Авіамодельні двигуни. Пульсуючі повітряно-реактивниі двигуни.

ПРИНЦИП ДІЇ АВІАМОДЕЛЬНОГО ПВРД

ПуВРД має такі основні елементи: вхідна ділянка а — (рис. 1) (надалі вхідну частину називатимемо головкою /), що закінчується клапанною решіткою, що складається з диска 6 і клапанів 7; камеру згоряння 2, ділянка - г; реактивне сопло 3, ділянка д - вихлопну трубу 4, ділянка д - е.

Вхідний канал голівки / має конфузорний а – б і дифузорний б – у ділянки. На початку дифузорної ділянки встановлюється паливна трубка 8 з регулювальною голкою 5.

1-головка. 2-камера згоряння. 3-реактивне сопло. 4-вихлопна труба. 5-регулювальна труба. 6-диск клапанних ґрат. 7-клапан. 8-паливна трубка. 9-заливна горловина. 10-паливний бачок. 11-запальна свічка.

Повітря, проходячи через конфузорну частину, збільшує свою швидкість, внаслідок чого тиск на цій ділянці згідно із законом Бернуллі падає. Під дією зниженого тиску з трубки 8 починає підсмоктуватися паливо, яке потім підхоплюється струменем повітря, розбивається нею більш дрібні частинки і випаровується. Утворена карбюрована суміш, проходячи дифузорну частину головки, дещо підтискується за рахунок зменшення швидкості руху і остаточно перемішаному вигляді через вхідні отвори клапанної решітки надходить в камеру згоряння.

Спочатку паливно-повітряна суміш, що заповнила об'єм камери згоряння, спалахує за допомогою електричної свічки, в крайньому випадку за допомогою відкритого вогнища полум'я, що підводиться до обрізу вихлопної труби, тобто до перерізу з - е. Коли двигун вийде на робочий режим, знову надходить у камеру згоряння паливно-повітряна суміш спалахує немає від стороннього джерела, як від гарячих газів. Таким чином, електрична свічка або інше джерело полум'я потрібні лише в період запуску двигуна.

Гази, що утворилися в процесі згоряння паливно-повітряної суміші, різко підвищують тиск у камері згоряння, і пластинчасті клапани клапанної решітки закриваються, а гази спрямовуються у відкриту частину камери згоряння у бік вихлопної труби. У певний момент тиск та температура газів досягають свого максимального значення. У цей період швидкість закінчення газів з реактивного сопла і тяга, що розвивається двигуном, також максимальні.

Під дією підвищеного тиску в камері згоряння гарячі гази рухаються у вигляді газового «поршня», який, проходячи через реактивне сопло, набуває максимальної кінетичної енергії. У міру виходу основної маси газів з камери згоряння тиск у ній

починає падати. Газовий поршень, рухаючись за інерцією, створює за собою розрідження. Це розрідження починається від клапанних ґрат і в міру руху основної маси газів у бік виходу поширюється на всю довжину робочої труби двигуна, т. с. до перерізу е - е. В результаті цього під дією високого тиску в дифузорній частини головки пластинчасті клапани відкриваються і камера згоряння наповнюється черговою порцією топливно-повітряної суміші.

З іншого боку, розрідження, що поширилося до обрізу вихлопної труби, призводить до того, що швидкість частини газів, що рухаються вихлопною трубою у бік виходу, падає до нуля, а потім отримує зворотне значення,  гази в суміші з підсмоктуваним повітрям починають рухатися в бік камери згоряння. До цього часу камера згоряння наповнилася черговою порцією топлнвпо-повітряної суміші і гази (хвиля тиску), що рухаються у зворотному напрямку, трохи підтискають її і запалюють.

Таким чином, у робочій трубі двигуна в процесі його роботи відбувається коливання газового стовпа: у період підвищеного тиску в камері згоряння гази рухаються у бік виходу, у період зниженого тиску у бік камери згоряння. І чим інтенсивніше коливання газового стовпа в робочій трубі, тим глибша величина розрідження в камері згоряння, тим більше в неї надійде паливно-повітряна суміш, що, у свою чергу, призведе до підвищення тиску, а отже, і до збільшення тяги, що розвивається двигуном за цикл.

Після того як спалахнула чергова порція топливно-повітряної суміші, цикл повторюється. На рис. 2 схематично показана послідовність роботи двигуна за один цикл:

- Заповнення камери згоряння свіжою сумішшю при відкритих клапанах в період запуску а;

- момент займання суміші б (гази, що утворилися при згорянні, розширюються, тиск у камері згоряння зростає, клапани закриваються і гази спрямовуються через реактивне сопло у вихлопну трубу);

- продукти згоряння у своїй основній масі у вигляді газового «поршня» рухаються до виходу і створюють за собою розрідження, клапани відкриваються і відбувається наповнення камери згоряння свіжою сумішшю в;

— до камери згоряння продовжує надходити свіжа суміш г (основна маса газів — газовий «поршень» — залишила вихлопну трубу, і розрідження поширилося до обрізу вихлопної труби, через який починається всмоктування частини залишкових газів та чистого повітря з атмосфери);

- Закінчується наповнення камери згоряння свіжою сумішшю д (клапани закриваються і з боку вихлопної труби у напрямку до клапанної решітки рухається стовп залишкових газів і повітря, що підтискає суміш);

— у камері згоряння відбувається запалення та згоряння суміші е (гази прямують через реактивне сопло у вихлопну трубу і цикл повторюється).

Внаслідок того, що тиск у камері згоряння змінюється від якогось максимального значення, більше атмосферного, до мінімального, менше атмосферного, швидкість закінчення газу з двигуна теж непостійна протягом циклу. У момент найбільшого тиску в камері згоряння швидкість закінчення реактивного сопла також найбільша. Потім, у міру виходу основної маси газів із двигуна, швидкість закінчення падає до нуля і далі спрямована вже у бік клапанних ґрат. Залежно від зміни швидкості закінчення та маси газів за цикл змінюється і тяга двигуна.

рис3. Характер зміни тиску та швидкості витікання газів за цикл ПуВРД з довжиною вихлопної труби.

На рис. 3 показаний характер зміни тиску р і швидкості закінчення газу Се за цикл ПуВРД з довгою вихлопною трубою. З малюнка видно, що швидкість закінчення газу, з деяким зсувом за часом, змінюється відповідно до зміни тиску і досягає свого максимуму приблизно за максимального значення тиску. У період, коли тиск у робочій трубі нижчий за атмосферний, швидкість закінчення і тяга — негативні (ділянка ш), оскільки гази рухаються по вихлопній трубі у бік камери згоряння.

Внаслідок того, що гази, рухаючись по вихлопній трубі, утворюють розрідження в камері згоряння, ПуВРД може працювати на місці за відсутності швидкісного напору.