь сжимается в объёме, увеличивая напор, до сорока раз. После происходит перетекание воздуха в горящий объём, куда подаётся и топливо. Перемешиваясь с воздушной массой и сгорая, смесь энергетически преобразуется.

  • Энергетическое рабочее преобразование.

Выделившуюся силу переформатируют в работу механики. Для этого используют специальные лопатки, которые вращаются в газовой струе, выходящей с напором.

  • Распределение силы.

Распределяя полученную работу, задействуют её кусок в сдавливании очередной воздушной порции, оставшаяся мощь отводится для привода механизма.

Таким образом, видно, что действие газотурбинного устройства сопровождается оборачиванием и это единственное перемещение в установке. Тогда как для других видов силовых агрегатов действию сопутствует перемещение вытеснителя. Учитывая, что габариты и масса газотурбинного агрегата меньше поршневого собрата, а полезный коэффициент и мощь выше, превосходство первого очевидно. Однако увеличенный аппетит и сложность эксплуатации нивелируют преимущества. С целью экономии горючего, установки применяют устройство обмена теплом.

Схема включения в процесс турбины:

Явление отдачи

Шло время, наука не стояла на месте. На смену простейшим механическим двигателям пришли паровые, топливные, электрические.
Но научные поиски и разработки на этом не прекращались. Как всегда, на помощь пришла природа, которая, в большинстве случаев и наталкивает изобретателей на удивительные открытия.

Наблюдения за морскими жителями, такими как осьминоги, кальмары и каракатицы, привели к неожиданным результатам. Манера движения этих морских обитателей, была схожа с кратковременным толчком. Будто тело отталкивается отчего – то и продвигается вперед.

Эти наблюдения были чем-то схожи с замечаниями Гюегенса про выстрел и пушку, которые мы упоминали выше.

Таким образом, в физики появилось понятие «явление отдачи». В ходе дальнейших научных исследований было выяснено, что именно благодаря явлению отдачи происходит все движение на планете Земля: автомобиль отталкивается от земли, корабль – от воды и т.д.

Движение тел происходит благодаря передаче импульса от одного объекта другому. Для объяснения явления приведем простейший пример: вы решили толкнуть своего товарища в плечо, приложили определенную силу, в результате которой, он сдвинулся с места, но и вы испытали силу, отталкивающую вас в противоположную сторону.

Конечно, расстояние, на которое сдвинетесь вы и ваш друг, будет зависеть от ряда факторов: сколько вы весите, как сильно вы его толкнули.

Реактивный двигатель и принцип его работы

Таким образом, мы постепенно подошли к рассмотрению самого распространенного в самолетостроении и ракетной отрасли типа двигателя – реактивный двигатель.
Любой из нас способен воочию наблюдать явление реактивной реакции. Все что необходимо, надуть воздушный шарик и отпустить. Каждый знает, что произойдет далее: из шарика будет вырываться поток воздуха, который будет двигать тело шарика в противоположном направлении.

Согласитесь, очень похоже на то, как кальмар, сокращая свои мышцы, создает струю воды, толкающую его в противоположном направлении.

Наблюдения, описанные выше, получили точные научные объяснения, были отображены в физических законах:

  • закон сохранения импульса;
  • третий закон Ньютона.

Именно на них основывается принцип работы реактивного двигателя: в двигатель поступает поток воздуха, который сгорает в камере внутреннего сгорания, смешиваясь с топливом, в результате чего образуется реактивная струя, заставляющая тело двигаться вперед.

Принцип работы достаточно прост, однако устройство подобного двигателя довольно сложное и требует точнейших расчетов.

Устройство реактивного двигателя

Реактивный двигатель состоит из следующих основных элементов:

  • компрессор, который засасывает в двигатель поток воздуха;
  • камера внутреннего сгорания, где происходит смешивание топлива с воздухом, их горение;
  • турбина – придает дополнительное ускорение потоку тепловой энергии, полученной в результате горения топлива и воздуха;
  • сопло, важнейший элемент, который преобразует внутреннюю энергию в «движущую силу» – кинетическую энергию.

Благодаря совместному взаимодействию этих элементов, на выходе реактивного двигателя образуется мощнейшая реактивная струя, придающая объектам, на которых установлен двигатель, высочайшую скорость.

Реактивные двигатели в самолете

В преддверии Мировой Войны, ученые ведущих стран старательно трудились над разработками самолетов с реактивными двигателями, которые бы позволили их странам безоговорочно диктовать свои условия на небесном фронте.
Первый реактивный самолет был разработан немцами в 1937 году, а его испытания начались лишь в 1939 году. Однако имеющиеся на то время двигатели потребляли невероятно большое количество топлива и запас хода такого самолета составлял всего лишь 60 км.

В это же время Японии и Великобритании удалось создать собственные самолеты с реактивными двигателями. Но это были лишь опытные экземпляры, так и не поступившие в серийное производство.

Первым серийным реактивным самолетом стал немецкий «Мессершмит», который, однако, не позволил гитлеровской коалиции взять верх в развязанной ими войне.


Мессершмитт Me-262 Швальбе/Штурмфогель

В гражданской же авиации реактивные самолеты появились лишь в 1952 году в Великобритании.

С тех пор и по настоящие дни, реактивные двигатели являются основными двигателями, применяемыми в самолетостроении. Именно благодаря им, современны лайнеры развивают скорость до 800 километров в час.

История[править | править код]

В 1791 году английский изобретатель Джон Барбер предложил идею коловратного двигателя с поршневым компрессором, камерой сгорания и газовой турбиной. В 1909 году русский изобретатель Н. В. Герасимов запатентовал схему газотурбинного двигателя для создания реактивной тяги (турбореактивного двигателя)[2][3][4]. Патент на использование газовой турбины для движения самолёта получен в 1921 году французским инженером Максимом Гийомом[fr].

Первый образец турбореактивного двигателя продемонстрировал английский инженер Фрэнк Уиттл 12 апреля 1937 года и созданная им небольшая частная фирма Power Jets[en]. Он основывался на теоретических работах Алана Гриффита[en].

Первое полезное применение турбореактивного двигателя произошло в Германии на самолёте Heinkel He 178 с ТРД HeS 3[en]. ТРД разработан Хансом фон Охайном почти одновременно с Уиттлом — первый пуск в сентябре 1937 года, изготовлялся фирмой Heinkel-Hirth Motorenbau. Лётчик Эрих Варзиц совершил первый полёт 27 августа 1939 года.

Реактивные двигатели в космосе


После освоения неба человечество поставило перед собой задачу покорить космос.

Как вы уже поняли, наиболее мощным двигателем, способным поднять ракету на высоту во много тысяч километров, являлся именно реактивный двигатель.

Конечно, возникает вопрос: как может работать реактивный двигатель в космосе, в безвоздушном пространстве?

В устройстве ракеты предусмотрен резервуар с кислородом, который смешивается с ракетным топливом и образует необходимую тягу полета ракеты, когда космический корабль покидает атмосферу Земли.

Затем приходит в действие закон сохранения импульса: масса ракеты постепенно уменьшается, сгоревшая смесь топлива и кислорода выбрасывается через сопло в одну сторону, а тело ракеты движется в противоположную.

Примечания[править | править код]

  1. ↑ ГОСТ 23851-79 Двигатели газотурбинные авиационные. Термины и определения. (термин 10, стр.3) (неопр.)
    .
  2. ↑ РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ • Большая российская энциклопедия – электронная версия (неопр.)
    . bigenc.ru. Дата обращения: 16 февраля 2021.
  3. ↑ Изобретения России // Газотурбинный двигатель (неопр.)
    . rus-eng.org. Дата обращения: 16 февраля 2021.
  4. В. М. Корнеев.
    Особенности конструкции газотурбинных двигателей. — Ridero, 2018. — ISBN 978-5-4485-9499-1.
  5. ↑ Теория и расчёт воздушно-реактивных двигателей. Учебник для вузов. Авторы: В. М. Акимов, В. И. Бакулев, Р. И. Курзинер, В. В. Поляков, В. А. Сосунов, С. М. Шляхтенко. Под редакцией С. М. Шляхтенко. 2-е издание, переработанное и дополненное. М.: Машиностроение, 1987
  6. ↑ ГОСТ 23851-79. — С. 3. термин 13.
  7. ↑ ГОСТ 23851-79. — С. 29. термин 175.
  8. 12
    Боевая авиационная техника . — С. 149. раздел III «Авиационные двигатели», глава 1 «Классификация и области применения».
  9. 12
    Боевая авиационная техника . — С. 205. раздел III «Авиационные двигатели», глава 4 «Конструктивные особенности ТРДД и ТРДДФ».
  10. ↑ Боевая авиационная техника . — С. 207. раздел III «Авиационные двигатели», глава 4 «Конструктивные особенности ТРДД и ТРДДФ».
  11. Александр Грек.
    Человек, который купил космодром // Популярная механика. — 2021. — № 11. — С. 54.
  12. ↑ Ядерное дежавю: существует ли ракета с ядерным двигателем (рус.). Популярная механика. Дата обращения: 12 сентября 2021.

«Два дебила — это сила» / Хабр

Настало время турбореактивных аппаратов для всех желающих.

Игорь со своим дружбаном в феврале засели за винишком и задумали построить планер легче 115 кг (чтобы хакнуть Росавиацию). Ставить электромоторы было не круто, поэтому они поставили турбореактивные движки. Потому что могут.

10 ноября 2018 был совершен первый полет на самодельном планере весом до 115 кг с турбореактивным приводом (2х30кг JetCat P-300 Pro). Даже петлю Нестерова выполнили.


«Я думал что будет круто, но я не думал что будет настолько о… енно! Мы сделали это! Два дебила — это сила».
— Игорь, пилот-испытатель

Под катом — экспресс фотоотчет (очень хочется побыстрее поделиться новостью, поэтому не ругайте за видео с мобильника и прочие ляпы).

DISCLAIMER — комментарии сугубо мои, пилоты и техники разговаривали на непонятной суперпрофессиональной белиберде, которую я не разобрал. (Меня уже отругали за «изнасилованные термины» и за «самолёт», который планер.)



Речь перед полётом:


Игорь Волков, легендарная личность среди пилотов.

Главный конструктор. Характер жизнерадостный. Шапка круче чем у Джейна из «Светлячка».

Сначала мы думали, кто коня привёз на аэродром? Оказалось это планеровозка.

Бережно бережно вытаскиваем его на свет.

Транспортируем к месту старта.

Игорь Волков дует в спидометр. Внутри видим высококачественный «уголь». И «уголок» из Леруа 🙂

Дуть в спидометр захотели многие.

«Огненные сердца». Две JetCat P-300 PRO

Турбины можно выдвигать и задвигать в «кармашек».

Защитная сетка не предусматривается. От птиц придется увихиваться.

Конструктор аппарата смеется над теми, у кого нет своего турбореактивного самолета.

Пульт Futaba, хотли привязать скотчем к ноге, потом все же синей изолентой — к приборной панели.

Заправляем гибкий бак, 10 литров керосина, 0.5 литра масла.

Заправочная станция — не, не слышал.

Тестируем тягу на земле. Держите меня трое!

Гармоничность форм притягивает взгляд. Планер не может не быть некрасивым.

Торжественное отдирание пленки. Первый (пилот) и главный (конструктор).

Ну ладно, уговорили, возьму парашют.

Аккуратненько залазим.

Вроде поместился.

Откуда крепление? Со скафандра!

Да я вроде уже привыкла что делает мой муж…

А эта фиговинка зачем?

Я тебе тут мануал положил, если что — читай.

Видишь эту пимпочку?

А это я, вечно ношу огнетушители.


Торжественная речь перед взлетом и привет чиновникам.

Какой-то лось прицепился к крылу.

Разгон.

Отрыв от земли.

Разворот.

Приземление.

Аплодисменты!

Хочешь летать — пожалуйста.

Тренировка молодых.

Второй взлёт:

А это щенок алабая. Об него грели руки, потому что дубак был лютый.

Вывод дня: Каждый уважающий себя мужик должен иметь свой турбореактивный двигатель.

P.S.

Скоро будут хорошие видеоролики (в т.ч. с мёртвой петлёй) и подробное описание аппарата. Ну а я, вдохновленный турбореактивными летунами, продолжаю собирать свой реактивный ранец.

Кто хочет записаться на тренировку (в Москве) и стать первыми россиянами (всего 10 мест), которые полетают на реактивном ранце — пишите тут:

— блог на Хабре
— канал в Телеграм
— группа VK
— мой профиль в Fb
— письма писать сюда [email protected]


Кстати, компания

RUVDS

заинтересовалась реактивным ранцем и помогает штурмовать облака.

Бонус читателям блога:

Реактивная тяга

В настоящее время по авиамодельному спорту регулярно проводятся чемпионаты Европы и мира, курируемые международными организациями. Всего в авиамодельном спорте более 60 дисциплин, разбитых на 5 категорий, каждая из которых содержит основные и дополнительные классы. Элитой авиамодельного спорта являются спортсмены, соревнующиеся в классе радиоуправляемых реактивных копий, а основной организацией, объединяющей моделистов-реактивщиков, выступает Международный комитет по реактивным моделям, который раз в два года проводит чемпионаты мира.


Чемпион мира в классе реактивных моделей-копий Виталий Робертус готовит к взлёту свой Як-130.

На первом этапе соревнований радиоуправляемых реактивных копий оценивается точность соответствия модели оригиналу по размерности, деталировке и окраске, что даёт 50% очков. Судейский коллектив из 3-5 человек сравнивает модель с предоставленным участником комплектом документов (чертежи оригинала и около полусотни высококачественных крупноформатных фотографий самолёта-прототипа в разных ракурсах, со всеми характерными деталями). Судьи принимают во внимание мельчайшие элементы: панели обшивки, люки, замки, заклёпки, точность цветовой гаммы, опознавательные знаки, маркировку и даже потёртости и повреждения, замеченные на самолёте-прототипе. Забегая немного вперёд, скажем, что у модели Як-130 действующего чемпиона мира в этой категории Виталия Робертуса даже миниатюрные жидкокристаллические экраны приборов во время полёта модели показывают те же самые цифры, что и экраны реального самолёта.

Вторую половину очков даёт оценка на втором этапе, где участники выполняют по три полёта, из которых два лучших идут в итоговый зачёт. По элементам лётная программа содержит фигуры, выбранные участником из стандартного набора, которые наиболее соответствуют полёту самолёта-прототипа. При этом пилотажные фигуры могут быть даже сложнее – некоторые модели способны выдержать перегрузки до 20 g, тогда как тренированный пилот сохраняет работоспособность лишь при перегрузках до 10 g. На этом этапе основной задачей пилота является управление машиной во время руления, взлёта и самого полёта таким образом, чтобы поведение модели было максимально похоже на прототип. Судьи оценивают не только скорость и плавность полёта, угловые скорости модели при маневрировании, но и даже звук двигателей.


Модель в полёте.

При постройке модели-копии важно сохранить внешние пропорции прототипа, а также его аэродинамические свойства. Учитывая вязкость воздуха и другие параметры, получается, что чем больше модель, тем лучше она летает. Поэтому выгодно делать модель максимально крупной. Однако по правилам соревнований масса модели без топлива не должна превышать 20 кг, при этом масштаб модели и её фактический размер не регламентируются.

За прототип, как правило, берут хорошо летающие самолёты и воссоздают их в масштабе от 1:3 до 1:9 таким образом, чтобы размеры модели составляли 2-3 метра. После выбора масштаба модели приступают к её самостоятельному изготовлению. Процесс занимает по времени несколько лет, требует кропотливой работы и умеренных финансовых затрат. Первый этап – построение чертежей и расчётов. Несмотря на то, что модель обязана повторять прототип внешне, она должна и уметь самостоятельно летать на очень высоких скоростях. Так как в аэродинамике простое масштабирование не работает, то, сохраняя пропорции, полностью пересчитывают отклонения рулевых поверхностей, положение центра тяжести и другие важнейшие параметры. Помимо этого необходимо правильно распределить вес летательного аппарата. В процессе строительства проводятся необходимые статические и лётные испытания, иногда бывает, что на этом этапе происходят аварийные посадки или полное разрушение экспериментальной модели. Всё это мало чем отличается от создания настоящего самолёта с чертежами, аэродинамическими трубами и экспериментальными прототипами.




Чемпионаты мира по авиамоделизму – соревнования зрелищные. Они всегда собирают много зрителей самого разного возраста.

Возник реактивный авиамодельный спорт, кстати, совсем недавно, и объясняется это вот чем. Самолёты с реактивными двигателями стали строиться в 1940-х годах, но создать аналогичный двигатель миниатюрного размера не удавалось ещё целых полвека. В какой-то момент даже считалось, что это невозможно в принципе, так как из-за закона квадрата-куба при изменении размеров двигателя меняются и КПД, и другие его характеристики. Например, если сделать точную копию автомобильного двигателя размером со спичечный коробок, то работать она не будет. Модельные турбореактивные авиадвигатели появились благодаря немецкому инженеру Курту Шреклингу, которому удалось создать простой, технологичный и дешёвый в производстве механизм, который во многом повторял первый немецкий турбореактивный двигатель HeS 3, созданный в 1939 году Пабстом фон Охайном. И это стало настоящим техническим прорывом. Радиальный, маленький и холодный центробежный компрессор был посажен на один вал с одноконтурной горячей турбиной. Шреклинг выбрал центробежный компрессор из-за простоты реализации и меньших требований по допускам, к тому же, он обеспечивал вполне достаточное увеличение давления в 2,4−2,7 раза. Деревянная крыльчатка компрессора была усилена углеволокном, а колесо турбины было изготовлено из 2,5-миллиметровой жести. Настоящим инженерным откровением стала кольцевая камера сгорания с испарительной системой впрыска, где по змеевику длиной примерно в 1 м подавалось топливо. При длине всего в 260 мм и диаметре 110 мм двигатель Шреклинга весил 700 г и давал силу тяги в 22 Н. Скорость покидания газа в сопле двигателя составляла 200 м/с. Этот двигатель до сих пор остаётся самым тихим в мире.

Разработки Курта Шреклинга способствовали созданию промышленных образцов двигателей. Различными фирмами были созданы и несколько вариантов наборов для самостоятельной сборки, самым известным из которых стал FD-3 австрийской фирмы Schneider-Sanchez.

Первыми полностью собранными серийными авиамодельными турбинами были JPX-Т240 французской фирмы Vibraye и японская J-450 Sophia Precision. Они были очень надёжными и несложными в эксплуатации, но имели плохие разгонные характеристики. Плюс к этому удовольствие было не из дешёвых – одна «София» стоила в 1995 году $5800 – почти как новый автомобиль. В дальнейшем происходило упрощение предложенной Шреклингом конструкции и технологии двигателя, а её цена падала.

В 1994 году была выпущена турбина Pegasus с фантастическими по тем временам показателями: мощность в 10 кг силы тяги, максимальные обороты – 105 000, степень сжатия – 3,5  при расходе воздуха 0,28 кг/с, скорость выхода газа – 360 м/с. Масса двигателя со всеми агрегатами составляла 2300 г, а сама турбина имела размер 120 мм в диаметре и 270 мм в длину.

В 1995 году в свет вышла книга Томаса Кампса «Модельный реактивный двигатель» с расчётами и подробными чертежами турбины для самостоятельного изготовления. Томас Кампс, экспериментируя с турбиной Шреклинга, создал микротурбину KJ-66, в которой объединил все достижения в этой области на тот период времени.  По существу, все сегодняшние образцы копируют и повторяют в той или иной степени заложенные в этой турбине агрегаты. После издания книг этот тип двигателя стал доступным и мог быть построен любым человеком с техническим мышлением при помощи базовых инженерных приспособлений, например, таких как токарный станок.


Наконец, следующую революцию в мини-турбиностроении произвела немецкая компания JetCat. Главным её нововведением стал электронный блок управления турбиной, разработанный Херстом Ленерцем. JetCat добавила к турбине электрический стартер, датчик температуры, оптический датчик оборотов, насос-регулятор и электронные «мозги», которые заставили всё это работать вместе. После подачи команды на запуск первым включается электрический стартер, который раскручивает турбину до 5000 оборотов. Далее через шесть форсунок (стальные трубочки диаметром 0,7 мм) в камеру сгорания начинает поступать газовая смесь (пропан и бутан), которая поджигается авиамодельной калильной свечой. После начала устойчивого горения в соседние форсунки начинает подаваться керосин. По достижении 45 000−55 000 оборотов в минуту двигатель переходит только на керосин, затем опускается на малые (холостые) обороты (33 000−35 000). На пульте загорается зелёная лампочка – это означает, что бортовая электроника передала управление турбиной на пульт радиоуправления. Теперь можно взлетать.

Сравните: для запуска первых модельных турбореактивных двигателей было необходимо как минимум четыре человека – один пилот, один человек с баллоном со сжатым воздухом, один с огнетушителем, и ещё один с газом для розжига. Последовательность запуска была следующей. Сначала сжатым воздухом дули на крыльчатку компрессора, раскручивая её до 3000 оборотов в минуту. Потом подавали газ и поджигали его, пытаясь получить устойчивое горение в камерах сгорания. После этого надо было умудриться переключиться на подачу керосина. Как правило, три четверти таких попыток заканчивались неудачами, зачастую пожарами – для таких случаев и требовался человек с огнетушителем.

В 2001 году, будучи во Франции, российский авиамоделист Виталий Робертус увидел в авиамодельном магазинчике каталог Graupner с описанием JetCat P-80 – турбины с автоматическим запуском. Каталог уверял, что через 45 секунд после включения турбина сама раскручивается, заводится и передаёт управление на передатчик. Такое чудо техники с полностью автоматическим стартом стоило тогда $2500. Не поверив в фантастические возможности агрегата, но всё же собрав необходимую сумму, Робертус вернулся в Россию счастливым обладателем первого в стране модельного турбореактивного двигателя. По его словам, тогдашнее счастье было сравнимо разве что с покупкой собственного спутника на орбите Земли. Самое поразительное, что каталог не врал, и турбина действительно запускалась единственной кнопкой. Эта покупка положила начало зарождению реактивного авиамоделизма в России и спустя 10 лет сделала Виталия Робертуса чемпионом мира по реактивному авиамодельному спорту.

О создании чемпионской модели (прототип Як-130) нам рассказали Чемпион мира Виталий Робертус и исполнительный директор авиационного спортивного клуба RUSJET Павел Лапшов.


Слева направо: Виталий Робертус, мастер спорта, шеф-пилот авиацион­ного спортивного клуба RUSJET, шестикратный чемпион России, четырёхкратный вице-чемпион мира, действующий чемпион мира по авиамодельному спорту в классе реактивных радиоуправляемых моделей-копий. Павел Лапшов, кандидат в мастера спорта, тренер сборной команды России, исполнительный директор клуба RUSJET. Максим Львов, техник команды.

– Чемпионская реактивная копия Як-130… Какова предыстория её создания?

Виталий Робертус (В.Р.): Як-130 – всего лишь часть нашей деятельности, одно из наиболее ярких достижений. Путь коллектива RUSJET начался десять лет назад с появлением в России первого модельного реактивного двигателя. К этому моменту у нас уже был накоплен неплохой багаж опыта, интеллекта, образования. Мы все выпускники авиационного института, все с детства занимались моделированием в его классическом понимании.

Павел Лапшов (П.Л.): Сейчас детское техническое творчество, особенно моделирование, загибается. В нашем детстве из куска фанеры, найденной на помойке, мы строили мечту. А сейчас мама приводит детей в авиамодельный кружок, через месяц приходит и спрашивает: «А где самолёт, который сделал мой сын?» Ей начинают объяснять, что надо сначала сделать вертолёт Мохова – это такой пропеллер на палочке, надо научить ребёнка пилить лобзиком… А потом мама приносит коробку с китайской посылкой с деталями, и на этом моделизм заканчивается.

А наше детское увлечение, дополненное опытом и знаниями, перешло в серьёзный спорт и работу. К моменту, когда Виталий в 2001 году привёз из Франции первый реактивный авиамодельный двигатель, мы активно занимались полётами на поршневых моделях. Покупка того реактивного двигателя стала переломным моментом и предопределила создание в будущем клуба RUSJET.

В.Р.: Первый полёт собственной реактивной модели состоялся летом 2002 года на Ходынском поле. Увы, его нельзя назвать удачным. Лишь к 2007-му году мы накопили багаж технических знаний, позволяющий просто безаварийно эксплуатировать технику. Означает это следующее. Ты приобретаешь турбину, ставишь её на самый дешёвый китайский планер, пытаешься завести. Сначала не заводится; потом заводится, но загорается. Учишься, чтобы не загоралось и, наконец, чтобы взлетело.

Сейчас мы, кстати, создали «школу реактивщика», записав полтора десятка обучающих роликов в помощь новичкам, потому что сегодня они набивают себе ровно те же самые шишки, которые в своё время получили мы. Среди видео есть и очень интересные кадры, например, то, как в 2003 году на первом для нас Чемпионате мира в ЮАР наш самолёт (модель Л-39) в первом же туре сгорел и упал в саванну. Организаторы разрешили нам отлетать остальные туры на дублёре, но вне зачёта, позволив собрать первые крупицы соревновательного опыта. Это дало мощнейший толчок в понимании того, что необходим системный подход как в подготовке к полётам, так и в строительстве модели соревновательного уровня. В том же году у меня состоялся важный разговор с Павлом, после которого стало понятно, что наши позиции очень близки, и объединение наших усилий сулит значительные выгоды. Павел выразил желание принимать непосредственное участие в строительстве и подготовке реактивных моделей для участия в соревнованиях самого высокого уровня. И это был уже почти клуб.



Первый для Виталия Робертуса чемпионат мира (ЮАР-2003) закончился относительно неудачно: от Л-39 (вверху) остались лишь обуглившиеся кусочки (внизу). Но первые важные крупицы соревновательного опыта были получены.

В начале 2004 года мы арендовали помещение на окраине Москвы, закупили необходимые инструменты и приступили к строительству моделей. И их было построено много. Мы летали, накапливали опыт, к нам приходило чёткое понимание как текущих возможностей, так и того, что ещё предстоит сделать. Познакомились с Алексеем Прохоровым – одним из лётчиков пилотажной группы «Стрижи». Благодаря его поддержке и тому, что он сумел донести до руководства авиабазы «Кубинка», что авиамоделисты влюблены в небо не меньше настоящих пилотов, мы получили уникальную возможность периодически совершать тренировочные полёты на полосе авиабазы. Большинство нештатных ситуаций, когда происходили отказы двигателей, заканчивались для моделей минимальными повреждениями, благодаря длинной бетонной полосе авиабазы.

Тогда RUSJET существовал уже практически в том самом виде, что и сейчас. Смысл названия RUSJET наиболее полно отражает сущность нашего клуба – российское реактивное движение.

П.Л.: Начало чемпионата мира 2005 года в Венгрии вышло неплохим: по итогам стендовой оценки мы занимали третье место, но во втором туре вновь разбили самолёт – он взорвался и сгорел. И лишь спустя 2 года в Северной Ирландии мы, сделав правильные выводы из предыдущих выступлений, добились первого серьёзного результата, заняв второе место.

После этого успеха мы были приглашены выставить стенд на Московском космическом салоне, где увидели один из первых предсерийных Як-130, присмотрелись к нему и решили выбрать его прототипом для своей следующей модели. Он, как и все учебно-тренировочные самолёты, имеет небольшой размер, так что его можно было сделать в масштабе 1:4. На выбор повлиял и тот факт, что это самолёт дозвуковой, у него маленькая стреловидность крыла, умеренная толщина профилей, перспективная аэродинамическая схема, и это влияло на конструкцию модели.

Оглядываясь назад, мы видим, что это был стопроцентно правильный выбор. Но в то время перед нами встало два очень серьёзных вызова. Первый связан с тем, что на тот момент все летали только с одним двигателем, а на Як-130 их было два. За время эксплуатации этой модели 20 с лишним посадок пришлось делать на одном двигателе, техника эта всё-таки потенциально отказоопасная. А второй вызов был связан с тем, что раньше мы использовали покупные модели. Это означает, что модель делается из того, что ты достаёшь из коробки. Потом мы стали их модернизировать, подняли на высочайший уровень «макетку» – копийное сходство вплоть до самых маленьких элементов. Мы делаем копию всего, что видно снаружи, и никто и никогда в жизни не отличит эту модель от настоящего самолёта. Мы сами по фотографиям не отличаем. А потом на мировом чемпионате поменяли правила и ввели дополнительный бонус для тех, кто сам является изготовителем модели. В 2008 году мы поняли, что на чужих самолётах нам ловить больше нечего. Это был переломный момент, надо было набраться смелости и решиться сделать его самим.


В это сложно поверить, но на взлётной полосе стоит не настоящий Як-130, а его очень искусная копия. Выглядит и летает она, впрочем, ничуть не хуже.

– С чего вы начинали работу над этой моделью?

В.Р.: Один из самых ответственных этапов – это сбор документации, информации. На Як у нас на данный момент собрано порядка девяти тысяч фотографий одного конкретного борта. Это результат недельного пребывания на аэродроме со всякими фотоаппаратами, рулетками, линейками. Обмеряли всё – каждый элемент, каждую звёздочку, каждую надпись. И это только графическая часть. Что касается инженерной части, то КБ Яковлева отнеслось к нам очень добродушно. Руководство дало зелёный свет, и нам предоставили данные даже не в бумажном, а в электронном виде! Теоретический контур самолёта нарезали на нужное нам количество сечений, дали чертежи общих видов, кинематические схемы. Мы были избавлены от необходимости что-то додумывать. К примеру, стойки шасси имеют сложную кинематику, и пытаться размещать оси навески методом подбора непродуктивно.

После этого около двух с половиной лет шла стадия материального воспроизведения. Нами были нарисованы 3D-модели всех элементов. По меркам моделизма мы применяли высокие технологии, тратя на ручную работу минимум времени, насколько это было возможно, конечно. Крупные детали фрезеровались. К примеру, основа мастер-модели фюзеляжа по 3D-модели фрезеровалась на станке ЧПУ. Это пятикоординатная машина три на пять метров, на которой делаются детали для реальных яхт и поездов.

После этого наступил сложный кропотливый момент – имитация. Большинство моделей в лучшем случае повторяют только внешнюю форму, но наш самолёт повторяет каждую заклёпочку, каждую утяжку металла. Ещё одна вещь, которой мы удивили – это абсолютно реалистичная текстура поверхности. Достигается она довольно сложно. На мастер-модели прошкуривается каждая утяжечка, каждая ямка и обклеивается фольгой. Это колоссальный объём работы – каждый лист металла вырезается по размеру из тонкой фольги и клеится на мастер-модель. Дальше с мастер-модели из композитных материалов делаются так называемые матрицы – это всё равно что формочка и куличик. И вот из формочки мы уже делаем свои изделия. Мастер-модель делается из плотного пластика, весит десятки килограммов, её даже втроём носить трудно. А лимит на вес готовой модели правилами соревнований определён в 20 килограммов.




Только на проектирование и изготовление модели уходит два-три года. После этого начинается этап лётных испытаний и доводка модели.

– Какие сложности возникали при создании модели?

П.Л.: Самое интересное начинается, когда делается внутрянка. Задача состояла в том, чтобы сделать технологичное изделие с максимальным количеством опций и уложиться при этом в нормативный вес. Мы не боялись использовать новые композитные материалы, которые применяются в авиации, но не в моделизме. Обычный внутренний набор – это фанера; мы же использовали сэндвич-панели из пенопласта и углепластика.

Другой пример – это шасси. В моделизме используются толстые резиновые колёса, которые держат свою форму за счёт толщины резины. Но они очень тяжёлые. На малых размерах применяются надувные конструкции, но тогда возникают технологические сложности с уплотнениями, прижимом, герметичностью и тому подобное. В нашем случае огромные (по нашим меркам) колёса надо было сделать лёгкими. Пришлось соорудить внутреннюю жёсткую пространственную раму, которая надевается на тонкий алюминиевый диск, дальше поставили прослойку микропористой резины и тонкую корку обычной резины. В таком сочетании она даёт и малый вес, и носкость – у нас ни одно колесо пока не износилось. И такого ещё не делал никто.

– Вы сами это разработали?

П.Л.: Да, сами. На соревнованиях ценится, когда самолёт стоит на стоянке, и у него, как у настоящего, промяты колёсики. Это тоже обеспечивается благодаря слойности. И подобных новшеств мы внедрили много.

Коммерческие компании стали делать клоны наших разработок, используя многие наши системы. Например, у нас интересная система привода стабилизатора – их там два, и работают они как тяни-толкай. Или система навески закрылков, которая повторяет параллелограммный механизм настоящего самолёта, но в совсем других объёмах.




Всё как у настоящего самолёта. Даже в маленьком пилоте без труда узнаются черты его очень близкого родственника – Виталия Робертуса.

– Чемпионат мира с Як-130 вам удалось выиграть два раза. В обоих случаях самолёт был одним и тем же?

В.Р.: Нет, это были разные модели. Первую мы сделали к 2011 году. По нынешнему видению это был гадкий утёнок, но его было достаточно, чтобы с гигантским отрывом победить всех. К 2013 году мы сделали вторую, усовершенствованную версию. Она облегчена и содержит много новых систем. В ней вся кабина светится, работают лампочки и мониторы, ручки управления двигаются в такт тому, как пилот пилотирует этот самолёт. Манекен пилота анимирован, все ниши детализированы, на рабочей вспомогательной силовой установке (маленькая турбинка в хвосте) открываются створочки, она раскручивается, гудит звукоиммитатор… Помимо «макетки» модель отличалась и новой конструкцией.

– А чего больше при создании такой модели – практического изготовления или теоретической части?

В.Р.: Как правило, традиционный моделизм несёт в себе малую теоретическую составляющую и много практического опыта. В нашем случае проводится много расчётов. К примеру, рассчитываются нагрузки стоек шасси, нагрузки на управляющие поверхности, строятся диаграммы усилий убирающих цилиндров. А вот конструкции из композиционных материалов считаются тяжело: давление в вакууме чуть-чуть изменилось или смолу неправильно развёл – и композит уже совсем другой.

Практическая часть тоже есть – делаются скоростные прогоны на разрушение рулевых поверхностей. У нас они выглядели забавно. Мы делали специальные установки на крышу машины, например, хвостовое оперение, киль, стабилизатор с приводами. Крепили всё на багажник. Машина ехала 180 км/ч. Так мы испытывали органы управления и механизацию крыла на разрушение при предельных нагрузках. Но и в процессе лётных испытаний самолёт тоже доводился.

П.Л.: Однажды после полётов в Кубинке проходил День открытых дверей, куда приехали многие ведущие лётчики. Лётчика-испытателя Як-130 Романа Таскаева пригласили посмотреть нашу модель, и мы рассказали ему про испытания, в частности про такую вещь: у самолётов есть отклоняющаяся передняя кромка крыла (носки), для настоящего Як-130 отклонение носков на посадке составляет 20 градусов, а мы после первых двух недель испытательных полётов поняли, что это слишком много, что модель ведёт себя неустойчиво, и уменьшили отклонение до 10 градусов. Он смотрит на меня и говорит: «Да мы три года летали, чтобы это понять». Оказалось, что они в настоящем самолёте табличные характеристики тоже изменили, просто это не прописалось в общих лётно-технических характеристиках.

С лётчиками мы сейчас очень хорошие отношения поддерживаем. Герой России Олег Олегович Кононенко, например, приглашал нас с моделью на свой 50-летний юбилей, где присутствовали ведущие лётчики и инженеры крупных КБ и лётно-исследовательского института им. М.М.Громова. Они были шокированы тем, что нам удалось сделать в таких размерах.


Это тоже Як-130, но уже в новом красном наряде. Мечта фотожурналиста.

– Помимо достижения спортивных результатов какие задачи вы ставите перед своим клубом?

В.Р.: Наш клуб – это некоммерческая организация, основная задача которой – популяризация авиамоделизма, восстановление сложившейся в советское время традиции, когда он был базой для развития авиации. Тогда многие авиамоделисты связывали свою жизнь с небом. Хотелось бы, чтобы то замечательное и хорошее, когда мы учились всё делать своими руками, присутствовало и сегодня. Несмотря на обилие технологий, которые используются сейчас, нужно, чтобы человек проделал всё руками, прочувствовал каждую деталь. Есть вещи, которые развивают пространственное воображение, мышление и ту же самую моторику. Развитие технологий сегодня, к сожалению, приводит к деградации человечества, мы идём обратно к обезьяне. Я часто вижу ситуацию, когда детям дают айпад, лишь бы не приставали, а у ребёнка начинается от него зависимость, потому что это очень яркая игрушка. Не нужно игнорировать все эти гаджеты, но позиционировать их надо по-другому. И самое главное – пытаться погрузить детей в реал: конструкторы, игры, книги. Сегодня дети перестают читать, потому что появилось много видеоконтента. Отсюда отсутствие воображения: хочешь – такую картинку, хочешь – другую. Всё есть, тебе не нужно ничего представлять.

С результатами всего этого я сталкиваюсь даже на своей основной работе (Виталий – руководитель подразделения крупной компании, прим.ред.). Приходят люди, приносят цифры, но совершенно их не понимают, не чувствуют. Мы, допустим, можем взглянуть на какую-то деталь, и сразу сказать, будет она работать или нет, выдержит ли требуемую нагрузку. Это потому, что мы всё пощупали своими руками, начиная от логарифмической линейки и заканчивая токарными станками. Мы понимаем, что и как работает. Но когда ко мне приходит человек, выдаёт какие-то результаты и говорит: «Это компьютер посчитал», – я просто его выгоняю: «Иди, выключи свой компьютер, возьми калькулятор, ручку, посчитай в столбик». И в этом большая беда. Средство стало вытеснять содержание.

– То есть ваш клуб – это ещё и кадровый проект?

В.Р.: В какой-то мере. Сначала мы просто занимались сами, а потом решили создавать сообщество вокруг, которое бы себя подпитывало и развивало. Одно дело заниматься одному, но всегда на три порядка интереснее, когда этим занимается много людей, и таких же увлечённых ежегодно появляется всё больше.

– Что для вас является драйвером развития и откуда у самих берётся интерес заниматься авиамоделизмом?

В.Р.: Есть спорт высоких достижений. Он и является драйвером всей этой деятельности. Чтобы победить, нужно быть лучшими во всём, начиная с мелочей. Для нас это хобби, мы все авиамоделисты-любители. Нам это нравится, и мы этим занимаемся. Но мы пытаемся быть профессионалами с точки зрения подхода – это должно делаться наилучшим образом с точки зрения материалов, технологий, инжиниринга создания модели. Всё только самое лучшее в мире. Это лучшее мы собираем по крупицам на выставках, соревнованиях, привнося что-то своё. Получается некая «Мона Лиза» с точки зрения инженерного искусства.

Но если делать это просто из любви к чистому искусству, то будет очень сложно. Здесь мощным стимулом является спорт. Звание чемпионов мира, с одной стороны, обязывает, а с другой – позволяет расширить взаимодействие, в том числе с коммерческой точки зрения. Смысл – не в звании, а в движении. Меняются правила, подходы в соревнованиях; задача – отслеживать всё это и побеждать при любых условиях.

– Кроме вашего участия в международных соревнованиях вы ещё как-то популяризируете то, над чем работаете?

П.Л.: Мы стараемся принимать участие во всех возможных мероприятиях. Ежегодно мы проводим массовые шоу, выступаем, делая целые программы, собираем единомышленников. Самое крупное шоу в Ростове ежегодно подтягивает около 10 тысяч зрителей. Мы были в Подмосковье, Киеве, Борисоглебске… Стараемся как можно больше показывать через Интернет, социальные сети, профессиональные сообщества. Мы используем все самые современные технологии, особенно если какую-то информацию нужно распространить максимально быстро. И мы всегда готовы помочь другим.

В.Р.: Мы запустили видеокурс «Школа реактивщика», поддерживаем Красногорский авиамодельный клуб, где занимаются дети. Когда я рос, то в каждом посёлке, в каждом городе были авиамодельные лаборатории, судомодельные лаборатории, куда ходили дети и занимались. А сегодня, общаясь с руководителем Дворца пионеров, я с сожалением узнаю, что дети стесняются того, что ходят в авиамодельный клуб. Это парадокс. Я помню, как гордился тем, что могу сделать своими руками. Сегодня это вызывает смех и непонимание – зачем тебе что-то делать, когда родители могут купить это в магазине?

В своём детстве мы даже мечтать не могли о том, что есть сейчас. Но многие уже понимают, что это потребительский, тупиковый путь, в том числе и для своих детей. То, что не сделано своими руками и не прочувствовано, никакой ценности не несёт. Модель, купленная в магазине, упала, разбилась, и ребёнок просто про неё забыл.

– Ваша деятельность направлена на изменение окружения?

В.Р.: Да, мы пытаемся изменить наше окружение, насколько это в наших силах. После наших проектов в мире появилось огромное количество заинтересованных людей. И для нас это новый вызов.

Мы хотим создать в России некое пространство, которое есть в мире. Мы можем многое, хотя и пережили определённый период времени, когда перестали верить в себя, гордиться страной. Когда в детстве мы смотрели хоккей, и наши всегда побеждали, у нас не возникало мысли по поводу того, что хорошо, а что – плохо. То чувство, которое ты испытываешь, когда стоишь на пьедестале, и играет наш гимн, я его назову – советский, – просто удивительно. Мы хотим снова вернуть это чувство людям. Вы не представляете, сколько народа болело за нас, когда мы выступали.

В нашей стране, я думаю, это должно давать плоды – в какой-то момент это будет конвертироваться в наше будущее поколение. Понятно, что чиновники отправляют своих детей учиться за границу. А я хочу, чтобы мои дети учились здесь. Я понимаю, что, может быть,  глобально мы эту задачу не решим, но судя по той отдаче, которую получаем, мы делаем это не зря.


– Как вы видите развитие своей деятельности в будущем?

В.Р.: Выступать с Як-130 после 2015 года мы считаем неуместным, будем делать другие самолёты. Есть новые прототипы, которые сложнее и интереснее. Надо расти, и каждый новый самолёт – это другая аэродинамика, другая электроника и новый уровень «макетки». Возможно, сделаем Миг-29. Это уже сверхзвуковой самолёт, соответственно, в нём две аэродинамики. Есть идея реализовать его сверхманёвренным, с отклоняющимся вектором тяги. Может быть, возьмёмся за Т-50 – самолёт пятого поколения. Это вообще летающий компьютер, и традиционная аэродинамика там отсутствует.

Также есть желание освоить самолёт с вертикальным взлётом. Здесь мощный акцент идёт на пилотирование, управление, автоматику, конструкцию поворотного сопла. Но это проект не для соревнований, и если он когда-нибудь состоится, то однозначно будет очень долгим.

Ещё одно направление, куда можно уходить – это беспилотники. Своими силами может не получиться, тогда надо искать смежников. Это абсолютно независимая тема.


RUSJET никогда не останавливается на достигнутом, добиваясь совершенства даже в мелочах. Впереди – новые задачи, новые решения и новые высоты.

Понравился текст? Зайдите на eRazvitie.org – там много других интересных материалов. Подпишитесь на eRazvitie.org в Фейсбуке и ВКонтакте, чтобы не пропустить ничего нового.

Воздушно-реактивный двигатель — это… Что такое Воздушно-реактивный двигатель?

Воздушно-реактивный двигатель (ВРД) — тепловой реактивный двигатель, в качестве рабочего тела которого используется смесь забираемого из атмосферы воздуха и продуктов окисления топлива кислородом, содержащимся в воздухе. За счёт реакции окисления рабочее тело нагревается и, расширяясь, истекает из двигателя с большой скоростью, создавая реактивную тягу.

Воздушно-реактивные двигатели используются, как правило, для приведения в движение аппаратов, предназначенных для полётов в атмосфере.

Впервые этот термин в печатной публикации, по-видимому, был использован в 1929 г. Б. С. Стечкиным в журнале «Техника Воздушного Флота», где была помещена его статья «Теория воздушного реактивного двигателя»[источник не указан 399 дней]. В английском языке этому термину наиболее точно отвечает словосочетание airbreathing jet engine.

История

История воздушно-реактивных двигателей неразрывно связана с историей авиации. Прогресс в авиации на всём протяжении её существования обеспечивался, главным образом, прогрессом авиационных двигателей, а всё возраставшие требования, предъявляемые авиацией к двигателям, являлись мощным стимулятором развития авиационного двигателестроения.

Первый самолёт, самостоятельно оторвавшийся от Земли («Флайер-1» конструкции братьев Райт США 1903г), был оснащён поршневым двигателем внутреннего сгорания, и на протяжении сорока лет этот тип двигателя оставался основным в самолётостроении. Но к концу Второй мировой войны требование повышения мощности поршневых двигателей вошло в неразрешимое противоречие с другими требованиями, предъявляемыми к авиамоторам — компактностью и ограничением массы. Дальнейшее развитие авиации по пути совершенствования поршневого двигателя становилось невозможным, и реальной альтернативой ему явился воздушно-реактивный двигатль, различные варианты которого предлагались ещё в XVIII и XIX вв.

Первый патент на газотурбинный двигатель был выдан англичанину Джону Барберу в 1791 году.[источник не указан 399 дней] Первые проекты самолётов с воздушно-реактивным двигателем были созданы в 60-е годы XIX века П. Маффиотти (Испания), Ш. де Луврье (Франция) и Н. А. Телешовым (Россия)[1]. В 1913 году француз Рене Лорен получил патент на прямоточный воздушно-реактивный двигатель.[источник не указан 399 дней]
Первый турбореактивный самолёт Heinkel He 178.

Первым самолётом, поднявшимся в небо с турбореактивным двигателем (ТРД) HeS 3 конструкции фон Охайна, был He 178[источник не указан 399 дней] (фирма Хейнкель Германия), управляемый лётчиком-испытателем флюг-капитаном Эрихом Варзицем (27 августа 1939 года). Этот самолёт превосходил по скорости (700 км/ч) все поршневые истребители своего времени, максимальная скорость которых не превышала 650 км/ч,[источник не указан 399 дней] но при этом был менее экономичен, и вследствие этого имел меньший радиус действия. К тому же у него были бо́льшие скорости взлёта и посадки, чем у поршневых самолётов, из-за чего ему требовалась более длинная взлётно-посадочная полоса с качественным покрытием.

Впервые в СССР проект реального истребителя с ВРД разработанным А. М. Люлькой, в марте 1943 года предложил начальник ОКБ-301 М. И. Гудков. Самолёт назывался Гу-ВРД[2]. Проект был отвергнут экспертами, главным образом, в связи с неверием в актуальность и преимущества ВРД в сравнении с поршневыми авиадвигателями.

Двигатель Jumo-004 — первый в мире крупносерийный ТРД

С августа 1944 года в Германии началось серийное производство реактивного истребителя-бомбардировщика Мессершмитт Me.262, оборудованного двумя турбореактивными двигателями Jumo-004 производства фирмы Юнкерс. А с ноября 1944 года начал выпускаться ещё и первый реактивный бомбардировщик Arado Ar 234 Blitz с теми же двигателями. Единственным реактивным самолётом союзников по антигитлеровской коалиции, формально принимавшим участие во Второй мировой войне, был «Глостер Метеор» (Великобритания) с ТРД Rolls-Royce Derwent 8 конструкции Ф. Уиттла (серийное производство которого началось даже раньше, чем немецких).[источник не указан 399 дней]

В послевоенные годы реактивное двигателестроение открыло новые возможности в авиации: полёты на скоростях, превышающих скорость звука, и создание самолётов с грузоподъёмностью, многократно превышающей грузоподъёмность поршневых самолётов.

Первым отечественным серийным реактивным самолётом был истребитель Як-15 (1946 г), разработанный в рекордные сроки на базе планера Як-3 и адаптации трофейного двигателя Jumo-004, выполненной в моторостроительном КБ В. Я. Климова под обозначением РД-10.[3]

А уже через год прошёл государственные испытания первый, полностью оригинальный, отечественный турбореактивный двигатель ТР-1,[4] разработанный в КБ А. М. Люльки (ныне НПО «Сатурн»).

Первым отечественным реактивным пассажирским авиалайнером был Ту-104 (1955 г), оборудованный двумя турбореактивными двигателями РД-3М-500 (АМ-3М-500), разработанными в КБ А. А. Микулина.

Запатентованный ещё в 1913 г, прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ПВРД) привлекал конструкторов простотой своего устройства, но главное — своей потенциальной способностью работать на сверхзвуковых скоростях и в самых высоких, наиболее разреженных слоях атмосферы, то есть в условиях, в которых ВРД других типов неработоспособны или малоэффективны. В 1930-е годы с этим типом двигателей проводились эксперименты в США (Уильям Эвери), в СССР (Ф. А. Цандер, Б. С. Стечкин, Ю. А. Победоносцев).

Leduc 010 первый аппарат, летавший с ПВРД (Музей в Ле Бурже). Первый полёт — 19 ноября 1946

В 1937 году французский конструктор Рене Ледюк получил заказ от правительства Франции на разработку экспериментального самолёта с ПВРД. Эта работа была прервана войной и возобновилась после её окончания. 19 ноября 1946 года состоялся первый в истории полёт аппарата с маршевым ПВРД.[5] Далее в течение десяти лет было изготовлено и испытано ещё несколько экспериментальных аппаратов этой серии, в том числе, пилотируемые,[6][неавторитетный источник?] а в 1957 году правительство Франции отказалось от продолжения этих работ — бурно развивавшееся в то время направление ТРД представлялось более перспективным.

Обладая рядом недостатков для использования на пилотируемых самолётах (нулевая тяга на месте, низкая эффективность на малых скоростях полёта), ПВРД является предпочтительным типом ВРД для беспилотных одноразовых снарядов и крылатых ракет, благодаря своей простоте, а, следовательно, дешевизне и надёжности. Начиная с 50-х годов XX века в США было создан ряд экспериментальных самолётов и серийных крылатых ракет разного назначения с этим типом двигателя.

В СССР с 1954 по 1960 гг в ОКБ-301 под руководством С.А.Лавочкина[7], разрабатывалась крылатая ракета «Буря», предназначавшаяся для доставки ядерных зарядов[8] на межконтинентальные расстояния, и использовавшая в качестве маршевого двигателя ПВРД. В 1957 году на вооружение уже поступила МБР Р-7, имевшая то же назначение, разработанная под руководством С. П. Королёва. Это ставило под сомнение целесообразность дальнейшей разработки «Бури». Из числа более современных отечественных разработок можно упомянуть противокорабельные крылатые ракеты с маршевыми ПВРД: П-800 Оникс, П-270 Москит.

Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель (ПуВРД) был изобретён в XIX веке шведским изобретателем Мартином Вибергом.[источник не указан 399 дней] Наиболее известным летательным аппаратом (и единственным серийным) c ПуВРД Argus As-014 производства фирмы Argus-Werken, явился немецкий самолёт-снаряд Фау-1. После войны исследования в области пульсирующих воздушно-реактивных двигателей продолжились во Франции (компания SNECMA) и в США (Pratt & Whitney, General Electric), кроме того, благодаря простоте и дешевизне, маленькие двигатели этого типа стали очень популярны среди авиамоделистов, и в любительской авиации, и появились коммерческие фирмы, производящие на продажу для этих целей ПуВРД и клапаны к ним (быстроизнашивающаяся запчасть).[9]

Общие принципы работы

Несмотря на многообразие ВРД, существенно отличающихся друг от друга конструкцией, характеристиками и областью применения, можно выделить ряд принципов, общих для всех ВРД и отличающих их от тепловых двигателей других типов.

Реактивная тяга

Воздушно-реактивный двигатель — реактивный двигатель, развивающий тягу за счёт реактивной струи рабочего тела, истекающего из сопла двигателя. С этой точки зрения ВРД подобен ракетному двигателю (РД), но отличается от последнего тем, что большую часть рабочего тела он забирает из окружающей среды — атмосферы, в том числе и кислород, используемый в ВРД в качестве окислителя. Благодаря этому ВРД обладает преимуществом в сравнении с ракетным двигателем при полётах в атмосфере. Если летательный аппарат, оборудованный ракетным двигателем должен транспортировать как горючее, так и окислитель, масса которого больше массы горючего в 2-8 раз, в зависимости от вида горючего, то аппарат, оснащённый ВРД должен иметь на борту только запас горючего.

Рабочее тело ВРД на выходе из сопла представляет собой смесь продуктов сгорания горючего с оставшимися после выгорания кислорода фракциями воздуха. Если для полного окисления 1 кг керосина (обычного горючего для ВРД) требуется около 3,4 кг чистого кислорода, то, учитывая, что атмосферный воздух содержит лишь 23 % кислорода по массе, для полного окисления этого горючего требуется 14,8 кг воздуха, и, следовательно, рабочее тело, как минимум, на 94 % своей массы состоит из исходного атмосферного воздуха. На практике в ВРД, как правило, имеет место избыток расхода воздуха (иногда — в несколько раз, по сравнению с минимально необходимым для полного окисления горючего), например, в турбореактивных двигателях массовый расход горючего составляет 1 % — 2 % от расхода воздуха.[10] Это позволяет при анализе работы ВРД, во многих случаях, без большого ущерба для точности, считать рабочее тело ВРД, как на выходе, так и на входе, одним и тем же веществом — атмосферным воздухом, а расход рабочего тела через любое сечение проточной части двигателя — одинаковым.

Динамику ВРД можно представить следующим образом: рабочее тело, поступает в двигатель со скоростью полёта, а покидает его со скоростью истечения реактивной струи из сопла. Из баланса импульса, получается простое выражение для реактивной тяги ВРД:[10]

(1)

Где  — сила тяги,  — скорость полёта,  — скорость истечения реактивной струи (относительно двигателя),  — секундный расход массы рабочего тела через двигатель. Очевидно, ВРД эффективен (создаёт тягу) только в случае, когда скорость истечения рабочего тела из сопла двигателя превышает скорость полёта: .

Скорость истечения газа из сопла теплового реактивного двигателя зависит от химического состава рабочего тела, его абсолютной температуры на входе в сопло, и от степени расширения рабочего тела в сопле двигателя (отношения давления на входе в сопло к давлению на его срезе).

Химический состав рабочего тела для всех ВРД можно считать одинаковым, что же касается температуры, и степени расширения, которые достигаются рабочим телом в процессе работы двигателя — имеют место большие различия для разных типов ВРД и разных образцов ВРД одного типа.

С учётом вышесказанного можно сформулировать и главные недостатки ВРД в сравнении с РД:

  • ВРД работоспособен только в атмосфере, а РД — в любой среде и в пустоте.
  • ВРД эффективен только до некоторой, специфической для данного двигателя, предельной скорости полёта, а тяга РД не зависит от скорости полёта.
  • ВРД значительно уступает ракетному двигателю в удельной тяге по массе — отношении тяги двигателя к его массе. Например, для ТРД АЛ-31ФП этот показатель равен 8.22, а для ЖРД НК-33 — 128. Это означает, что при одной и той же тяге ракетный двигатель в несколько раз (иногда, более чем в десять раз) легче ВРД. Благодаря этому РД успешно конкурируют с ВРД в нише скоростных крылатых ракет относительно небольшого радиуса действия — ЗУР, воздух-воздух, воздух-поверхность, для которых необходимость иметь на борту запас окислителя компенсируется меньшей массой двигателя.

Термодинамические свойства

Термодинамика процесса превращения тепла в работу для ПВРД и ТРД описывается циклом Брайтона, а для ПуВРД — циклом Хамфри. В обоих случаях полезная работа, за счёт которой формируется реактивная струя, выполняется в ходе адиабатического расширения рабочего тела в сопле до уравнивания его статического давления с забортным, атмосферным. Таким образом, для ВРД обязательно условие: давление рабочего тела перед началом фазы расширения должно превышать атмосферное, и чем больше — тем больше полезная работа термодинамического цикла, и выше КПД двигателя. Но в окружающей среде, из которой забирается рабочее тело, оно находится при атмосферном давлении. Следовательно, чтобы ВРД мог работать, необходимо тем или иным способом повысить давление рабочего тела в двигателе по отношению к атмосферному. Основные типы ВРД (прямоточный, пульсирующий и турбореактивный) различаются, в первую очередь, способом, которым достигается необходимое повышение давления.

Эффективность

Эффективность ВРД определяют несколько КПД или коэффициентов полезного действия.

Эффективность ВРД как теплового двигателя определяет эффективный КПД двигателя:
(2)
где Q1 — количество теплоты отданное нагревателем,
Q2 — количество теплоты полученное холодильником.

Зависимость полётного КПД от отношения

Эффективность ВРД как движителя определяет полётный или тяговый КПД: (3)

Сравнивая формулы (1) и (3) можно прийти к выводу, что чем выше разница между скоростью истечения газов из сопла и скоростью полета, тем выше тяга двигателя и тем ниже полетный КПД. При равенстве скоростей полета и истечения газов из сопла полетный КПД будет равен 1, то есть 100 %, но тяга двигателя будет равна 0. По этой причине проектирование ВРД является компромиссом между создаваемой им тягой и его полетным КПД.

Общий или полный КПД ВРД является произведением двух приведенных выше КПД: (4)

Воздушно-реактивные двигатели можно разбить на две основные группы. ВРД прямой реакции, в которых тяга создается исключительно за счёт реактивной струи истекающей из сопла. И ВРД непрямой реакции, в которых тяга кроме или вместо реактивной струи создается посредством использования специального движителя, например пропеллера или несущего винта вертолёта. Применяется также классификация по признаку наличия механического воздушного компрессора в тракте двигателя: в этом случае ВРД подразделяются на бескомпрессорные (ПВРД с его вариантами, ПуВРД с его вариантами) — и компрессорные, где компрессор приводится от газовой турбины — ТРД, ТРДД, ТВД с их вариантами, а также мотокомпрессорный воздушно-реактивный двигатель, в котором компрессор приводится не от турбины, а от отдельного двигателя внутреннего сгорания (с воздушным винтом или без него).

Прямоточный воздушно-реактивный двигатель

Схема устройства ПВРД на жидком топливе.
1. Встречный поток воздуха;
2. Центральное тело.
3. Входное устройство.
4. Топливная форсунка.
5. Камера сгорания.
6. Сопло.
7. Реактивная струя.

Прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ПВРД, англ. Ramjet) является самым простым в классе ВРД по устройству. Необходимое для работы двигателя повышение давления достигается за счёт торможения встречного потока воздуха.

Рабочий процесс ПВРД кратко можно описать следующим образом:

  • Воздух, поступая со скоростью полёта во входное устройство двигателя, затормаживается и сжимается, на входе в камеру сгорания давление рабочего тела достигает максимального значения на всём протяжении проточной части двигателя.
  • Сжатый воздух в камере сгорания нагревается за счёт окисления подаваемого в неё топлива, внутренняя энергия рабочего тела при этом возрастает.
  • Расширяясь в сопле, рабочее тело ускоряется и истекает со скоростью большей, чем скорость встречного потока, что и создаёт реактивную тягу.
Препарированный ПВРД «Тор» ракеты «Бладхаунд». Хорошо видны входное устройство и вход в камеру сгорания

Конструктивно ПВРД имеет предельно простое устройство. Двигатель состоит из камеры сгорания, в которую из диффузора поступает воздух, а из топливных форсунок — горючее. Заканчивается камера сгорания входом в сопло, как правило, суживающееся-расширяющееся.

В зависимости от скорости полёта ПВРД подразделяются на дозвуковые, сверхзвукрвые и гиперзвуковые. Это разделение обусловлено конструктивными особенностями каждой из этих групп.

Дозвуковые прямоточные двигатели

Дозвуковые ПВРД предназначены для полётов на скоростях с числом Маха от 0,5 до 1. Торможение и сжатие воздуха в этих двигателях происходит в расширяющемся канале входного устройства — диффузоре.

Из-за низкой степени повышения давления при торможении воздуха на дозвуковых скоростях (максимально — 1,9 при М=1) эти двигатели имеют очень низкий термический КПД (16,7% при М=1 в идеальном процессе, без учёта потерь), вследствие чего они оказались неконкурентоспособными в сравнении с авиадвигателями других типов и в настоящее время серийно не выпускаются.

Сверхзвуковые прямоточные двигатели

СПВРД предназначены для полётов в диапазоне 1-5 Махов. Торможение сверхзвукового газового потока происходит всегда разрывно (скачкообразно) с образованием ударной волны, называемой также скачком уплотнения. Чем интенсивнее скачок уплотнения, то есть чем больше изменение скорости потока на его фронте, тем больше потери давления, которые могут превышать 50 %.

Беспилотный разведчик Lockheed D-21B (США). ПВРД с осесимметричным входным устройством с центральным телом.

Потери давления удаётся минимизировать за счёт организации сжатия не в одном, а в нескольких последовательных скачках уплотнения меньшей интенсивности, после каждого из которых скорость потока снижается. В последнем скачке скорость становится дозвуковой и дальнейшее торможение и сжатие воздуха происходит непрерывно в расширяющемся канале диффузора.

В сверхзвуковом диапазоне скоростей ПВРД значительно более эффективен, чем в дозвуковом. Например, на скорости 3 Маха для идеального ПВРД степень повышения давления составляет 36,7, что сравнимо с показателями высоконапорных компрессоров турбореактивных двигателей (например, для ТРД АЛ-31ФП этот показатель равен 23), а термический КПД теоретически достигает 64,3 %. У реальных ПВРД эти показатели ниже, но даже с учётом потерь, в диапазоне полётного числа Маха от 3 до 5 сверхзвуковые ПВРД превосходят по эффективности ВРД всех других типов.

Фактором, ограничивающим рабочие скорости СПВРД сверху, является температура заторможенного воздуха, которая при M>5 превышает 1500 °C, и существенный дополнительный нагрев рабочего тела в камере сгорания становится проблематичным из-за ограничения жаропрочности конструкционных матриалов.

Гиперзвуковой ПВРД

Экспериментальный гиперзвуковой летательный аппарат X-43 (рисунок художника)

Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ГПВРД, англ. Scramjet) — ПВРД, работающий на скоростях полёта свыше пяти Махов и предназначенный для полётов в стратосфере. Возможное назначение летательного аппарата с гиперзвуковым ПВРД — низшая ступень многоразового носителя космических аппаратов.

Теоретически ГПВРД позволяет добиться более высоких полётных скоростей, по сравнению с СПВРД, за счёт того, что входной поток воздуха в ГПВРД тормозится лишь частично, так что течение рабочего тела на протяжении всей проточной части двигателя остаётся сверхзвуковым. При этом поток сохраняет бо́льшую часть своей начальной кинетической энергии, а повышение его температуры при торможении и сжатии относительно невелико. Это позволяет значительно разогреть рабочее тело, сжигая горючее в сверхзвуковом потоке, и, расширяясь, оно истекает из сопла со скоростью, превышающей скорость полёта.

Существует несколько программ разработок гиперзвуковых ПВРД в разных странах, но на начало XXI века этот тип двигателя остается гипотетическим, не существует ни одного образца, прошедшего лётные испытания, подтвердившие практическую целесообразность его серийного производства.

Ядерный прямоточный двигатель

Во второй половине 50-х годов, в эпоху холодной войны, в США и СССР разрабатывались проекты ПВРД с ядерным реактором. Источником энергии этих двигателей является не химическая реакция горения топлива, а тепло, вырабатываемое ядерным реактором, размещённым на месте камеры сгорания. Воздух из входного устройства в таком ПВРД проходит через активную зону реактора, охлаждает его и нагревается сам до температуры около 3000 К[источник не указан 399 дней], а затем истекает из сопла со скоростью, сравнимой со скоростями истечения для самых совершенных жидкостных ракетных двигателей.[источник не указан 399 дней]

Возможное назначение летательного аппарата с таким двигателем — межконтинентальная крылатая ракета, носитель ядерного заряда. В обеих странах были созданы компактные малоресурсные ядерные реакторы, которые вписывались в габариты большой ракеты. В 1964 году в США, по программам исследований ядерного ПВРД «Pluto» и «Tory», были проведены стендовые огневые испытания ядерного прямоточного двигателя «Tory-IIC». Лётные испытания не проводились, программа была закрыта в июле 1964 года.

Область применения

ПВРД неработоспособен на месте и на низких скоростях полёта. Для достижения начальной скорости, при которой он становится эффективным, аппарат с этим двигателем нуждается во вспомогательном приводе, который может быть обеспечен, например, твёрдотопливным ракетным ускорителем, или самолётом-носителем, с которого запускается аппарат с ПВРД. Неэффективность ПВРД на малых скоростях полёта делает его практически неприемлемым для использования на пилотируемых самолётах, но для беспилотных, боевых, крылатых ракет одноразового применения, летающих в диапазоне скоростей 2-5 Махов, благодаря своей простоте, дешевизне и надёжности, он предпочтителен. В настоящее время ПВРД используются в качестве маршевых двигателей крылатых ракет классов земля-воздух, воздух-воздух, воздух-земля, беспилотных разведчиков, летающих мишеней. Основным конкурентом ПВРД в этой нише является ракетный двигатель.

Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель

Изготовление авиамодели с ПуВРД

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

Конструктивно, ПуВРД представляет собой цилиндрическую камеру сгорания с длинным цилиндрическим соплом меньшего диаметра. Передняя часть камеры соединена со входным диффузором, через который воздух поступает в камеру сгорания. Между диффузором и камерой сгорания установлен воздушный клапан, работающий под воздействием разницы давлений в камере и на выходе диффузора: когда давление в диффузоре превышает давление в камере клапан открывается и пропускает воздух в камеру, при обратном соотношении давлений он закрывается.

Схема работы ПуВРД

Цикл работы ПуВРД можно описать так:

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

ПуВРД работает в режиме автоколебаний, которые и согласовывают во времени действиие всех его частей. Частота этих атоколебаний зависит от размеров двигателя: чем меньше двигатель, тем выше частота пульсаций.

Для инициирования процесса горения в камере устанавливается свеча зажигания, которая создаёт высокочастотную серию электрических разрядов, и топливная смесь воспламеняется. Через несколько десятков циклов работы двигателя стенки камеры сгорания нагреваются настолько, что топливная смесь воспламеяется от них, и необходимость в свече зажигания отпадает.

Повышение давления в камере сгорания ПуВРД, необходимое для работы двигателя, достигается частично — за счёт торможения набегающего потока воздуха в диффузоре (при открытом клапане), а частично — за счёт сжигания топлива в замкнутом объёме, ограниченном закрытым клапаном, боковыми стенками камеры и инерцией воздушного столба в длинном сопле (см. Цикл Хамфри). Большинство ПуВРД могут работать при нулевой скорости.

Модификации пульсирующих двигателей

Образцы бесклапанных (U-образных) ПуВРД[11].

Существуют другие модификации ПуВРД.

  • Бесклапанные ПуВРД, иначе — U-образные ПуВРД. В этих двигателях отсутствуют механические воздушные клапаны, а чтобы обратное движение рабочего тела не приводило к уменьшению тяги, тракт двигателя выполняется в форме латинской буквы «U», концы которой обращены назад по ходу движения аппарата.
  • Детонационные ПуВРД (англ. Pulse detonation engine) — двигатели в которых горение топливной смеси происходит в режиме детонации (а не дефлаграции).

Область применения

ПуВРД характеризуется как шумный и неэкономный, зато простой и дешёвый. Высокий уровень шума и вибрации вытекает из самого пульсирующего режима его работы.

ПуВРД устанавливается на беспилотные летательные аппараты одноразового применения с рабочими скоростями до 0,5 Маха: летающие мишени, беспилотные разведчики, в прошлом и крылатые ракеты.

ПуВРД используются в любительской авиации и авиамоделировании, благодаря простоте и дешевизне.

Турбореактивный двигатель

Схема работы ТРД:
1. Забор воздуха
2. Компрессор низкого давления
3. Компрессор высокого давления
4. Камера сгорания
5. Расширение рабочего тела в турбине и сопле
6. Горячая зона;
7. Турбина
8. Зона входа первичного воздуха в камеру сгорания
9. Холодная зона
10. Входное устройство

В турбореактивном двигателе (ТРД, англ. turbojet engine) сжатие рабочего тела на входе в камеру сгорания и высокое значение расхода воздуха через двигатель достигается за счёт совместного действия встречного потока воздуха и компрессора, размещённого в тракте ТРД сразу после входного устройства, перед камерой сгорания. Компрессор приводится в движение турбиной, смонтированной на одном валу с ним, и работающей на рабочем теле, нагретом в камере сгорания, из которого образуется реактивная струя. В компрессоре осуществляется рост полного давления воздуха за счёт совершаемой компрессором механической работы. Камера сгорания большинства ТРД имеет кольцевую форму.

Из камеры сгорания нагретое рабочее тело поступает на турбину, расширяется, приводя её в движение и отдавая ей часть своей энергии, а после неё расширяется в сопле и истекает из него, создавая реактивную тягу. Благодаря компрессору ТРД может стартовать с места и работать при низких скоростях полёта, что для двигателя самолёта является необходимым условием, при этом давление в тракте двигателя и расход воздуха обеспечиваются только за счёт компрессора.

ТРД J85 производства компании General Electric. Между 8 ступенями компрессора и 2 ступенями турбины расположена кольцевая камера сгорания.

Диапазон скоростей, в котором ТРД эффективен, смещён в сторону меньших значений, по сравнению с ПВРД. Агрегат турбина-компрессор, позволяющий создавать большой расход и высокую степень сжатия рабочего тела в области низких и средних скоростей полёта, является препятствием на пути повышения эффективности двигателя в зоне высоких скоростей.

Область применения

До 60-70-х годов XX века ТРД с малой степенью двухконтурности активно применялись в качестве двигателей для военных и коммерческих самолётов. В настоящее время бо́льшее распространение получили более экономичные двухконтурные ТРД (ТРДД).

Двухконтурный турбореактивный двигатель

Схема ТРДД.
1 — Вентилятор.
2 — Компрессор низкого давления.
3 — Компрессор высокого давления.
4 — Камера сгорания.
5 — Турбина высокого давления.
6 — Турбина низкого давления.
7 — Сопло.
8 — Вал ротора высокого давления.
9 — Вал ротора низкого давления.

Двухконтурный турбореактивный двигатель (ТРДД, англ. Turbofan) — ТРД с конструкцией, позволяющей перемещать дополнительную массу воздуха, проходящую через внешний контур двигателя. Такая конструкция обеспечивает более высокие полетные КПД, по сравнению с обычными ТРД. Первым, предложившим концепцию ТРДД в отечественном авиадвигателестроении был А. М. Люлька[12]. На основе исследований, проводившихся с 1937 года, А. М. Люлька представил заявку на изобретение двухконтурного турбореактивного двигателя (авторское свидетельство вручили 22 апреля 1941).[13]

Пройдя через входное устройство, воздух попадает в компрессор низкого давления, именуемый вентилятором. После вентилятора воздух разделяется на два потока. Часть воздуха попадает во внешний контур и, минуя камеру сгорания, формирует реактивную струю в сопле. Другая часть воздуха проходит сквозь внутренний контур, полностью идентичный с ТРД, о котором говорилось выше.

Одним из важнейших параметров ТРДД является степень двухконтурности, то есть отношение расхода воздуха через внешний контур к расходу воздуха через внутренний контур. Где и расход воздуха через внутренний и внешний контуры соответственно.

Если вернуться к формулам (1) и (4) то принцип присоединения массы можно истолковать следующим образом. В ТРДД, согласно формуле (4) заложен принцип повышения полетного КПД двигателя, за счёт уменьшения разницы между скоростью истечения рабочего тела из сопла и скоростью полета.[источник не указан 399 дней] Уменьшение тяги, которое, согласно формуле (1), вызовет уменьшение этой разницы между скоростями, компенсируется за счёт увеличения расхода воздуха через двигатель. Следствием увеличения расхода воздуха через двигатель является увеличение площади фронтального сечения входного устройства двигателя, следствием чего является увеличение диаметра входа в двигатель, что ведет к увеличению его лобового сопротивления и массы. Иными словами, чем выше степень двухконтурности — тем большего диаметра будет двигатель при прочих равных условиях.

Все ТРДД можно разбить на 2 группы: со смешением потоков за турбиной и без смешения.

В ТРДД со смешением потоков (ТРДДсм) потоки воздуха из внешнего и внутреннего контура попадают в единую камеру смешения. В камере смешения эти потоки смешиваются и покидают двигатель через единое сопло с единой температурой. ТРДДсм более эффективны, однако наличие камеры смешения приводит к увеличению габаритов и массы двигателя.

ТРДД как и ТРД могут быть снабжены регулируемыми соплами и форсажными камерами. Как правило это ТРДДсм с малыми степенями двухконтурности для сверхзвуковых военных самолётов.

Дополнительные средства повышения эффективности ТРД и ТРДД

Форсажная камера
Форсажная камера ТРД General Electric J79. Вид со стороны сопла. В торце находится стабилизатор горения с установленными на нём топливными форсунками, за которым видна турбина.

Хотя в ТРД имеет место избыток кислорода в камере сгорания, этот резерв мощности не удаётся реализовать напрямую — увеличением расхода горючего в камере сгорания, из-за ограничения температуры рабочего тела, поступающего на турбину. Ограничение накладывается жаропрочностью лопаток турбины. Этот резерв используется в двигателях, оборудованных форсажной камерой, расположенной между турбиной и соплом. В режиме форсажа в этой камере сжигается дополнительное количество горючего, внутренняя энергия рабочего тела перед расширением в сопле повышается, в результате чего скорость его истечения возрастает, и тяга двигателя увеличивается, в некоторых случаях, более, чем в 1,5 раза, что используется боевыми самолётами при полетах на высоких скоростях, либо для увеличения скорости набора высоты. Сначала время работы ТРД было ограничено по времени исходя из требований жаропрочности конструкции сопел. Однако, начиная с истребителей 3-го поколения эти ограничения были сняты. При форсаже значительно повышается расход топлива, ТРД с форсажной камерой практически не нашли применения в коммерческой авиации, за исключением самолётов Ту-144 и Конкорд, полеты которых уже прекратились.

Регулируемые сопла

Регулируемое сопло ТРДДФ F-100 самолёта F-16 створки максимально открыты Регулируемое сопло ТРДФ АЛ-21 регулируемые створки максимально закрыты

ТРД, скорость истечения реактивной струи в которых может быть как дозвуковой, так и сверхзвуковой на различных режимах работы двигателей, оборудуются регулируемыми соплами. Эти сопла состоят из продольных элементов, называемых створками, подвижных относительно друг друга и приводимых в движение специальным приводом, как правило гидравлическим или механическим, позволяющим по команде пилота или автоматической системы управления двигателем изменять геометрию сопла. При этом изменяются размеры критического (самого узкого) и выходного сечений сопла, что позволяет оптимизировать работу двигателя при полётах на разных скоростях и режимах работы двигателя. Регулируемые сопла применяются в основном в военной авиации на ТРД и ТРДД с форсажной камерой.[1]

Управление вектором тяги (УВТ) / Отклонение вектора тяги (ОВТ)

Отклоняемые створки сопла с ОВТ. ТРДД Rolls-Royce Pegasus поворотные сопла которого позволяют осуществлять вертикальные взлет и посадку. Устанавливается на самолёте Harrier.

Специальные поворотные сопла, на некоторых ТРДД, позволяют отклонять истекающий из сопла поток рабочего тела относительно оси двигателя. ОВТ приводит к дополнительным потерям тяги двигателя за счёт выполнения дополнительной работы по повороту потока и усложняют управление самолётом. Но эти недостатки полностью компенсируются значительным повышением маневренности и сокращением разбега самолёта при взлете и пробега при посадке, до вертикальных взлета и посадки включительно. ОВТ используется исключительно в военной авиации.

Турбовентиляторный двигатель

Турбовентиляторный двигатель GE90 авиалайнера Боинг-747

Турбореактивный двухконтурный двигатель (ТРДД) со степенью двухконтурности выше 2 называют турбовентиляторными. Верхнее значние степени двухконтурности этих двигателей может достигать 11 (en:Rolls-Royce Trent 1000). ТРДД с высокой степенью двухконтурности выполняются, как правило, без камеры смешения. По причине большого входного диаметра таких двигателей их сопло внешнего контура часто делают укороченным с целью снижения массы двигателя и уменьшения воздушного сопротивления в тракте внешнего контура.

Область применения

Можно сказать, что с 1960-х и по сей день в самолётном авиадвигателестроении — эра ТРДД. ТРДД различных типов являются наиболее распространенным классом воздушно-реактивных двигателей, используемых на самолётах, от высокоскоростных истребителей-перехватчиков с малой степенью двухконтурности до гигантских коммерческих и военно-транспортных самолётов с ТРДД с высокой степенью двухконтурности.

Турбовинтовой двигатель

Турбовинтовой двигатель. Привод винта от вала турбины осуществляется через редуктор

Конструктивно турбовинтовой двигатель (ТВД) схож с ТРД, в котором мощность, развиваемая двигателем, передаётся на вал воздушного винта, обычно не напрямую, а через редуктор.

Турбовинтовые двигатели используются в транспортной и гражданской авиации.

Турбовальный двигатель

Основная статья: Турбовальные двигатели

Схема турбовального двигателя.   — вал отбора мощности

Турбовальные двигатели конструктивно представляют собой турбореактивный двигатель, в котором мощность, развиваемая дополнительным каскадом турбины, передаётся на вал отбора мощности, чаще всего через редуктор. Так как между валом турбины и компрессора и валом отбора мощности нет механической связи, а только газодинамическая, турбовальные двигатели относят к ВРД непрямой реакции. Эти двигатели, строго говоря, не является реактивным, реакция выхлопа турбины составляет не более 10 % его суммарной тяги, однако традиционно их относят к воздушно-реактивным.

Используется для привода винтов вертолётов.

Винтовентиляторный двигатель

Як-44 с винтовентиляторными двигателями Д-27

Для улучшения характеристик эксплуатации ТВД применяют специальные многолопастные стреловидные винты с изменяемым шагом (ВИШ) с одним или двумя рядами лопастей. Такие ВИШ подвергаются более высокой нагрузке на ометаемую площадь при уменьшенном диаметре винта, но сохраняют относительно высокий КПД 0,8-0,85. Такие винты называются винтовентиляторами (ВВ), а двигатель – турбовинтовентиляторным (ТВВД) с открытым винтовентилятором.[14]

На сегодня известен лишь один серийный образец двигателя этого типа — Д-27 (ЗМКБ «Прогресс» им. академика А. Г. Ивченко, г. Запорожье, Украина.), использующийся на самолёте Як-44 с крейсерской скоростью полёта 670 км/ч, и на Ан-70 с крейсерской скоростью 750 км/ч.

У двигателя Д-27 поток холодного воздуха создаётся двумя соосными, вращающимися в противоположных направлениях, многолопастными саблевидными винтами, приводимыми в движение от свободной четырёхступенчатой турбины, турбовального двигателя. Мощность передается винтам через редуктор.

Сравнение ВРД разных типов с другими авиадвигателями

Эффективность реактивных двигателей принято оценивать удельным импульсом – отношением тяги к секундному расходу топлива. Этот показатель является также мерой экономичности двигателя. В приведённой ниже диаграмме в графической форме представлены верхние значения этого показателя для разных типов ВРД, в зависимости от скорости полёта, выраженной в форме числа Маха, что позволяет видеть область применимости каждого типа двигателей.

Из диаграммы следует, что по удельному импульсу ракетные двигатели (РД) значительно уступают ВРД всех типов. Это объясняется тем, что в расход топлива у РД включается и окислитель, который ВРД забирает из атмосферы, поэтому удельный импульс РД составляет максимум 270 сек для РДТТ и 450 сек для ЖРД.

В спецификациях двигателей с воздушными винтами тяга и удельный импульс обычно не указываются. Для этих двигателей характерным параметром является мощность, а не тяга. Для характеристики эффективности и экономичности винтовых двигателей используется удельный расход топлива – отношение расхода топлива в час к развиваемой мощности. Чтобы сравнить эффективность поршневых ДВС с турбовинтовыми можно привести значение этого показателя для двух конкретных образцов двигателей этих типов:

Поршневой АШ-82 – 0,381 кг/л.с.час
ТВД НК-12 – 0,158 кг/л.с.час.

Таким образом турбовинтовой двигатль (в расчёте на 1л.с.) в 2,5 раза экономичнее поршневого, и в этом состоит одна из главных причин, по которой ВРД вытеснили из «большой авиации» поршневые двигатели. Кроме того, и по весовым характеристикам ВРД значительно превосходят поршневые.

В качестве весовой характеристики авиадвигателей, обычно, используется один из показателей: удельная мощность – отношение мощности двигателя к его массе (для двигателей с воздушным винтом), или удельная тяга – отношение тяги к массе двигателя (для ВРД и ракетных двигателей). В нижеследующей таблице приведены эти показатели для некоторых авиационных и ракетных двигателей разных типов.

Удельные весовые характеристики авиационных и ракетных двигателей
Тип
двигателя
Обозначение Летательный аппарат Удельная
тяга
(тяга/вес)
Удельная
мощность
квт/кг
Поршневой
ДВС
АШ-82 Ил-12, Ил-14 * 1,46
ТВД НК-12 Ту-95, Ту-114, Ан-22 * 3,8
Пуврд Argus As-014 Самолёт-снаряд V-1 3
Гибрид
ТРД /ПВРД
Pratt & Whitney J58-P4 SR-71 Blackbird 5,3
Турбовенти-
ляторный
GE90-1150B Boeing 747 6,3
ТРД АЛ-31ФП Су-30 8,22
РДТТ Space Shuttle SRB Ускоритель Спейс Шаттла 13,5
ЖРД НК-33-1 Космические носители
Союз-2, Союз-2-3
128

.* Для винтовых двигателей этот показатель не приводится.

См. также

Литература

  • Казанджан П. К., Алексеев Л. П., Говоров А. Н., Коновалов Н. Е., Ю. Н. Нечаев, Павленко В. Ф., Федоров Р. М. Теория реактивных двигателей. М. Воениздат. 1955
  • Стечкин Б. С. Избранные труды. Теория тепловых двигателей. — М.: Наука, 1977. — 410 с.
  • В. М. Акимов, В. И. Бакулев, Р. И. Курзинер, В. В. Поляков, В. А. Сосунов, С. М. Шляхтенко. Под редакцией С. М. Шляхтенко. Теория и расчёт воздушно-реактивных двигателей. Учебник для вузов. 2-е издание, переработанное и дополненное. М.: Машиностроение, 1987
  • Кулагин В. В. Теория, расчёт и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок. Изд. 2-е. М. Машиностроение. 2003.
  • Клячкин А. Л. Теория воздушно-реактивных двигателей, М., 1969

Ссылки

Примечания

Паровые турбины

Паровые турбины — принцип работы

Паровые турбины работают следующим образом: пар, образующийся в паровом котле, под высоким давлением, поступает на лопатки турбины. Турбина совершает обороты и вырабатывает механическую энергию, используемую генератором. Генератор производит электричество.

Электрическая мощность паровых турбин зависит от перепада давления пара на входе и выходе установки. Мощность паровых турбин единичной установки достигает 1000 МВт.

В зависимости от характера теплового процесса паровые турбины подразделяются на три группы: конденсационные, теплофикационные и турбины специального назначения. По типу ступеней турбин они классифицируются как активные и реактивные.

Конденсационные паровые турбины

Конденсационные паровые турбины служат для превращения максимально возможной части теплоты пара в механическую работу. Они работают с выпуском (выхлопом) отработавшего пара в конденсатор, в котором поддерживается вакуум (отсюда возникло наименование). Конденсационные турбины бывают стационарными и транспортными.

Стационарные турбины изготавливаются на одном валу с генераторами переменного тока. Такие агрегаты называют турбогенераторами. Тепловые электростанции, на которых установлены конденсационные турбины, называются конденсационными электрическими станциями (КЭС). Основной конечный продукт таких электростанций — электроэнергия. Лишь небольшая часть тепловой энергии используется на собственные нужды электростанции и, иногда, для снабжения теплом близлежащего населённого пункта. Обычно это посёлок энергетиков. Доказано, что чем больше мощность турбогенератора, тем он экономичнее, и тем ниже стоимость 1 кВт установленной мощности. Поэтому на конденсационных электростанциях устанавливаются турбогенераторы повышенной мощности.

Частота вращения ротора стационарного турбогенератора связана с частотой электрического тока 50 Герц. То есть на двухполюсных генераторах 3000 оборотов в минуту, на четырёхполюсных соответственно 1500 оборотов в минуту. Частота электрического тока вырабатываемой энергии является одним из главных показателей качества отпускаемой электроэнергии. Современные технологии позволяют поддерживать частоту вращения с точностью до трёх оборотов. Резкое падение электрической частоты влечёт за собой отключение от сети и аварийный останов энергоблока, в котором наблюдается подобный сбой.

В зависимости от назначения паровые турбины электростанций могут быть базовыми, несущими постоянную основную нагрузку; пиковыми, кратковременно работающими для покрытия пиков нагрузки; турбинами собственных нужд, обеспечивающими потребность электростанции в электроэнергии. От базовых требуется высокая экономичность на нагрузках, близких к полной (около 80 %), от пиковых — возможность быстрого пуска и включения в работу, от турбин собственных нужд — особая надёжность в работе. Все паровые турбины для электростанций рассчитываются на 100 тыс. ч работы (до капитального ремонта).

 

Схема работы конденсационной турбины: Свежий (острый) пар из котельного агрегата (1) по паропроводу (2) попадает на рабочие лопатки паровой турбины (3). При расширении, кинетическая энергия пара превращается в механическую энергию вращения ротора турбины, который расположен на одном валу (4) с электрическим генератором (5). Отработанный пар из турбины направляется в конденсатор (6), в котором, охладившись до состояния воды путём теплообмена с циркуляционной водой (7) пруда-охладителя, градирни или водохранилища по трубопроводу (8) направляется обратно в котельный агрегат при помощи насоса (9). Большая часть полученной энергии используется для генерации электрического тока.

Теплофикационные паровые турбины

Теплофикационные паровые турбины служат для одновременного получения электрической и тепловой энергии. Но основной конечный продукт таких турбин — тепло. Тепловые электростанции, на которых установлены теплофикационные паровые турбины, называются теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). К теплофикационным паровым турбинам относятся турбины с противодавлением, с регулируемым отбором пара, а также с отбором и противодавлением.

У турбин с противодавлением весь отработавший пар используется для технологических целей (варка, сушка, отопление). Электрическая мощность, развиваемая турбоагрегатом с такой паровой турбиной, зависит от потребности производства или отопительной системы в греющем паре и меняется вместе с ней. Поэтому турбоагрегат с противодавлением обычно работает параллельно с конденсационной турбиной или электросетью, которые покрывают возникающий дефицит в электроэнергии.

В турбинах с регулируемым отбором часть пара отводится из 1 или 2 промежуточных ступеней, а остальной пар идёт в конденсатор. Давление отбираемого пара поддерживается в заданных пределах системой регулирования. Место отбора (ступень турбины) выбирают в зависимости от нужных параметров пара.

У турбин с отбором и противодавлением часть пара отводится из 1 или 2 промежуточных ступеней, а весь отработавший пар направляется из выпускного патрубка в отопительную систему или к сетевым подогревателям.

Схема работы теплофикационной турбины: Свежий (острый) пар из котельного агрегата (1) по паропроводу (2) направляется на рабочие лопатки цилиндра высокого давления (ЦВД) паровой турбины (3). При расширении, кинетическая энергия пара преобразуется в механическую энергию вращения ротора турбины, который соединен с валом (4) электрического генератора (5). В процессе расширения пара из цилиндров среднего давления производятся теплофикационные отборы, и из них пар направляется в подогреватели (6) сетевой воды (7). Отработанный пар из последней ступени попадает в конденсатор, где и происходит его конденсация, а затем по трубопроводу (8) направляется обратно в котельный агрегат при помощи насоса (9). Большая часть тепла, полученного в котле используется для подогрева сетевой воды.

Паровые турбины специального назначения

Паровые турбины специального назначения обычно работают на технологическом тепле металлургических, машиностроительных, и химических предприятий. К ним относятся турбины мятого (дросселированного) пара, турбины двух давлений и предвключённые (форшальт).

  • Турбины мятого пара используют отработавший пар поршневых машин, паровых молотов и прессов, имеющих давление немного выше атмосферного.
  • Турбины двух давлений работают как на свежем, так и на отработавшем паре паровых механизмов, подводимом в одну из промежуточных ступеней.
  • Предвключённые турбины представляют собой агрегаты с высоким начальным давлением и высоким противодавлением; весь отработавший пар этих турбин направляют в другие с более низким начальным давлением пара. Необходимость в предвключённых турбинах возникает при модернизации электростанций, связанной с установкой паровых котлов более высокого давления, на которое не рассчитаны ранее установленные на электростанции турбоагрегаты.
  • Также к турбинам специального назначения относятся и приводные турбины различных агрегатов, требующих высокой мощности привода. Например, питательные насосы мощных энергоблоков электростанций, нагнетатели и компрессоры газокомпрессорных станций и т. д.

Обычно стационарные паровые турбины имеют нерегулируемые отборы пара из ступеней давления для регенеративного подогрева питательной воды. Паровые турбины специального назначения не строят сериями, как конденсационные и теплофикационные, а в большинстве случаев изготовляют по отдельным заказам.

Паровые турбины — преимущества
  • работа паровых турбин возможна на различных видах топлива: газообразное, жидкое, твердое
  • высокая единичная мощность
  • свободный выбор теплоносителя
  • широкий диапазон мощностей
  • внушительный ресурс паровых турбин

Паровые турбины — недостатки
  • высокая инерционность паровых установок (долгое время пуска и останова)
  • дороговизна паровых турбин
  • низкий объем производимого электричества, в соотношении с объемом тепловой энергии
  • дорогостоящий ремонт паровых турбин
  • снижение экологических показателей, в случае использования тяжелых мазутов и твердого топлива

Самодельный микротурбинный (газотурбинный) реактивный двигатель

Камера сгорания
Она была построена из стальной трубы, вырезанной из основания спутниковой антенны. подставка, трубка зажимается между двумя пластинами, чтобы сформировать концы. Нижняя пластина прикручен к входной улитке турботурбины, а верхняя пластина изначально принята воздух компрессора через трубку, но теперь воздух проходит в камеру сгорания в сторона ближе к вершине.

Воздух подается в камеру сгорания через пластиковую дренажную трубу, сдувать, если единице позволено двигаться слишком быстро.Жаровая труба или камера сгорания лайнер был изготовлен из жестяной банки от кемпингового газа и расширен стальным листом. Газовая банка придает подкладке правильный куполообразный верх. В лайнере просверлены отверстия чтобы воздух попал в зону горения. Размер и расположение отверстий угадывались по разным схемам коммерческих двигателей никаких расчетов не производилось. Двигатель работает на газе пропан, газ поступает в камеру сгорания через Кольцо горелки изготовлено из медной трубы с отверстиями диаметром 1 мм.

Зажигание
Свеча зажигания мотоцикла вставляется в камеру сгорания, чтобы «зажечь двигатель. Я испробовал несколько различных источников воспламенения, лучший из которых блок воспламенителя HT от раннего реактивного самолета. Я также использовал зажигание мотоцикла катушка, управляемая от самодельного транзисторного инвертора. Как только зажигание произошло, камера сгорания вроде бы хорошо держит пламя, дроссельную заслонку можно поставить вправо гаснет и пламя не гаснет.

Смазка
Масло циркулирует в турбонагнетатель подшипник скольжения масляным насосом автомобильного двигателя с приводом от асинхронного двигателя родом из копировальный аппарат. Насос подходит для двигателей Ford Cross-Flow и легко заменяется. изменен, так как это внешний тип со встроенным масляным фильтром. Металлический бак под турбина собирает из него масло, готовое к повторной циркуляции насосом. когда масло холодная это довольно тяжелая работа для мотора, при пуске масляный насос останавливается для снижения лобового сопротивления ротора турбонагнетателя , а затем включается, когда двигатель самоподдерживается.Используемое масло — обычная формула Mobil 1, которая используется в турбонаддуве. предназначено для турбинного масла, его нельзя использовать, так как оно предназначено для гонок мячей не подшипники скольжения. Во время работы масло сильно нагревается, будущая модификация может надо добавить масляный радиатор.

Пуск
Полный компрессор в сборе от другого аналогичного турбонагнетателя приводится в действие двигателем центрифуги , работающим от сети. Компрессор образует нагнетатель, который соединен с передней частью двигателя и действует как «стартер ветряной мельницы».диммер переключатель, подключенный к двигателю, регулирует количество воздуха, подаваемого в двигатель, для воспламенения требуется только легкий ветерок, иначе двигатель заведется с громким хлопком. Для запуска двигателя вентилятор работает на полную мощность и снимается. когда двигатель самостоятельно поддерживает около 35000 об/мин. Интересно, что вентилятор с холодный двигатель едва крутит ротор, но расход воздуха при горении достаточен, чтобы заводишь как масло прогреется.

Контрольно-измерительные приборы
Я использовал оптический метод измерения скорости газовой турбины.Оптическое волокно освещает небольшую часть задней поверхности колеса компрессора, поверхность колеса попеременно блестящая алюминиевая и матово-черная, вторая оптическое волокно принимает отраженный от колеса свет и передает его на электронный датчик. Когда колесо вращается, отраженный свет включается и выключается. Датчик преобразует свет на электрический сигнал, который приводит в действие самодельный счетчик оборотов , калиброванный 0- 100 000 об/мин. Я обнаружил, что эта система работает, но отраженный свет довольно тусклым, требующим чувствительного усилителя, я использовал He- Ne-лазер, чтобы обеспечить свет поскольку он эффективно соединяется с оптическим волокном.Другая проблема заключается в том, что оптический волокна на самом деле полимерные, которые могут плавиться из-за нагревания в компрессоре секция турбонаддува при выключенном агрегате. После выключения турбо я дую воздух через него для его охлаждения, во время этой операции турбина блокируется с помощью гаечного ключа чтобы предотвратить его вращение при отключении системы смазки. Температура выхлопа измеряется с помощью стандартного зонда типа K из инконеля, подключенного к термопаре AD595. интегральная схема усилителя, а затем на аналоговый измеритель, калиброванный 0- 1000 градусов С.Я предпочитаю аналоговые счетчики, их легче смотреть, как параметры двигателя. меняется при разгоне и торможении. Микросхема AD595 выполняет измерение температуры легко, так как он преобразует выходной сигнал термопары в мВ в выходной сигнал 0- 10 В. 0- Выход 10 В соответствует температурному диапазону 0- 1000 градусов C. манометр для измерения давления нагнетания компрессора.Указанное давление кажется, колеблется, поэтому я вставил ограничитель в трубу подачи манометра, чтобы демпфировать колебание.

Топливная система
Двигатель работает на пропане, подаваемом из портативного цилиндр типа караван. Регулятор снят, а клапан установлен на цилиндре. используется в качестве дроссельной заслонки. Двигатель имеет очень здоровый аппетит к топливу и длится всего около 10 — 15 минут на баллоне 3,9 кг. За счет быстрой подачи топлива цилиндр находится в миске с теплой водой, чтобы способствовать испарению жидкого пропана. в газ.Я пробовал жидкое топливо, используя автомобильную топливную форсунку Bosch типа «K», это почти сработало, но одна форсунка не справлялась с требуемым расходом топлива. Форсунка, использующая керосин при низких скоростях потока, давала почти идеальную картину распыления, но это ухудшилось по мере увеличения потока. Зажигание было более сложным для достижения на жидком топливе, если зажигание не произошло быстро после включения топлива, двигатель быстро заливался топливом, что угрожало очень «мокрым пуском» при зажигании. наконец произошло.В качестве топливного насоса использовался насос для подкачки авиационного топлива. подача топлива до 60 фунтов на квадратный дюйм, для слива топлива из насоса использовался игольчатый клапан выход обратно к входу и так действует как дроссель. Форсунка открывается примерно в 15 PSI, но по мере увеличения давления (игольчатый клапан закрыт) устройство задыхалось. и не распылять топливо должным образом.

Операция
Здесь начинается самое интересное, чтобы начать в этой самодельной газовой турбине стартер соединен непосредственно с впускным отверстием турбины и воздух мягко включился.Включается зажигание и снова открывается топливный кран. плавно, пока двигатель не загорится с «fut». После запуска двигателя воздух включен полностью и дроссельная заслонка открыта, сначала ротор вращается медленно, но по мере разжижения и нагревания масла двигатель начинает разгоняться и примерно на 35 000 об/мин подача воздуха к двигателю быстро прекращается, чтобы он мог всосать больше воздуха и разогнаться до комфортной скорости 50 000 об/мин. Во время запуска масло питание отключается и только кратковременно подается импульс для обеспечения некоторой смазки без вызывает слишком большое сопротивление, когда достигается самоподдерживающаяся скорость, включается масло постоянно.После того, как двигатель завершил работу и стал горячим, гораздо легче перезапустить, ротор раскручивается намного быстрее.

При работе двигатель довольно шумный, хотя с наушниками агрегат шумит довольно неплохо, издавая восхитительный «свист» от компрессора и гул от процесс горения. Прослушивание в наушниках помогает услышать скорость компрессора более четко, что помогает дросселировать двигатель, что может быть сложно. Если вы закроете свой глазами вы можете себе представить, что вы находитесь за штурвалом настоящего самолета, я стоял и слушал на Vulcan XH558 на днях и сходство в звуке моего двигателя было сверхъестественный.На данный момент газовая турбина достигла скорости около 70 000 об/мин, а при 50 000 об/мин температура выхлопных газов составляет всего 500 градусов по Цельсию, что неплохо для самодельного двигателя. предел оборотов на данный момент это нагнетательный патрубок компрессора, он вроде как сдувается если двигатель работает слишком быстро, из него вырывается пламя, а компрессор визжит, как он быстро бежит вниз. Некоторые мои ранние попытки пострадали от трубы компрессора оригинальный двигатель вряд ли смог бы самостоятельно поддерживаться до повышения давления. вверх было слишком много для этого.

Будущее
Когда время позволит, я надеюсь развить эту демонстрацию газовая турбина, кроме того, она никогда не может быть использована в качестве двигателя, так как она далека от тяжелый но с более надежной трубой компрессора думаю будет быстрее крутиться. Он показывает со всеми характеристиками любой другой газовой турбины и была построена в разы дешевле стоимость коммерческой единицы или даже модели самолета турбореактивного . Стоимость проект стоит всего 100 фунтов стерлингов или около того, так как турбобиты были излишними единицами металлолома.я пытался верх из плексигласа на камеру сгорания, чтобы, возможно, заглянуть в нее во время работы, это, кажется, работает и не нагревается. Голубое свечение можно увидеть в воздухе отверстия в верхней части жаровой трубы, но отверстия недостаточно велики, чтобы дать представление о распространении пламени. Я хотел бы вернуться к жидкому топливу в какой-то момент, я можно попробовать поставить горелку/распылитель от стартера газовой турбины «Solent», но это является мошенничеством, так как это означает, что я подгоняю компоненты, которые происходят из высоко специализированные авиационные системы, а не автомобильные детали из «свалки».Дом построен двигатель работает хорошо, но не очень элегантно и требует всевозможных услуг, чтобы получить это работает, то, что я действительно хотел, это коммерческий небольшой газотурбинный двигатель , который электрический старт и работает на керосине. Я нахожу газовые турбины небольших самолетов наиболее интересными и сытно работать.

 

События
30.12.1997 Двигатель теперь работает очень хорошо. я поменял компрессор напорная труба с новым элементом из нержавеющей стали, а соединения теперь изготовлены с использованием специальный шланг турбонагнетателя , приобретенный в магазине автоспорта.мой коллега очень любезно построил мне новый соединительный блок масляного насоса. Масляный насос теперь болты в этот алюминиевый блок, который подает масло внутрь и наружу и обеспечивает крепления для фитинги маслопровода. На насосе установлено новое уплотнение вала, и агрегат очень маслоплотный. Турбина разогналась до чуть более 80 000 об/мин, на этой скорости она производит около 0,9 бар давления наддува. При этой скорости рост давления увеличивается с скорость компрессора очень высокая. Я верю, что двигатель будет работать еще быстрее, т.к. температура выхлопа при 70- 80000 об/мин довольно низкая примерно на 450 градусов С ниже чем на более медленных скоростях.Стабильная температура выхлопных газов говорит о том, что агрегат работает эффективно на высокой скорости. Я узнаю, каковы пределы для этого типа турбо, это довольно старомодный блок , так что я думаю, что я не далеко от пределов турбо. Турбина становится довольно громкой на высоких скоростях и быстро приближается к моей любимой. Garrett GTP30 по уровню шума. Ограничение времени работы кажется быть температура масла. Емкость масла довольно низкая (около 1 литра), поэтому быстро нагревается, поскольку он циркулирует в горячем подшипниковом узле.Будущее улучшение будет оснащен масляным радиатором с электровентиляторами. Мне также нужно будет установить температуру масла индикатор питается от термопары, установленной внутри масляного бака.

Современные разработки
В 1999 году мой брат построил мне высокоэнергетическую систему зажигания, чтобы дизайн моего хорошего друга Роджера Мармиона. В агрегате используется пробка поверхностного разряда, взятая от двигателя гоночного автомобиля, тесты на зажигание показали, что эта компоновка лучше к ранее принятым системам высокого напряжения.Воспламенитель работает с помощью инвертора для зарядки конденсатора емкостью 2 мкФ специальная триггерная схема обеспечивает искру низкой энергии который ионизирует воздух и вызывает сильную вспышку- на кончике свечи зажигания.

Как построить свой собственный реактивный двигатель

Разве вы не хотели, чтобы огнедышащий реактивный двигатель приводил в движение вашу машину/мотоцикл/веспу/скейтборд? Конечно. Вот удобное пошаговое руководство . Получайте удовольствие и не сжигайте дом! — Ред.

Вам не нужно быть Джеем Лено, чтобы владеть мотоциклом с реактивным двигателем — мы покажем вам, как сделать собственный реактивный двигатель, чтобы приводить в движение ваши собственные дурацкие автомобили. Это текущий проект, и в ближайшее время на нашем веб-сайте будет доступно много дополнительной информации. Полный билд будет доступен на сайте Bad Brothers Racing; дополнительную информацию также можно найти в Gary’s Jet Journal.

Внимание! Создание собственного реактивного двигателя может быть опасным. Мы рекомендуем вам принимать все необходимые меры предосторожности при работе с механизмами и проявлять крайнюю осторожность при работе с реактивными двигателями.Использование взрывоопасного топлива и опасных движущихся частей может привести к серьезной травме или смерти при эксплуатации реактивной турбины в непосредственной близости. Экстремальные количества потенциальной и кинетической энергии хранятся в работающих двигателях. Всегда проявляйте осторожность и здравый смысл при работе с двигателями и механизмами и надевайте соответствующие средства защиты глаз и органов слуха. Ни Bad Brothers Racing, ни Gary’s Jet Journal не несут никакой ответственности за использование или неправильное использование информации, содержащейся здесь.

Шаг 1: Разработка базового проекта

Я начал процесс сборки своего двигателя с проекта в программе САПР Solid Works.Я считаю, что работать таким образом намного проще, и создание деталей с использованием процессов обработки с ЧПУ дает гораздо более приятный конечный результат. Главное, что мне нравится в использовании 3D-процесса, — это возможность увидеть, как детали будут соединяться друг с другом до изготовления, чтобы я мог внести изменения, прежде чем тратить часы на деталь. Этот шаг на самом деле не является обязательным, так как любой, у кого есть приличные навыки рисования, может довольно быстро набросать дизайн на обратной стороне конверта. При попытке вписать весь двигатель в мой последний проект — реактивный мотоцикл — это, безусловно, поможет.

G/O Media может получить комиссию

Тем не менее, не у всех есть опыт или знания, необходимые для использования инструментов автоматизированного проектирования. Если вы пытаетесь создать проект реактивного двигателя или турбины и не знаете, с чего начать, лучше всего начать с групп пользователей, таких как Yahoo Groups. Годы накопленного там опыта окажутся бесценными, а участники этих групп помогут вам получить то, что вам нужно. (Для справки, я регулярно посещаю форум Yahoo Groups DIY Gas Turbines.)

Шаг 2: Приобретите турбокомпрессор подержанного автомобиля и спрячьте его в гараже

Будьте внимательны при выборе турбокомпрессора! Вам нужна большая турбина с одним (неразделенным) входом в турбину. Чем больше турбонаддув, тем большую тягу будет производить ваш готовый двигатель. Мне нравятся турбины на больших дизельных двигателях и землеройной технике. Один из этих блоков будет давать достаточную тягу для перемещения большинства небольших транспортных средств — небольших мотоциклов, картов и т. д. — довольно хорошо. Если возможно, купите восстановленный блок, чтобы максимизировать эффективность.Ebay — это путь сюда.

Вообще говоря, важен не столько размер турбины, сколько размер индуктора. Индуктор — это видимая область лопаток компрессора, которую можно увидеть, если посмотреть на компрессор турбокомпрессора с надетыми крышками (корпусами). Турбина, которую вы видите здесь, Cummins ST-50, снятая с восемнадцатиколесного грузовика, довольно большая — почти 5 дюймов в диаметре — в то время как видимые лопасти индуктора имеют диаметр всего 3 дюйма. Это легко создаст достаточную тягу для управления небольшим велосипедом или картингом.

Шаг 3: Определите размер камеры сгорания, который вам нужен

Пришло время для основ: Вот краткий обзор того, как работают реактивные двигатели, и как определить размер камеры сгорания — части, вырабатывающей мощность — вашего двигателя. понадобится.

Камера сгорания позволяет сжатому воздуху, поступающему от компрессора турбокомпрессора — веерообразной части внутри турбокомпрессора — смешиваться с топливом и сжигаться. Затем горячие газы выходят через заднюю часть камеры сгорания и вращают вал турбины, который затем приводит в действие компрессор, прикрепленный к другому концу, чтобы подавать больше воздуха и поддерживать процесс.Дополнительная энергия, остающаяся в горячих газах, когда они проходят через турбину, создает тягу. Это звучит просто, но на самом деле это немного сложно построить и сделать правильно.

Камера сгорания изготовлена ​​из большого куска трубчатой ​​стали с крышками на обоих концах. Внутри этой камеры находится жаровая труба. Эта жаровая труба представляет собой не более чем небольшой кусок трубки с множеством отверстий, который проходит по всей длине камеры сгорания. Отверстия позволяют сжатому воздуху проходить в заданных пропорциях.Это служит трем целям: 1) смешивание воздуха и топлива для горения, которое также начинается здесь; 2) Обеспечение воздуха для завершения сгорания; и 3) подача охлаждающего воздуха для снижения температуры заряда до того, как воздушный поток войдет в контакт с лопатками турбины.

Чтобы рассчитать размеры жаровой трубы, удвойте диаметр индуктора вашего турбокомпрессора. Это даст вам диаметр пламенной трубы. Умножьте диаметр индуктора турбонагнетателя на шесть, чтобы найти длину жаровой трубы.(Опять же, индуктор — это область лопасти компрессора, которую можно увидеть спереди турбокомпрессора с установленными кожухами. Хотя колесо компрессора в турбокомпрессоре может иметь диаметр 5 или 6 дюймов, индуктор будет значительно меньше.)

Индуктор турбин, которые я люблю использовать (модели ST-50 и VT-50), имеет диаметр 3 дюйма, поэтому размеры жаровой трубы должны быть 6 дюймов в диаметре и восемнадцать дюймов в длину. Это рекомендуемая отправная точка; его можно немного подтасовать. Я хотел камеру сгорания немного меньшего размера, поэтому решил использовать жаровую трубу диаметром 5 дюймов и длиной 10 дюймов.Я выбрал 5-дюймовый диаметр в первую очередь потому, что трубку легко достать — она такого же размера, как выхлопная труба легкодоступного дизельного грузовика. 10-дюймовая длина была выбрана потому, что мой двигатель в конечном итоге окажется в маленькой раме мотоцикла.

Рассчитав размер жаровой трубы, можно определить размер камеры сгорания. Поскольку жаровая труба помещается внутри камеры сгорания, корпус камеры должен быть большего диаметра. Рекомендуемая отправная точка — иметь пространство не менее 1 дюйма вокруг жаровой трубы; длина должна быть такой же, как жаровая труба.Я выбрал корпус камеры диаметром 8 дюймов, потому что он соответствует потребности в воздушном пространстве и является общедоступным размером стальных труб. С жаровой трубой диаметром 5 дюймов у меня будет 1,5-дюймовый зазор между жаровой трубой и корпусом камеры сгорания. По возможности старайтесь использовать стальные трубы вместо труб.

Теперь, когда у вас есть приблизительные размеры двигателя, вы можете собрать его вместе с крышками на концах и топливными форсунками. Все эти части объединяются, чтобы сформировать полную камеру сгорания.

Этап 4: Сборка камеры сгорания: Подготовка торцевых колец

Камера сгорания представляет собой простую деталь, скрепленную болтами. Я использую метод изготовления колец, который не только обеспечивает поверхность, к которой можно прикрутить торцевые крышки, но и центрирует жаровую трубу в камере.

Кольца изготавливаются с внешним диаметром 8 дюймов и внутренним диаметром 5 и 1/32 дюйма. Дополнительное пространство, обеспечиваемое 1/32 дюйма, облегчит вставку жаровой трубы, когда конструкция будет завершена, и послужит буфером для некоторого расширения жаровой трубы, когда она нагреется.

Кольца изготовлены из листовой стали толщиной 1/4 дюйма. Мне вырезали лазером из трехмерных рисунков, которые я создал в солидных работах. Я считаю, что идти по этому пути намного проще, чем пытаться обрабатывать детали. Для изготовления колец можно использовать фрезерный станок, водомет или ручной инструмент. Подойдет любой метод, дающий приемлемые результаты. Толщина 1/4 дюйма позволит приварить кольца с меньшей вероятностью коробления и обеспечит стабильную монтажную основу для торцевых крышек. Это также позволит сделать жаровую трубу на 3/16 дюйма короче, чем общая длина камеры сгорания, и позволит обеспечить тепловое расширение в осевой плоскости.

Двенадцать отверстий под болты должны быть просверлены вокруг кольца по кругу для установки торцевых заглушек. Приваривая гайки к обратной стороне этих отверстий, болты можно вкручивать прямо в них. Это требование, поскольку задняя сторона колец будет недоступна для удерживания гаек с помощью гаечного ключа после их установки на камеру сгорания. Вы все равно можете заменить гайку внутри камеры сгорания, если она соскочит, что делает этот метод лучше, чем нарезание резьбы в отверстиях колец. Три прихваточных шва, расположенных на каждой второй грани каждой гайки, должны удерживать их достаточно плотно, чтобы удерживать их на месте.

Этап 5: Сборка камеры сгорания: Приварка концевых колец

Теперь, когда концевые кольца готовы, их можно приварить к корпусу камеры сгорания. Сначала необходимо обрезать корпус до нужной длины и выровнять концы, чтобы все было правильно выровнено.

Начните с того, что возьмите большой лист картона и оберните его вокруг стальной трубы так, чтобы концы были под прямым углом друг к другу, а картон был плотно натянут. Он должен иметь форму цилиндра вокруг трубки, а концы картона будут красивыми и квадратными.Сдвиньте картон к одному концу трубы так, чтобы край трубы и концы цилиндра почти соприкасались, убедившись, что есть достаточно места, чтобы сделать отметку вокруг трубы, чтобы вы могли стачивать металл заподлицо с отметкой. Это выровняет один конец трубы. Большинство поставщиков металла режут трубы ленточной пилой, и погрешность их резки составляет плюс-минус 1/16 дюйма. Если не исправить, это может привести к неидеальному разрезу и шаткому концу.

Затем отмерьте от прямоугольного конца к другому, чтобы получить длину камеры сгорания и жаровой трубы.Поскольку торцевые кольца, которые будут приварены, имеют размер 1/4 дюйма каждое, не забудьте сначала вычесть 1/2 дюйма из вашего измерения. (Поскольку моя камера сгорания будет иметь длину 10 дюймов, мои измерения будут взяты на уровне 9,5 дюймов.) Нанесите разметку на трубу с помощью картона, чтобы создать красивую ровную маркировку.

Я обнаружил, что использование отрезного круга в угловой шлифовальной машине позволяет очень хорошо резать трубы диаметром 1/8 дюйма. Делайте аккуратные, равномерные движения колесом и вращайте трубу по ходу движения, с каждым проходом прорезая немного глубже.Не беспокойтесь о том, чтобы срез получился идеальным — лучше оставить немного лишнего материала и убрать его позже. Мне нравится использовать лепестковые диски в угловой шлифовальной машине для окончательной очистки.

После того, как разрез сделан и очищен, используйте лепестковый диск для снятия фаски с наружных краев обоих концов трубки, чтобы получить хороший провар сварного шва. После этого труба готова к сварке.

Используя магнитные сварочные зажимы, отцентрируйте концевые кольца на концах трубки и убедитесь, что они находятся заподлицо с трубкой.Прихватите кольца на место и дайте им остыть. После того, как прихватки установлены, используйте стежковые сварные швы длиной примерно 1 дюйм, чтобы закрыть сварной шов вокруг колец. Сделайте стежковый шов, затем поочередно с другой стороны и сделайте то же самое. Используйте способ, аналогичный затягиванию гаек на автомобиле. Идите медленно, чтобы не перегреть металл и не покоробить кольца.

Этап 6: Изготовление торцевых крышек

Когда основной корпус камеры сгорания готов, вам потребуются две торцевые крышки для узла камеры сгорания. Одна торцевая крышка будет со стороны топливной форсунки, а другая будет направлять горячие выхлопные газы к турбине.

Изготовьте две пластины с одинаковым диаметром вашей камеры сгорания, в нашем случае это измерение 8 дюймов. Разместите 12 отверстий под болты по периметру, чтобы совместить их с отверстиями под болты на торцевых кольцах, чтобы их можно было прикрепить позже. (Двенадцать — это просто количество болтов, которые я использую, вы можете использовать больше или меньше на кольцах и торцевых крышках.)

В крышке форсунки должно быть только два отверстия. Один будет для топливной форсунки, а другой для свечи зажигания. Вы можете добавить больше отверстий для большего количества форсунок, если хотите; это личное предпочтение.Я использую пять инжекторов, один в центре и четыре по кругу вокруг него. Единственное требование состоит в том, чтобы форсунки располагались так, чтобы они заканчивались в жаровой трубе, когда детали соединяются болтами. Для нашей конструкции это означает, что они должны входить в центр круга диаметром 5 дюймов в середине торцевой крышки. Я использовал 1/2-дюймовые отверстия для крепления форсунок.

Далее, немного сместившись от центра, вы добавите отверстие для свечи зажигания. Отверстие должно быть просверлено и нарезано на 14 мм x 1.резьба 25мм. Опять же, конструкция на фотографиях имеет две свечи зажигания — это просто вопрос моих предпочтений на случай, если одна свеча выйдет из строя. Убедитесь, что заглушки также находятся в пределах жаровой трубы.

На фото крышки форсунки видны маленькие трубочки, торчащие из крышки. Они предназначены для крепления форсунок. Как я уже сказал, у меня их будет пять, но вы можете обойтись одним в центре для первой попытки. Трубки изготовлены из труб диаметром 1/2 дюйма с внутренним диаметром 3/8 дюйма.Они обрезаются до 1,25 дюйма, после чего на краях делается фаска, зажимая их в сверлильном станке и вращая их, ударяя по ним угловой шлифовальной машиной. Это аккуратный маленький трюк, который дает достойные результаты. Оба конца имеют коническую трубную резьбу 1/8 дюйма NPT. Я держу трубы в тисках под сверлильным станком и зажимаю трубный метчик, чтобы я мог аккуратно и прямо нарезать резьбу в трубах. После запуска резьбы заканчиваю вручную, поворачивая метчик на необходимую глубину.Они привариваются на месте, при этом трубка на 1/2 дюйма выступает с каждой стороны пластины. Линии подачи топлива будут прикреплены к одной стороне, а форсунки ввинчиваются в другую. Мне нравится приваривать их к внутренней стороне пластины, чтобы снаружи камера сгорания выглядела чистой.

Чтобы сделать выхлопную крышку, вам нужно будет вырезать отверстие для выхода горячих газов. В моем случае я подогнал его под такие же размеры, как вход в спираль турбины на турбо. Это 2 дюйма на 3 дюйма на нашем турбо.Затем к корпусу турбины прикручивается небольшая пластина или фланец турбины. Фланец турбины должен иметь отверстие того же размера, что и входное отверстие турбины, а также четыре отверстия для болтов, чтобы прикрепить его к турбине. Крышку выпускного конца и фланец турбины можно сварить вместе, сделав между ними простую прямоугольную коробчатую секцию. На фотографии выпускного коллектора ниже вы можете видеть фланец турбины справа и выхлопную крышку на земле. Переходный изгиб должен был быть сделан для применения, которое этот двигатель увидит в реактивном мотоцикле, но его можно было легко сделать с помощью простой прямоугольной секции, созданной из листовой стали.Сварите детали вместе, сохраняя сварные швы только снаружи деталей, чтобы воздушный поток не создавал препятствий или турбулентности, создаваемых внутренними валиками.

Этап 7. Сборка камеры сгорания: соединение болтами

Теперь вы приближаетесь к созданию готового реактивного двигателя. Пришло время скрепить детали вместе, чтобы посмотреть, все ли подходит как надо.

Начните с прикручивания фланца турбины и узла торцевой крышки (выпускного коллектора) к вашей турбине.Затем корпус камеры сгорания привинчивается к выпускному узлу, и, наконец, крышка форсунки прикручивается к основному корпусу камеры сгорания. Если вы все сделали правильно до сих пор, это должно выглядеть примерно так, как на втором рисунке ниже. Если это не так, сделайте резервную копию и посмотрите, где вы допустили ошибку.

Важно отметить, что секции турбины и компрессора турбокомпрессора можно вращать относительно друг друга, ослабив зажимы посередине. В разных турбинах используется много видов зажимов, но должно быть легко увидеть, какие болты нужно ослабить, чтобы детали вращались.

С прикрепленными деталями и ориентацией турбоагрегата вам нужно будет изготовить трубу для соединения выходного отверстия компрессора с корпусом камеры сгорания. Эта труба должна быть того же диаметра, что и выпускное отверстие компрессора, и в конечном итоге она будет присоединена к компрессору с помощью резинового или силиконового соединителя. Другой конец необходимо установить заподлицо с камерой сгорания и приварить на место после того, как в боковой стенке корпуса камеры будет вырезано отверстие. Неважно, где находится отверстие на стороне камеры сгорания, главное, чтобы воздух мог проникнуть в нее по ровному пути.Это означает отсутствие острых углов и сохранение сварных швов снаружи. Для нашей камеры сгорания я решил использовать кусок выхлопной трубы диаметром 3,5 дюйма, согнутой на оправке. На изображении выше показана изготовленная вручную труба, которая расширяет и замедляет поток воздуха перед входом в камеру сгорания.

Теперь у вас должен быть хороший чистый путь для прохождения воздуха от входа компрессора вниз по трубе к камере сгорания, через выпускной коллектор и мимо секции турбины. Все должно быть в значительной степени герметично, и вы должны проверить все сварные соединения, чтобы убедиться, что они прочные.Если воздуходувка продувает переднюю часть двигателя, воздух должен проходить и вращать лопасти турбины.

Шаг 8: Изготовление пламенной трубы

Многие строители считают это самой сложной частью. Жаровая труба — это то, что пропускает воздух в центр камеры сгорания и удерживает пламя на месте, так что оно должно выходить только на сторону турбины, а не на сторону компрессора.

На картинке выше показана моя трубка пламени. Слева направо шаблоны отверстий имеют специальные названия и функции.Маленькие отверстия слева — это первичные отверстия, средние большие отверстия — вторичные, а самые большие справа — третичные или разбавляющие отверстия. (Обратите внимание, что в этой конструкции также есть несколько дополнительных небольших отверстий, которые помогают создать воздушную завесу для охлаждения стенок жаровой трубы)

Первичные отверстия подают воздух для смешивания топлива и воздуха; здесь начинается процесс горения.

Вторичные отверстия подают воздух для завершения процесса горения.

Третичные/разбавляющие отверстия обеспечивают подачу воздуха для охлаждения газов перед их выходом из камеры сгорания; это помогает предотвратить перегрев лопаток турбины турбокомпрессора.

Размер и расположение отверстий — в лучшем случае математическое уравнение, а в худшем — логистический кошмар. Чтобы упростить процесс расчета отверстий, я предоставил здесь программу, которая сделает всю работу за вас. Это программа для Windows, поэтому, если вы работаете на Mac или Linux, вам придется решать уравнения от руки. Программу, получившую название Jet Spec Designer, также можно использовать для определения выходной тяги конкретного турбокомпрессора.

Прежде чем делать какие-либо отверстия в пламенной трубе, вам нужно будет подогнать ее по размеру камеры сгорания.Поскольку наша камера сгорания имеет длину 10 дюймов от наружных концов кольца с одной стороны до другой, вам нужно будет отрезать жаровую трубу до этой длины (убедитесь, что вы обрезаете ее по длине вашей камеры сгорания). Используйте картон, обернутый вокруг трубы пламени, чтобы выровнять один конец, затем измерьте и отрежьте другой. Я бы предложил сделать жаровую трубу почти на 3/16 дюйма короче, чтобы обеспечить расширение металла при нагревании. Он по-прежнему сможет захватить концевые кольца и будет «плавать» внутри них.

После того, как вы обрежете его по длине, приступайте к этим отверстиям. Их будет очень много, и здесь очень кстати иметь «юнибитку» или ступенчатое сверло. Жаровая труба может быть изготовлена ​​из нержавеющей или обычной мягкой стали. Нержавеющая сталь, конечно, прослужит дольше и удержит тепло лучше, чем мягкая сталь.

Этап 9: Прокладка трубопроводов масляной и топливной систем

Теперь, когда вы просверлили жаровую трубу, откройте корпус камеры сгорания и вставьте ее между кольцами, пока она не войдет в заднюю часть выхлопной крышки.Установите на место боковую крышку форсунки и затяните болты. Мне нравится использовать болты с шестигранной головкой только из-за внешнего вида, но это также удобно, так как вам не нужно возиться с обычным гаечным ключом.

Топливные и масляные насосы: проложить правильно, не умереть
Теперь вам нужно подать топливо в систему и масло в подшипники. Эта часть не так сложна, как может показаться. Для топливной стороны вам понадобится насос, способный работать под высоким давлением и с расходом не менее 20 галлонов в час. Для масляной стороны вам понадобится насос, способный создавать давление не менее 50 фунтов на квадратный дюйм с расходом около 2-3 галлонов в минуту.К счастью, в обоих случаях можно использовать один и тот же тип насоса. Я предлагаю насос Shurflo, номер модели 8000-643-236. Другими альтернативами являются насосы гидроусилителя руля, насосы печей и автомобильные топливные насосы. Лучшая цена, которую я нашел на Shurflo, здесь, в настоящее время 77 долларов США. Не экономьте и покупайте другие насосы Shurflo, которые выглядят так же, но дешевле. Клапаны и уплотнения в насосах не будут работать с продуктами на основе нефти, и я не могу гарантировать, что вам с ними повезет.

Здесь я представил схему топливной системы; масляная система для турбо будет работать так же. Если ваш насос не имеет обратного байпаса непосредственно на нем (Shurflo не имеет, но некоторые насосы печи имеют), то вы можете не использовать байпас насоса, так как он предназначен только для улавливания прорыва газов из самого насоса.

Идея сантехнических систем заключается в регулировании давления с помощью перепускного клапана. При использовании этого метода насосы всегда будут иметь полный поток, а любая неиспользованная жидкость будет возвращена в накопительный бак.Выбрав этот путь, вы избежите обратного давления на насос, и насосы прослужат дольше. Система будет одинаково хорошо работать для топливной и масляной систем. Для масляной системы вам понадобится фильтр и масляный радиатор, оба из которых будут стоять после насоса, но перед перепускным клапаном.

Масляный радиатор: правильно отвесить и не умереть
В качестве масляного радиатора я предлагаю охладители трансмиссии B&M. Масляные фильтры могут быть обычными навинчивающимися с использованием выносного крепления масляного фильтра.Убедитесь, что все трубопроводы, идущие к турбокомпрессору, изготовлены из прочных материалов, таких как медные трубки с компрессионными фитингами. Гибкая леска, такая как резина, может сорваться и закончиться катастрофой. Масло или топливо, попадающие на горячий корпус турбины, очень быстро воспламеняются. Также следует отметить давление в этих насосных системах. Резиновый шланг размякнет от тепла, а высокое давление насосов приведет к разрыву трубопроводов и их соскальзыванию с фитингов. Будьте осторожны и используйте жесткие линии. Это так же недорого, как и гибкие линии. Вы предупреждены об опасности; Я не несу никакой ответственности за ваше нежелание следовать инструкциям!

При подсоединении маслопроводов к турбокомпрессору убедитесь, что впускное отверстие для масла находится в верхней части турбонагнетателя, а сливное — в нижней. Входное отверстие обычно меньшее из двух отверстий. Если вы используете турбокомпрессор с водяным охлаждением, вообще не обязательно использовать водяную рубашку, и ничего не нужно подключать к этим портам. Это будет полезно только в том случае, если вы хотите подать поток воды для охлаждения турбины при выключении.

Баки, форсунки и масло
Топливные баки могут быть любого размера, а масляные баки должны вмещать не менее одного галлона. Не размещайте всасывающие линии рядом с обратными линиями в резервуарах, иначе аэрация, вызванная возвращающимися жидкостями, вызовет попадание пузырьков воздуха в всасывающие линии, что приведет к кавитации и потере давления в насосах!

Для топливных форсунок я рекомендую форсунки HAGO от McMaster Carr. Посмотрите на странице 1939 онлайн-каталога форсунки водяного тумана из нержавеющей стали.Двигателю такого размера потребуется поток примерно 14 галлонов в час при полном проходе.

Что касается масла, то сейчас использую полностью синтетику Castrol 5W-20. Необходимо полностью синтетическое масло с низкой вязкостью. Синтетика будет иметь гораздо более высокую температуру вспышки и с меньшей вероятностью воспламенится, а низкая вязкость поможет турбине легче вращаться при запуске.

Для получения дополнительной информации о расчете потребности в топливе и т. д. я предлагаю вам присоединиться к группе пользователей, такой как группа пользователей Yahoo Forums «DIYgasturbines».Там много информации, я постоянный участник.

Зажечь эту мать
Ааа, вам нужен источник возгорания! Поскольку существует множество способов получить искру от свечи зажигания, я не буду вдаваться в подробности. Я оставляю это вам, чтобы найти в Интернете хорошую высоковольтную схему, чтобы получить искру, или вы можете сэкономить и подключить автомобильное реле мигалки к катушке и получить довольно медленную, но полезную искру из вашей свечи.

Для питания всех 12-вольтовых систем я предпочитаю использовать 12-вольтовые, 7 или 12 ампер-часов, герметичные гелевые батареи, подобные тем, которые используются в охранных сигнализациях.Они маленькие, легкие и хорошо подходят для этой задачи, и они легко помещаются в реактивный картинг или другое небольшое транспортное средство.

Итак, вы зашли так далеко. Все, что вам нужно сейчас, это подставка, на которой можно установить двигатель. Вы можете увидеть тестовый стенд, который я сделал на других фотографиях здесь, и получить представление о том, как сделать его для себя. У вас есть воздуходувка для листьев? Начнем!

Шаг 10: Шуми, Сотрясай землю, Напугай соседей

Примечание: Двигатель в видео не является двигателем автора.Видео этого двигателя можно найти здесь .

Самое интересное! Вам понадобятся следующие детали:
1) Двигатель

2) Наушники

3) Много топлива (дизель, керосин или Jet-A)

4) Воздуходувка

Здесь вещи стать интересным.

Во-первых, установите реактивный двигатель в таком месте, где вы сможете запустить его, не раздражая никого громким шумом. Далее вам нужно будет заправить его. Мне нравится использовать Jet-A — авиационное топливо для реактивных двигателей, доступное в любом маленьком аэропорту, — потому что оно хорошо работает и дает правильный запах.Включите масляную систему и установите давление масла не менее 30 фунтов на квадратный дюйм. Наденьте защитные наушники и раскрутите турбину, продувая воздух через двигатель воздуходувкой. Да, на этих двигателях можно использовать электрический или воздушный пуск, но это не норма, и гораздо проще просто использовать воздуходувку.

Затем включите цепь зажигания и медленно подайте топливо, закрыв перепускной игольчатый клапан топливной системы, пока не услышите хлопок, когда камера сгорания загорится. Продолжайте увеличивать подачу топлива, и вы услышите рев вашего нового реактивного двигателя.Постепенно отодвиньте воздуходувку и посмотрите, набирает ли скорость двигатель сам по себе. Если это не так, снова включите воздуходувку и дайте ей больше топлива, пока она не сработает.

Вот оно! Поздравляем — вы построили реактивный двигатель! Не сжигайте дом!

Расс Мур является участником Instructables.com , «веб-платформы документации, где увлеченные люди делятся тем, что они делают и как они это делают, а также учатся и сотрудничают с другими». Эта история изначально появилась под номером на Instructables 17 апреля 2006 года.

Самодельный реактивный двигатель, собранный старшеклассником

[youtube https://youtu.be/I8Iwwu63M2s]

Хотите научиться собирать реактивный двигатель? Просто иди в старшую школу с Крисом Томко. 18-летний студент с несколькими друзьями построил свои собственные реактивные двигатели. С нуля.

На выставке World Maker Faire в Нью-Йорке Томко продемонстрировал свой самодельный двигатель G1. После тщательного анализа безопасности и расчистки большого пространства вокруг двигателя на поддоне на земле и гораздо большего пространства за выходным соплом Томко и его команда дали краткое описание двигателя, а затем запустили его.

Впускная сторона G1. (Фото: Rafe Needleman) Сторона G1. Хорошая панель управления. (Фото: Rafe Needleman)

«Будет очень громко», — сказал один из друзей Томко аудитории с другой стороны барьеров.

Томко сказал, что двигатель развивает тягу около 20 фунтов при работе на максимальной мощности. Двигатель работает на пропане; Томко сказал, что его двигатель опустошит канистру примерно за девять минут.

Когда двигатель был раскручен (с помощью воздуходувки, нагнетающей воздух на лопасти), команда зажгла искру и подала пропан.За громкими глубокими хлопками последовал звук, похожий на звук пылесоса из ада, когда они мягко включили двигатель.

После нескольких минут работы примерно на 50% мощности двигатель заглох, и толпа зааплодировала. Мы пошли поговорить с Томко после демонстрации и сделать несколько фотографий двигателя. Тепло, исходящее от него, держало нас на расстоянии. Томко сказал, что ему нужно около 10 минут, чтобы остыть, прежде чем он даже попытается его сдвинуть.

Второй двигатель

Tomko, G2, работает на дизельном топливе и имеет ряд конструктивных улучшений.Его новый двигатель также был освобожден от держателя поддона: Томко построил специальный картинг, чтобы проверить его. Посмотрите видео тестового запуска ниже.

[youtube https://youtu.be/-XD6vFbo_cU]

Не забудьте посетить сайт Томко, Tomkotech, чтобы найти журналы сборки и другие отличные фотографии его прекрасных реактивных двигателей.

Производство реактивных двигателей Крис Томко и друзья. Мы дали ему награду «Выбор редакции» на World Maker Faire.

Как работает реактивный двигатель?

Своим успехом современная авиация обязана реактивному двигателю.Эта технология была первоначально разработана в конце 1930-х и начале 1940-х годов для использования в военных целях во время Второй мировой войны, но с тех пор она привела к революции в области пассажирских самолетов.

Существует много различных вариантов реактивного двигателя, но тот, который чаще всего используется в пассажирских самолетах, называется турбовентиляторным (поскольку он содержит турбину и вентилятор). Приведенное ниже описание относится, в частности, к турбовентиляторным двигателям, но многое из него применимо и в более общем плане.

Так как же работает реактивный двигатель?

На самом простом уровне работу реактивного двигателя можно описать всего четырьмя словами: всасывать, сжимать, хлопать, дуть.Давайте разберемся, что это значит.

Следуйте за воздухом: поток воздуха через вентилятор, компрессор, камеру сгорания и турбину приводит в движение реактивный двигатель.

Кредит: Ивканди / Гетти

сосать

Когда вы смотрите на реактивный двигатель, первое, что вы обычно замечаете, это то, что передняя часть представляет собой гигантский многолопастный вентилятор внутри так называемого воздухозаборника. Лопасти действуют точно так же, как лопасти пропеллерного или настольного вентилятора, всасывая воздух и выталкивая его с другой стороны на высокой скорости.Вентилятор в реактивном двигателе имеет гораздо больше лопастей, чем настольный вентилятор: часто более 20. Думайте о вентиляторе как о пропеллере на стероидах.

В большинстве современных реактивных двигателей только вентилятор может генерировать до 90% тяги или «толкающей силы» двигателя. Чтобы узнать, откуда берутся остальные 10%, мы должны продолжать следить за воздухом в его путешествии.

Получайте обновления научных статей прямо на свой почтовый ящик.

Сожмите

Теперь мы оставляем позади технологию реактивных двигателей.Когда вентилятор всасывает воздух, часть его не просто проходит вокруг двигателя, а направляется в так называемый компрессор. Внутри воздух проталкивается множеством вращающихся дисков с маленькими лопастями по трубе, которая становится все меньше и меньше. Это быстро сжимает воздух, делая его намного плотнее, горячее и взрывоопаснее при добавлении топлива.

Взрыв

Для пироманов здесь начинается самое интересное. Топливо добавляется к сжатому воздуху, создавая очень летучую смесь, для воспламенения которой требуется простая искра.Это то, что происходит в камере сгорания, где топливно-воздушная смесь распыляется и воспламеняется, быстро расширяя воздух и создавая остальную тягу двигателя.

Удар

Быстрое расширение воздуха во время горения создает огромное давление, которому необходимо найти выход. Выход из реактивного двигателя находится в конце другой трубы, заполненной вращающимися дисками, ощетинившимися лопастями, которые вращаются под действием расширяющегося газа. Эта часть известна как турбина.Оказавшись в конце турбины, газы выходят из двигателя на высокой скорости, оказывая на двигатель силу в противоположном направлении. (В соответствии с третьим законом Ньютона: на каждое действие есть равное и противоположное противодействие.) 

Гениальная часть современного реактивного двигателя заключается в том, что всасывающий вентилятор, компрессор, камера сгорания и турбина связаны одним валом, проходящим внутри двигателя. Таким образом, когда расширяющиеся газы вращают турбину сзади, это помогает вращать вентилятор спереди, что поддерживает процесс и создает большую тягу.

Связанное чтение: Австралийские исследователи создали 3D-печатный реактивный двигатель

Читайте научные факты, а не художественную литературу…

Никогда не было более важного времени, чтобы объяснять факты, ценить знания, основанные на фактических данных, и демонстрировать последние научные, технологические и инженерные достижения. Cosmos издается Королевским институтом Австралии, благотворительной организацией, призванной связывать людей с миром науки. Финансовые взносы, большие или малые, помогают нам предоставлять доступ к достоверной научной информации в то время, когда мир больше всего в ней нуждается.Пожалуйста, поддержите нас, сделав пожертвование или купив подписку сегодня.

Соберите свой собственный реактивный двигатель Haynes

Этот модельный комплект включает в себя небольшой реактивный двигатель, который не только работает в собранном виде, но даже издает звуки двигателя и имеет яркость камеры сгорания. Это отличный модельный проект для тех, кто интересуется самолетами, моделированием или инженерным делом.Как только пользователь завершит этот проект, у него будет не только крутая модель и тема для разговора, но и базовые практические знания о том, как собирается реактивный двигатель и как он работает. Компрессорный и турбинный отсеки прозрачны, так что движущиеся части видны сквозь внешнюю оболочку. Двигатель работает путем подключения собранного двигателя к базе с батарейным питанием (питание от 3 батареек типа АА). Этот набор включает в себя все необходимые детали и оборудование для завершения модели.Батарейки и острое лезвие или ножницы необходимы для завершения этой модели, но не включены . Прилагаемое пошаговое руководство включает в себя полный список деталей, а также информационный раздел об использовании и работе реального реактивного двигателя. Приблизительные завершенные размеры: 9,5 дюймов в высоту, 9 дюймов в длину и 6,25 дюймов в ширину. ~ Брианна

Соберите полнофункциональную моторизованную модель турбореактивного двигателя.Эта копия модели реактивного двигателя полностью функциональна, с моторизованными деталями и реалистичными звуками. Он оснащен турбинами высокого и низкого давления и прозрачным корпусом, позволяющим видеть движущиеся части. Фантастическое введение для детей в моделизм и проектирование. Действующая модель турбовентиляторного реактивного двигателя. Полностью функциональная модель с реалистичным звуком и движущимися частями. Камера сгорания горит. Прозрачный корпус позволяет видеть движущиеся части внутри. Включает пошаговое руководство Haynes. Требуются три (3) батареи (не входят в комплект)

Самодельный реактивный двигатель Arduino — Центр проектов Arduino

Привет, ребята! вы готовы к новому проекту! просто давайте перейдем к вращению двигателей..

Если вы ненавидите читать статьи, то просмотр видео может стать решением!

Как обычно, я сделал это руководство, чтобы помочь вам шаг за шагом на случай, если вы решите испытать такое же приключение и сделать свой собственный настоящий вращающийся реактивный двигатель.

При создании этого проекта мы постарались сделать так, чтобы этот пост был лучшим руководством, содержащим необходимые для изготовления документы и ссылки.

Мы сделали этот проект всего за 6 дней, всего за пять дней, чтобы получить все необходимые детали и закончить изготовление и сборку оборудования, затем мы подготовили код, подходящий для нашего проекта.

Прежде чем начать, давайте сначала посмотрим.

Что вы узнаете из этого проекта:

  • Как собрать детали реактивного двигателя.
  • Добавление двигателя постоянного тока в конструкцию Jet (обновленные детали).
  • Профессиональная настройка Jet..
  • Запустите первый запуск Jet.

Начиная с ингредиентов

Этот реактивный двигатель был полностью напечатан на 3D-принтере, и я получил файлы STL от Thingiverse, в частности те, которые были подготовлены пользователем Catiav5tfw, но я добавил некоторые дополнительные детали, чтобы сделать конструкцию подходящей для установки двигателя постоянного тока и Таким образом, мы могли превратить дизайн из статического в динамический.

Также я масштабировал все доступные части до 60% размера, потому что исходный размер немного великоват, и мне будет сложно заставить его вращаться.

Я прикрепил изображение, на котором показаны необходимые части, которые вам нужны (минимум частей), а остальные необходимые части будут представлены на следующих шагах, так что просто продолжайте читать.

Сборка Jet

Я обнаружил, что лучший способ помочь вам на этом этапе — разместить изображения сборки, поскольку Jet состоит из многих частей.

Убедитесь, что у вас достаточно винтов (3×8 мм) и гаек (около 100 шт.), чтобы соединить части крышки вместе. Вы также должны учитывать, что есть некоторые внутренние детали, с которыми вам нужно обращаться осторожно, чтобы сохранить выровненную структуру, которая помогает двигателю вращаться плавно.

Как вставить мотор!

Теперь это основное обновление, которое я сделал для доступной модели, добавив двигатель постоянного тока к нашему реактивному самолету, он будет вращаться, поэтому я получил редукторный двигатель постоянного тока 48 В для реактивного самолета, убедитесь, что вы используете редукторный двигатель, в противном случае мотор не заводится.

Мы будем прикреплять двигатель к конструкции Jet с помощью части соединения двигателя, это одна из дополнительных частей, которые я сделал и загрузил ее файл STL. Вам также понадобятся два подшипника (6001) для передней и задней сторон струи.

Необходимый двигатель должен иметь средний крутящий момент (все, что выше 0,88 кг·см, подойдет).

Я рекомендую модель JGA25-370, и для этого вам понадобится STL-файл поддержки двигателя второй версии.

О плате управления

Я сделал эту плату Throne несколько месяцев назад, и это лучшая возможность проверить возможности Portenta по управлению двигателем постоянного тока 24 В, а также по питанию от внешнего источника питания.Я разработал схему платы и печатную плату с помощью дизайнера Altium, где я нашел все необходимые инструменты для успешного завершения моего проекта, после завершения дизайна я получил свою плату, красиво изготовленную JLCPCB.

Плата Arduino Portenta является гостевой платой в этом проекте, и я добавил драйвер двигателя H-моста L293DD для управления выходным напряжением 24 В постоянного тока через сигналы ШИМ 5 В от Portenta.

Подготовьте установку

После сборки печатной платы и ядра реактивного двигателя нам просто нужно установить реактивный двигатель на его опору и печатную плату на свое место, затем мы закончим проводку источника питания и управления мощностью двигателя. как показано на изображениях выше, чтобы сохранить организованный вид проводки, я разработал несколько зажимов для проводов и изготовил их с помощью 3D-печати.

Прежде чем перейти к последнему шагу, я напоминаю вам, что я вставил потенциометр SMD и несколько ползунковых переключателей на плату Throne, которые будут полезны для управления скоростью и направлением двигателя.

Программное обеспечение и тест

Вот последний шаг, я только что сделал этот код Arduino, который позволяет мне считывать аналоговые сигналы с потенциометра SMD, преобразовывать их и затем передавать через выходы PWM Portenta, это также дает возможность переключать направление вращения двигателя через цифровые сигналы ползункового переключателя.

Я прикрепил снимок вращения Jet, но вы все равно можете посмотреть полное видео на моем канале Youtube.

Не стесняйтесь, дайте мне знать ваши мысли и предложения через раздел комментариев.

Мой турбореактивный двигатель своими руками | Реактивное движение

Идея использования автомобильного турбокомпрессора в качестве реактивного двигателя на первый взгляд кажется немыслимой, однако, учитывая работу, которую он выполняет в двигателе внутреннего сгорания, эта концепция действительно имеет смысл. Сначала я думал о создании импульсного реактивного двигателя, но двигатель с турбокомпрессором показался мне более сложной задачей.Если вы подумываете о том, чтобы заняться реактивными двигателями, сборка одного из них — хорошее место для начала, поскольку он демонстрирует основные принципы проектирования, на которых основано большинство газовых турбин, то есть воздушный компрессор, камера сгорания и турбина. В коммерческом реактивном двигателе эти секции расположены аксиально друг за другом, а в двигателе с турбокомпрессором они расположены радиально. Это обеспечивает простоту конструкции в ущерб эффективности.

Какой тип турбонагнетателя?

Золотое правило: чем больше, тем лучше.Что-то от большого дизельного двигателя, такого как 4×4, грузовик или большой генератор. Он должен иметь впускное отверстие размером от 2,5 до 4 дюймов, без перепускных клапанов и раздвоенной спиральной турбины. Мне посчастливилось найти на E-Bay две большие турбины Schwitzer, которые стоили дешево и идеально подходили в качестве реактивной турбины. Они оба огромны и затмевают турбину моего 200 Tdi Land Rover. Каждая весит 25 кг. Вы можете получить турбокомпрессоры у торговца металлоломом, но они не всегда в хорошем состоянии, с плохими подшипниками и поврежденными лопастями.Доступны новые турбонаддувы, подходящие для самодельных реактивных двигателей, но ожидайте, что вы заплатите небольшое состояние.

Конструкция Основные компоненты, необходимые для создания нашего реактивного двигателя, в дополнение к подходящему турбонагнетателю, включают камеру сгорания, масляный контур и систему подачи топлива. Кроме того, нам потребуется контроль различных параметров двигателя, включая давление масла, P2 ( камера сгорания) давления и температуры выхлопных газов (EGT). Здесь вы можете увидеть готовый двигатель, установленный на раме.Камера сгорания расположена вверху слева и содержит внутреннюю жаровую трубу, в которой топливо сжигается в воздухе под давлением. Выходное отверстие компрессора входит в СС в верхнем конце камеры, при этом выходное отверстие привинчено непосредственно к фланцу турбины.

Силиконовый воздушный шланг используется для подключения СС к выходному отверстию компрессора. Удивительно, но он довольно термостойкий, учитывая, что он прикреплен прямо к камере сгорания. До сих пор он не показывал признаков плавления и до сих пор не протекает.
Масляная система

Надежная подача масла имеет решающее значение для работы турбокомпрессора не только для смазки, но и для охлаждения. В этой конструкции я использовал небольшой электродвигатель, приводящий в движение насос рулевого управления от автомобиля. Поток и давление регулируются простым запорным клапаном с возвратом разлитого обратно в масляный бак. Слив масла из турбины должен осуществляться через большой шланг без ограничений под действием силы тяжести, иначе из турбины, как я выяснил, будет течь масло. Трудный путь!
Ниже показана система масляного насоса.Я использовал большой резервуар в виде канистры, поэтому маслоохладитель не понадобился.

Вы можете видеть простое устройство, которое я использовал для прокачки масла по контуру. Двигатель рассчитан на 5 ампер и использует ремень (из
 пылесос) для питания насоса рулевого управления. Клапан управления регулирует давление масла примерно от 20 до 70 фунтов на квадратный дюйм. В настоящее время я использую стандартную ATF в цепи, и это, кажется, работает нормально.

Топливная система и система зажигания

Сначала этот двигатель будет работать на пропане, что делает систему подачи топлива относительно простой.Я использовал сварочный регулятор и пламегаситель, напрямую соединенный с камерой сгорания. Игольчатый клапан регулирует поток газа и действует как дроссель. Свеча зажигания, прикрепленная к катушке, и усилитель зажигания + релейный переключатель обеспечивают надежную искру для воспламенения пропана.

Мониторинг двигателя

Нам понадобятся датчики для контроля различных параметров двигателя, если мы хотим, чтобы двигатель работал безопасно. Манометр 0-100 фунтов на квадратный дюйм измеряет основное давление масла, а манометр 0-60 фунтов на квадратный дюйм используется для давления P2.Для EGT используется термопара k-типа, прикрепленная к термопарному измерителю (дешевый из маплинов). Я купил дешевый оптический тахограф из Гонконга через E-Bay, снял лазерный диод и фотодетектор с печатной платы и установил их в медную трубку рядом со шпинделем индуктора. Кусок отражающей ленты приклеен к шпинделю и отражает сигнал обратно к детектору. Эта система стоит около 20 фунтов стерлингов и работает очень хорошо. Намного проще, чем создавать его с нуля. Вот главная панель управления.Большой счетчик является избыточным, как и потенциометр управления скоростью двигателя.

ЭКСПЛУАТАЦИЯ

Для того, чтобы запустить двигатель, газообразный пропан подается небольшим потоком воздуха из воздуходувки во впускной патрубок турбонагнетателя. Слышен хлопок, когда воспламеняется пропан, и температура выхлопных газов должна начать расти. Как только зажигание достигнуто, я открываю дроссельную заслонку и включаю воздуходувку на полную мощность, чтобы раскрутить турбину. По мере увеличения оборотов турбины будет слышен характерный струйный визг, и двигатель будет работать самостоятельно.Холостой ход около 25 000 – 30 000 об/мин. Мне не удалось добиться скорости выше 45 000 об/мин просто потому, что я не могу доставлять пропан с большей скоростью. Я знаю, что есть такие приемы, как переворачивание баллона вверх дном и использование жидкого пропана, но эти методы, мягко говоря, немного небезопасны.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

*