Как собрать реактивный двигатель: суровое развлечение
В прошлой статье (читайте по ссылке) мы рассказали об истории и принципах работы пульсирующего воздушно-реактивного двигателя, а также о том, как мы вырезали из листового металла и сварили корпус гигантского китайского ПуВРД. Настало время смонтировать на нем систему зажигания.
Внимательный читатель может возразить нам, что, по нашим же собственным словам, система зажигания для работы ПуВРД не требуется. Формально это действительно так: как только двигатель выходит на рабочий режим, зажигание выключается, так как тепла несгоревших газов вполне достаточно для воспламенения новой порции смеси. Однако для запуска ПуВРД необходима искра, причем надежная и постоянная.
Последовательность запуска двигателя такова: сначала открыть газ, затем привести в движение магнето, а после подавать во входную трубу сжатый воздух, пока двигатель не заведется. После этого магнето можно выключить, а компрессор убрать — двигатель вполне сможет работать без их помощи.
Напомним, что во время рабочего такта смесь в камере сгорания интенсивно расширяется в результате дефлаграции — дозвукового горения. Горючие газы вырываются и из выходной, и из входной трубы, однако из-за небольшой длины входной трубы давление в ней падает быстрее. Движущиеся по выходной трубе газы создают разрежение в двигателе, засасывая новую смесь в камеру сгорания. Разрежение возрастает настолько быстро, что часть газов возвращается по выхлопной трубе обратно в камеру, поджигая новую порцию топлива.
Как видите, весь цикл начинается с интенсивного расширения горючего состава. Чтобы положить начало череде скачков давления, самая первая порция смеси должна иметь идеальное соотношение газа и воздуха. В противном случае газ загорится, но не расширится, и вся конструкция превратится из двигателя в жалкое подобие огнемета.
Топливный инжектор делается из газовой горелки. Трубка диаметром 3 мм должна входить в трубу на глубину 4 см. Передвигая трубку ближе или дальше от камеры сгорания, можно в небольших пределах регулировать качество топливной смеси.
Чтобы добиться идеального состава смеси на старте, опытные моделисты давно придумали специальную последовательность запуска. Сначала в двигатель подается газ, который полностью заполняет камеру сгорания. Затем включается искровое зажигание. Искра высекается непрерывно, но она не в силах поджечь переобогащенную смесь.
И лишь затем во впускную трубу подается сжатый воздух из компрессора. Как только в камере становится достаточно воздуха, чтобы газ воспламенился, происходит запуск. Богатая смесь на грани воспламенения — то что надо для первого рывка. Затем компрессор можно убрать, а систему зажигания выключить.
Плохой контакт свечи с наконечником -распространенная беда советской мототехники, а вместе с ней и нашего двигателя.
Раздеваем «Муравья»
Вариантов системы зажигания для любительских ПуВРД придумано немало. Самый простой — установить в камере сгорания калильную свечу от дизельного двигателя и перед запуском разогревать ее до рабочей температуры таблеткой сухого спирта. Такая процедура имеет положительный побочный эффект в виде прогрева камеры сгорания. В более продвинутых вариантах калильная свеча запитывается от автомобильного аккумулятора.
Недостаток калильной свечи заключается в невозможности точно контролировать время зажигания. Подавая газ в камеру сгорания с уже работающей свечой, мы рискуем вместо дефлаграции получить обычный факел. Поэтому наиболее надежным и удобным считается искровое зажигание, которое можно включить после заполнения двигателя газом.
Простой и надежный источник искры — магнето от бензопилы, мотоблока или мопеда. Наш выбор пал на магнето от мотороллера «Муравей». С одной стороны, это готовый узел с собственным корпусом и приводным валом, тогда как в более современных двигателях статор магнето интегрируется в картер и не отделяется от него. С другой стороны, у грузового «Муравья» полноразмерный 200-кубовый мотор, которому, как и нашему ПуВРД, нужна надежная мощная искра. Магнето приводится в движение торцевым ключом, зажатым в патрон дрели.
Правильный способ крепления свечи к двигателю — приварить к нему гайку, в которую вкручивается свеча. В этом вопросе мы потерпели фиаско: свечи зажигания имеют резьбу с уменьшенным шагом, и соответствующую гайку днем с огнем не сыщешь. Поэтому, да простят нас технологические пуристы, свечу пришлось просто приварить. На качестве контакта с массой это, к счастью, не сказалось.
Газ зажегся, но стремительного расширения горючей смеси не произошло. Пропан свободно проходит через двигатель, а из выходной трубы вырывается яркое пламя. Зрелищно, но не эффективно.
На фотографиях нашего двигателя вы можете заметить две свечи. Дело в том, что классическая схема подразумевает установку свечи на торец камеры сгорания. Но, поступив таким образом, мы не смогли добиться зажигания смеси. По всей видимости, газ застаивался в камере, а подаваемый из компрессора воздух проходил мимо — прямо в выходную трубу.
Мы решили проблему, установив вторую свечу непосредственно на пути смеси в камеру. Этот способ не является классическим, поэтому мы настоятельно рекомендуем вам не ограничиваться им, а попробовать несколько вариантов.
Интенсивное расширение правильно смешанного воздушно-пропанового коктейля привело к циклическим скачкам давления в камере сгорания, то есть к запуску двигателя. Раскаленный докрасна корпус — признак успеха.
Во всю Ивановскую
Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель — универсальный источник тяги для любого транспорта. Он может толкать вперед и гоночный карт, и велосипед, и легкую лодку. Чтобы сэкономить драгоценные килограммы для полезной нагрузки, мы выбрали самый легкий спортивный снаряд — лонгборд.
Будем честны: в реальной жизни поездка на лонгборде с ПуВРД далеко не так зрелищна, как на фотографиях. Расчетная тяга нашего двигателя не дотягивает и до 10 кг, поэтому движется наш ракетный транспорт степенно и величественно, как грузовая баржа. Зато звучит на все 140 дБ и раскаляется докрасна. Если вам удастся запустить ПуВРД, об этом незамедлительно узнают все в радиусе пары километров. Так что имейте в виду: поездка на ракетной доске без шлема еще простительна, но запуск двигателя без защитных наушников вы не простите себе никогда.
