Вячеслав Александрович Бородин
Пульсирующие
воздушно-реактивные двигатели
летающих моделей самолётов
*** 1968 ***
От нас: 500 радиоспектаклей (и учебники)
на SD‑карте 64(128)GB — ГДЕ?..
Baшa помощь проекту:
занести копеечку — КУДА?..
|
ОГЛАВЛЕНИЕ Введение ... 3 Глава 1. Принцип действия авиамодельного ПуВРД . . 5 Глава 2. Элементарная теория авиамодельного ПуВРД... 10 Глава 3. Конструкции элементов авиамодельных ПуВРД 27 Глава 4. Конструкции и основные данные авиамодельных ПуВРД... 52 Глава 5. Изготовление авиамодельных ПуВРД... 61 Глава 6. Эксплуатация авиамодельных ПуВРД... 67 Глава 7. Установка авиамодельных ПуВРД на летающие модели самолетов . 72 Глава 8. Авиамодельные ПуВРД и кордовые реактивные модели зарубежных спортсменов ... 90 ВВЕДЕНИЕ Одно из важнейших достижений советского авиамоделизма — разработка и применение малогабаритных пульсирующих воздушно-реактивных двигателей (ПуВРД) как силовых установок для летающих моделей самолетов. Наши авиамоделисты имеют достаточно большой опыт по их конструированию, постройке и эксплуатации, что подтверждается успехами, достигнутыми на всесоюзных и международных соревнованиях по реактивным летающим моделям. В дальнейшем авиамодельные ПуВРД могут получить большее распространение как силовые установки для всех классов летающих моделей не только для кордовых скоростных, но и для моделей свободного полета, радиоуправляемых, гоночных, пилотажных, воздушного боя, вертолетов и ракет. Наряду с авиамодельными ПуВРД, возможно, получат развитие и распространение в авиамоделизме малогабаритные турбореактивные двигатели весом не более 400 — 500 г, а также реактивные двигатели других специальных схем. В 1948 г. были завершены работы по созданию надежно работающих конструкции авиамодельных ПуВРД, а в 1949 г. установлены первые рекорды моделей с этими двигателями. В 1949 г. летающая модель конструкции М. Шарова и А. Анисимова (Ленинград) с ПуВРД конструкции A. Анисимова показала скорость полета на корде 110 км/час. В 1950 г. реактивная модель В. Попеля, Р. Садовского и В. Давыдова (Ленинград) с двигателем конструкции B. Давыдова установила два всесоюзных рекорда: дальности полета — 3000 м и продолжительности — 14 мин. 15 сек. В 1951 г. на Всесоюзных состязаниях авиамоделистов в Москве было зафиксировано три всесоюзных рекорда по реактивным моделям: дальности — 16 км, продолжительности — 31 мин. и высоты полета — 600 ж. Эти рекорды были установлены летающей моделью конструкции Э. Смирнова (Ленинград) с ПуВРД конструкции А. Анисимова. В 1952 г. реактивная модель В. Попеля (Ленинград) установила новый рекорд продолжительности полета. В 1953 г. кордовая реактивная модель типа «Летающее крыло», построенная М. Васильченко (Москва), показала скорость полета, равную 264,776 км/час. Эта скорость полета модели на корде была зафиксирована в качестве абсолютного мирового рекорда. В 1955 г. на Международных соревнованиях, проходивших в Чехословакии, мастер спорта И. Иванников установил новый рекорд скорости полета кордовой реактивной модели, равный 275,004 км/час. В 1958 г. его модель летала уже со скоростью 301 км/час и был зафиксирован новый абсолютный мировой рекорд. Глава 1 ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ АВИАМОДЕЛЬНОГО ПуВРД ПуВРД имеет следующие основные элементы: входной участок а — в (рис. 1) (в дальнейшем входную часть будем называть головкой ), заканчивающийся клапанной решеткой, состоящей из диска 6 и клапанов 7; камеру сгорания 2, участок в — г реактивное сопло 3, участок г — д выхлопную трубу 4У участок д — е. Входной канал головки имеет конфузорный а — 6 и диффузорный б — в участки. В начале диффузорного участка устанавливается топливная трубка 8 с регулировочной иглой 5. Воздух, проходя через конфузорную часть, увеличивает свою скорость, вследствие чего давление на этом участке, согласно закону Бернулли, падает. Под действием пониженного давления из трубки 8 начинает подсасываться топливо, которое затем подхватывается струей воздуха, разбивается ею на более мелкие частички и испаряется. Образовавшаяся карбюрированная смесь, проходя диффузорную часть головки, несколько поджимается за счет уменьшения скорости движения и в окончательно перемешанном виде через входные отверстия клапанной решетки поступает в камеру сгорания. Первоначально топливно-воздушная смесь, заполнившая объем камеры сгорания, воспламеняется с помощью электрической свечи, в крайнем случае с помощью открытого очага пламени, подводимого к обрезу выхлопной трубы, т. е. к сечешпо е — е. Когда двигатель выйдет на рабочий режим, вновь поступающая в камеру сгорания топливно-воздушная смесь воспламеняется не от постороннего источника, а от горячих газов. Таким образом, электрическая свеча иди другой источник пламени необходимы лишь в период запуска двигателя. Рис. 1. Принципиальная схема ПуВРД: 1 — головка; 2 — камера сгорания; 3 — реактивное сопло; 4 — выхлопная труба; 5 — регулировочная игла; 6 — диск клапанной решетки; 7 — клапан; в — топливная трубка; 9 — заливная горловина; 10 — топливный бачок; 11 — запальная свеча Образовавшиеся в процессе сгорания топливно-воздушной смеси газы резко повышают давление в камере сгорания, и пластинчатые клапаны клапанной решетки закрываются, а газы устремляются в открытую часть камеры сгорания в сторону выхлопной трубы. В некоторый момент давление п температура газов достигают своего максимального значения. В этот период скорость истечения газов из реактивного сопла и тяга, развиваемая двигателем, также максимальны. Под действием повышенного давления в камере сгорания горячие газы движутся в виде газового «поршня», который, проходя через реактивное сопло, приобретает максимальную кинетическую энергию. По мере выхода основной массы газов из камеры сгорания давление в ней начинает падать. Газовый «поршень», двигаясь по инерции, создает за собой разрежение. Это разрежение начинается от клапанной решетки и по мере движения основной массы газов в сторону выхода распространяется на всю длину рабочей трубы двигателя, т. е. до сечения е — е. В результате этого под действием более высокого давления в диффузор-ной части головки пластинчатые клапаны открываются и камера сгорания наполняется очередной порцией топливно-воздушной смеси. С другой стороны, разрежение, распространившееся до обреза выхлопной трубы, приводит к тому, что скорость части газов, двигающихся по выхлопной трубе в сторону выхода, падает до нуля, а затем получает обратное значение, — газы в смеси с подсосанным воздухом начинают двигаться в сторону камеры сгорания. К этому времени камера сгорания наполнилась очередной порцией топливно-воздушной смеси и движущиеся в обратном направлении газы (волна давления) иесколько поджимают ее и воспламеняют. Таким образом, в рабочей трубе двигателя в процессе его работы происходит колебание газового столба: в период повышенного давления в камере сгорания газы движутся в сторону выхода, в период пониженного давления — в сторону камеры сгорания. И чем интенсивнее колебания газового столба в рабочей трубе, тем глубже величина разрежения в камере сгорания, тем больше в нее поступит топливно-воздушной смеси, что, в свою очередь, приведет к повышению давления, а следовательно, и к увеличению тяги, развиваемой двигателем за цикл. После того как воспламенилась очередная порция топливно-воздушной смеси, цикл повторяется. На рис. 2 схематично показана последовательность работы двигателя за один цикл: — заполнение камеры сгорания свежей смесью при открытых клапанах в период запуска — момент воспламенения смеси б (образовавшиеся при сгорании газы расширяются, давление в камере сгорания возрастает, клапаны закрываются и газы устремляются через реактивное сопло в выхлопную трубу); — продукты сгорания в своей основной массе в виде газового «поршня» движутся к выходу и создают за собой разрежение, клапаны открываются и происходит наполнение камеры сгорания свежей смесью в; — в камеру сгорания продолжает поступать свежая смесь г (основная масса газов — газовый «поршень» — покинула выхлопную трубу, и разрежение распространилось до обреза выхлопной трубы, через который начинается всасывание части остаточных газов и чистого воздуха из атмосферы); — заканчивается наполнение камеры сгорания свежей смесью д (клапаны закрываются и со стороны выхлопной трубы по направлению к клапанной решетке движется столб остаточных газов и воздуха, поджимающий смесь); Рис. 2. Принципиальная схема работы ПуВРД — в камере сгорания происходит воспламенение и сгорание смеси е (газы устремляются через реактивное сопло в выхлопную трубу и цикл повторяется). Вследствие того что давление в камере сгорания меняется от какого-то максимального значения, больше атмосферного, до минимального, меньше атмосферного, скорость истечения газа из двигателя тоже непостоянна в течение цикла. В момент наибольшего давления в камере сгорания скорость истечения из реактивного сопла также наибольшая. Затем, по мере выхода основной массы газов из двигателя, скорость истечения падает до нуля и далее направлена уже в сторону клапанной решетки. В зависимости от изменения скорости истечения и массы газов за цикл меняется и тяга двигателя. Рис. 3. Характер изменения давления и скорости истечения газа за цикл в ПуВРД с длинной выхлопной трубой На рис. 3 показан характер изменения давления р и скорости истечения газа Се за цикл в ПуВРД с длинной выхлопной трубой. Из рисунка видно, что скорость истечения газа, с некоторым сдвигом по времени, изменяется в соответствии с изменением давления и достигает своего максимума примерно при максимальном значении давления. В период, когда давление в рабочей трубе ниже атмосферного, скорость истечения и тяга — отрицательны (участок /л), так как газы движутся по выхлопной трубе в сторону камеры сгорания. В результате того что газы, двигаясь по выхлопной трубе, образуют разрежение в камере сгорания, ПуВРД может работать на месте при отсутствии скоростного напора. Глава 2 ЭЛЕМЕНТАРНАЯ ТЕОРИЯ АВИАМОДЕЛЬНОГО ПуВРД Тяга, развиваемая двигателем Тяга, развиваемая реактивным двигателем (в том числе и пульсирующим), определяется вторым и третьим законами механики. Тяга за один цикл ПуВРД изменяется от максимальной — положительной величины до минимальной — отрицательной. Такое изменение тяги за цикл обусловлено принципом действия двигателя, т. е. тем, что параметры газа — давление, скорость истечения и температура — в течение цикла непостоянны. Поэтому, переходя к определению силы тяги, введем понятие о средней скорости истечения газа из двигателя. Обозначим эту скорость Свср (см. рис. 3). Определим тягу двигателя как реактивную силу, соответствующую предполагаемой средней скорости истечения. Согласно второму закону механики изменение количества движения любого газового потока, в том числе и в двигателе, равно импульсу силы, т. е. в данном случае силы тяги: (...) Формулы (5 и 6) можно написать в более развернутом виде: где Св. ц — вес воздуха, протекающего через двигатель за один цикл; п — число циклов в секунду. Анализируя формулы (7 и 8), можно сделать вывод, что тяга ПуВРД зависит: — от количества воздуха, проходящего через двигатель за цикл; — от средней скорости истечения газа из двигателя; — от числа циклов в секунду. Чем больше число циклов двигателя в секунду и чем больше через него проходит топливно-воздушной смеси, тем больше развиваемая двигателем тяга. Основные относительные (удельные) параметры Летно-эксплуатационные качества ПуВРД удобнее всего сравнивать, пользуясь относительными параметрами. Основными относительными параметрами двигателя являются: удельная тяга, удельный расход топлива, удельный вес и удельная лобовая тяга. Удельная тяга Руд — это отношение развиваемой двигателем тяги Р [кг] к весовому секундному расходу воздуха через двигатель GB. Подставляя в данную формулу значение силы тяги Р из формулы (5), получим При работе двигателя на месте, т. е. при V = 0, выражение для удельной тяги примет очень простой вид: Таким образом, зная среднюю скорость истечения газа из двигателя, можем легко определить удельную тягу двигателя. Удельный расход топлива С?уд равен отношению часового расхода топлива к тяге, развиваемой двигателем Зная секундный расход топлива GT. Сек. можно определить часовой расход по формуле Удельный расход топлива — важная эксплуатационная характеристика двигателя, показывающая его экономичность. Чем меньше GVl, тем больше дальность и продолжительность полета модели при прочих равных условиях. Удельный вес двигателя равен отношению сухого веса двигателя к максимальной тяге, развиваемой двигателем на месте: где удп — удельный вес двигателя; Gaп — сухой вес двигателя. При заданной величине тяги удельный вес двигателя определяет вес двигательной установки, который, как известно, сильно влияет на летные параметры летающей модели и в первую очередь на ее скорость, высоту и грузоподъемность. Чем меньше удельный вес двигателя при (...) заданной тяге, тем совершеннее его конструкция, тем большего веса модель этот двигатель может поднять в воздух. Удельная лобовая тяга Я.™-» — это отношение тяги, развиваемой двигателем, к площади его наибольшего поперечного сечения где ЯЛОб — удельная лобовая тяга; Ялос — площадь наибольшего поперечного сечения двигателя. Удельная лобовая тяга играет важную роль при оценке аэродинамических качеств двигателя, особенно для скоростных летающих моделей. Чем больше Ялоб, тем меньшая доля тяги, развиваемой двигателем в полете, расходуется па преодоление его собственного сопротивления. ПуВРД, имеющий малую лобовую площадь, удобен для установки на летающие модели. Относительные (удельные) параметры двигателя меняются с изменением скорости и высоты полета, так как при этом не сохраняют свою величину тяга, развиваемая двигателем, и суммарный расход топлива. Поэтому относительные параметры обычно относятся к работе неподвижного двигателя на режиме максимальной тяги па земле. Изменение тяги ПуВРД в зависимости от скорости полета Тяга ПуВРД в зависимости от скорости полета может изменяться различным образом и зависит от способа регулирования подачи топлива в камеру сгорания. От того, по какому закону осуществляется подача топлива, зависит и изменение скоростной характеристики двигателя. На известных конструкциях летающих моделей самолетов с ПуВРД, как правило, не применяют специальных автоматических устройств для подачи топлива в камеру сгорания в зависимости от скорости и высоты полета, а регулируют двигатели на земле на максимальиую тягу или пл иапиолсе устойчивым и наложный режим работы. На больших летательных аппаратах с ПуВРД всегда устанавливают автомат подачи топлива, который в зависимости от скорости и высоты полета поддерживает постоянным качество топливно-воздушной смеси, поступающей в камеру сгорания, и тем самым поддерживает устойчивый и наиболее эффективный режим работы двигателя. Ниже рассмотрим скоростные характеристики двигателя в тех случаях, когда установлен автомат подачи топлива и когда он не установлен. Для полного сгорания топлива требуется строго определенное количество воздуха. Для углеводородных топлив, например бензина и керосина, отношение веса воздуха, необходимого для полного сгорания топлива, к весу этого топлива равно примерно 15. Это отношение обычно обозначают буквой L. Поэтому, зная вес топлива, можно определить сразу же количество теоретически необходимого воздуха: Секундные расходы находятся точно в такой же зависимости: Но в двигатель не всегда поступает воздуха столько, сколько нужно для полного сгорания топлива: его может быть больше или меньше. Отношение количества воздуха, поступающего о камеру сгорания двигателя, к количеству воздуха, теоретически необходимого для полного сгорания топлива, называется коэффициентом избытка воздуха а. В том случае, когда воздуха в камеру сгорания поступает больше, чем теоретически нужно для сгорания 1 кг топлива, а будет больше единицы и смесь называется бедной. Если же воздуха в камеру сгорания поступит меньше, чем необходимо теоретически, то а будет меньше единицы и смесь называется богатой. На рис. 4 показан характер изменения тяги ПуВРД в зависимости от количества топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания. При этом имеется в виду, что двигатель работает на земле или скорость обдува его постоянна. Из графика видно, что тяга с увеличением количества топлива, поступающего в камеру сгорания, вначале растет до определенного предела, а затем, достигнув максимума, быстро падает. (...) При дальнейшем обогащении смеси процесс сгорания нарушается и тяга двигателя вновь падает. Работа двигателя на правой части характеристики (вправо от точки Рп) сопровождается ненормальным сгоранием смеси, в результате чего возможно самопроизвольное прекращение работы. Таким образом, ПуВРД имеет определенный диапазон устойчивой работы по качеству смеси и этот диапазон а ~ 0,75 — 1,05. Поэтому практически ПуВРД — двигатель одиорежимнып, и его режим выбирают немного левее максимума тяги (точка Рр) с таким расчетом, чтобы гарантировать надежную и устойчивую работу и при увеличении, и при уменьшении расхода топлива. Если кривая / (см. рис. 4) была снята на скорости, равной нулю на земле, то при каком-то постоянном обдуве или при какой-то постоянной скорости полета также у земли кривая изменения тяги, в зависимости от количества топлива, поступающего в камеру сгорания, сдвинется вправо и вверх, так как с увеличением расхода воздуха увеличивается и расход топлива, а следовательно, возрастет и максимум тяги — кривая //. На рис. 5 показано изменение тяги ПуВРД с автоматом подачи топлива в зависимости от скорости полета. Такой характер изменения тяги обусловлен тем, что с увеличением скорости полета возрастает весовой расход воздуха через двигатель за счет скоростного напора, при этом автомат подачи топлива начинает увеличивать количество топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания или в диффузориую часть головки, и тем самым поддерживает постоянным качество топливно-воздушной смеси и нормальный процесс сгорания. В результате с увеличением скорости полета тяга ПуВРД с автоматом подачи топлива начинает расти и достигает своего максимума на какой-то определенной скорости полета. При дальнейшем увеличении скорости полета тяга двигателя начинает падать вследствие изменения фазы открытия и закрытия входных клапанов из-за воздействия скоростного напора и сильного отсоса газов из выхлопной трубы, в результате которого ослабляется их обратный ток в сторону камеры сгорания. Циклы становятся слабыми по интенсивности, а при скорости полета 700 — 750 км/час двигатель может перейти на непрерывное горение смеси без выраженной цикличности. По этой же причине происходит уменьшение максимума тяги и на кривой III (см. рис. 4). Следовательно, с увеличением скорости полета необходимо регулировать подачу топлива в камеру сгорания с таким расчетом, чтобы поддерживать постоянным качество смеси. При этом условии тяга ПуВРД в определенном диапазоне скоростей полета меняется незначительно. Сравнивая тяговые характеристики авиамодельного ПуВРД и поршневого моторчика с винтом фиксированного шага (см. рис. 5), можно сказать, что тяга ПуВРД в значительном диапазоне скоростей практически остается Рис. 5. Изменение тяги ПуВРД с автоматом полачи топлива в зависимости от скорости полета постоянной; тяга же поршневого моторчика с винтом фиксированного шага с увеличением скорости полета начинает сразу падать. Точки пересечения кривых располагаемых тяг ПуВРД и поршневого моторчика с кривой потребной тяги для соответствующих моделей с равными аэродинамическими качествами определяют максимальные скорости полета, которые эти модели могут развить в горизонтальном полете. Модель с ПуВРД может развивать значительно большую скорость, чем модель с поршневым моторчиком. Это и определяет преимущество ПуВРД. В действительности на моделях с ПуВРД, полетный вес которых строго ограничен спортивными нормами, как правило, не устанавливают автомат подачи топлива, так как в настоящее время еще нет простых по конструкции автоматов, надежных в эксплуатации и, главное, небольших по габаритам и весу. Поэтому используются простейшие топливные системы, в которых топливо в диф-фузорную часть головки поступает за счет разрежения, создаваемого в ней при прохождении воздуха, или подается под давлением, отбираемым из камеры сгорания и направляемым в топливный бачок, или с помощью качающего устройства. Ни одна из используемых топливных систем не поддерживает постоянным качество топливно-воздушной смеси при изменении скорости и высоты полета. В главе 7 при рассмотрении топливных систем указывается па влияние каждой из них на характер изменения тяги ПуВРД в зависимости от скорости полета; там же даны и соответствующие рекомендации. Определение основных параметров ПуВРД Сравнивать двигатели между собой и выявлять преимущества одного перед другим удобнее всего по удельным параметрам, для определения которых необходимо знать основные данные двигателя: тягу Р, расход топлива Ст и расход воздуха GD. Как правило, основные параметры ПуВРД определяются экспериментальным путем, с использованием несложного оборудования. Разберем теперь методы и приспособления, с помощью которых можно определить эти параметры. Определение тяги. На рис. 6 дана принципиальная схема испытательного стенда для определения тяги малогабаритного ПуВРД. На ящике, изготовленном из 8-мм фанеры, крепятся две металлические стойки, заканчивающиеся в верхней части полукольцами. На этих полукольцах шарнирно подвешены два хомутика крепления двигателя: один из них расположен в месте перехода камеры сгорания в реактивное сопло, а другой — на выхлопной грубе. Нижние части стоек жестко приклёпаны к стальным осям; острые концы осей входят в соответствующие конические углубления в зажимных винтах. Зажимные винты ввернуты в неподвижные стальные кронштейны, установленные в верхней части ящика. Таким образом, при повороте стоек на своих осях двигатель сохраняет горизонтальное положение. К передней стойке прикреплен один конец спиральной пружины, другой конец которой соединен с петлей на ящике. Задняя стойка имеет стрелку, перемещающуюся по шкале. Тарировку шкалы можно производить с помощью динамометра, зацепив его за веревочную петлю, прнвя занную к топливной трубке в диффузоре. Динамометр должен быть расположен вдоль оси двигателя. Во время запуска двигателя передняя стопка удерживается специальным стопором и только в том случае, когда нужно замерить тягу, стопор снимается. Внутри ящика размещены воздушный баллон объемом примерно 4 л, пусковая кагушка и трансформатор, используемые для запуска двигателя. Электрический ток подводится от сети к трансформатору, понижающему напряжение до 24 в, а от трансформатора — к пусковой катушке. Проводник высокого напряжения от пусковой катушки через верхнее днище ящика подсоединяется к электрической запальной свече двигателя. Принципиальная электрическая схема зажигания дана на рис. 7. При использовании аккумуляторных батарей напряжением 12-т- 24 в трансформатор отключается и батареи подсоединяются к клеммам Более простая схема станка для замера тяги ПуВРД приведена на рис. 8. Станок состоит из основания (доски с двумя железными или дюралюминиевыми уголками), тележки с крепежными хомутиками для двигателя, динамометра н топливного бачка. Стойка с топливным бачком сдвинута от оси двигателя с таким расчетом, чтобы не мешать перемещению двигателя во время его работы. Колеса тележки имеют направляющие пазы глубиной 3 — 3,5 мм н шириной на 1 мм больше ширины ребра уголка. После запуска двигателя и установления режима его работы стопорная петля снимается с крючка тележки и замеряется тяга по динамометру. Определение расхода топлива. На рис. 9 дана схема топливного бачка, с помощью которого можно легко определить расход топлива. На этом бачке закреплена стеклянная трубка, имеющая две отметки, между которыми объем бачка точно вымерен. Необходимо, чтобы перед определением расхода топлива, потребляемого двигателем, уровень топлива в бачке был немного выше верхней отметки. Перед запуском двигателя топливный бачок должен быть закреплен на штативе в строго вертикальном положении. Как только уровень топлива в бачке подойдет к верхней отметке, нужно включить секундомер, а затем, когда уровень топлива подойдет к нижней отметке, выключить его. Зная объем бачка между отметками V, удельный вес топлива 7Т и время работы двигателя t, можно легко определить секундный весовой расход топлива Чтобы более точно определить расход топлива, рекомендуется делать расходный бачок диаметром не более 50 мм, а расстояние между отметками не менее 30 — 40 мм. Определение расхода воздуха. На рис. 10 приведена схема установки для определения расхода воздуха. Она состоит из ресивера (емкости) объемом не менее 0,4 м3, входного патрубка, выходного патрубка и спиртового микроманометра. Ресивер в данной установке необходим для того, чтобы гасить колебания воздушного потока, вызываемые периодичностью всасывания смеси в камеру сгорания, и создавать в цилиндрическом входном патрубке равномерный поток воздуха. Во входном патрубке, диаметр которого 20 — 25 мм и длина не менее 15 и не более 20 диаметров, примерно посредине установлены две трубки диаметром 1,5 — 2,0 мм: одна своей открытой частью направлена строго против потока и предназначена для замера полного давления, другая припаяна заподлицо с внутренней стенкой входного патрубка для замера статического давления. Выходные концы трубок соединены с трубками микроманометра, который при прохождении воздуха по заборному патрубку покажет скоростной напор. Вследствие малых перепадов давления во входном патрубке спиртовой микроманометр устанавливается не вертикально, а под углом 30 или 45°. Желательно, чтобы выходной патрубок, подводящий воздух к испытуемому двигателю, имел резиновый наконечник для герметичного соединения головки двигателя с кромкой выходного патрубка. Чтобы замерить расход воздуха, двигатель запускается, выводится на устойчивый режим работы и постепенно входной частью головки подводится к выходному патрубку ресивера и плотно к нему прижимается. После того, как по микроманометру замерен перепад давления Н[м], двигатель отводится от выходного патрубка ресивера и останавливается. Затем, пользуясь формулой: (...) Таким образом, мы определили все основные параметры двигателя — тягу, секундный расход топлива, секундный расход воздуха — и знаем его сухой вес и лобовую площадь; теперь можем легко найти основные удельные параметры: Руя, Суд, тУД, РЛоб- Кроме того, зная основные параметры двигателя, можно определить среднюю скорость истечения газов из выхлопной трубы и качество смеси, поступающей в камеру сгорания. Так, например, при работе двигателя на земле формула для определения тяги имеет вид: (...) Все величины в выражении для а известны. Определение давления в камере сгорания и частоты циклов. В процессе экспериментирования для выявления лучших образцов двигателей часто определяют максимальное давление и максимальное разрежение в камере сгорания, а также частоту циклов. Рис. 11. Осциллограммы частоты циклов двух ПуВРД, снятые шлейфовым осциллографом с пьезокварцевым датчиком: а — осциллограмма первого двигателя; 6 — осциллограмма второго двигателя Частота циклов определяется или с помощью резонансного частотомера, или с помощью шлейфового осциллографа с пьезокварцевым датчиком, который устанавливается на стенке камеры сгорания или подставляется к обрезу выхлопной трубы. Осциллограммы, снятые при замере частоты двух различных двигателей, приведены на рис. И. Пьезокварцевый датчик в данном случае подводился к обрезу выхлопной трубы. Равномерные, одной высоты кривые 1 представляют собой отсчет времени. Расстояние между соседними пиками соответствует V350 сек. На средних кривых 2 показаны колебания газового потока. Осциллограф зафиксировал не только основные циклы — вспышки в камере сгорания (это кривые с наибольшей амплитудой), но и другие менее активные колебания, имеющие место в процессе сгорания смеси и выбрасывания ее из двигателя. Максимальное давление и максимальное разрежение в камере сгорания с приближенной точностью можно определять с помощью ртутных пьезометров и двух несложных датчиков (рис. 12), причем датчики имеют одинаковую конструкцию. Разница заключается лишь в их установке на камеру сгорания; один датчик установлен так, чтобы выпускать газ из камеры сгорания, другой, чтобы впускать в нее. Первый датчик подключается к пьезометру, замеряющему максимальное давление, второй — к пьезометру, замеряющему разрежение. По давлению и разрежению в камере сгорания и частоте циклов можно судить об интенсивности циклов, о нагрузках, которые испытывают стенки камеры сгорания и всей трубы, а также пластинчатые клапаны решетки. В настоящее время у лучших образцов ПуВРД максимальное давление в камере сгорания доходит до 1,45 — 1,65 кг/см2, минимальное давление (разрежение) до 0,8 -т-0,70 кг!см2, а частота до 250 и более циклов в секунду. Зная основные параметры двигателя и умея их определять, авиамоделисты-экспериментаторы смогут сравнивать двигатели, а главное, работать над более лучшими образцами ПуВРД. KOHEЦ ФPAГMEHTA КНИГИ
|
