Повітряний реактивний двигун власноруч. Як зробити реактивний двигун власноруч. Будова та принцип дії ПуВРД

У просторах світового павутиння можна знайти чимало форумів та обговорення, які стосуються цього виду двигунів. Однак до цього було неможливо знайти російськомовну інструкцію з виготовлення пульсуючого повітряно-реактивного двигуна, оскільки виключно всі відео та текстові матеріали були англійською. На щастя наші довгі пошуки мали успіх, і ми представляємо вам матеріал, в якому зроблено огляд російськомовного відеоролика з виготовлення двигуна Рейнста.

Представляємо вашій увазі відео від автора

Що ж нам знадобиться для збирання:
- Скляна банка 400 мл;
- банку від згущеного молока;
- мідний дріт;
- спирт;
- ножиці;
- циркуль;
- Плоскогубці;
- дрімель;
- папір;
- Олівець.

Відразу зазначимо, що з банки від згущеного молока нам потрібна лише бічна бляшанка. Також уточнимо, що якщо під рукою не виявиться дрімя, то можна скористатися звичайним шилом, оскільки нам потрібний отвір маленького діаметру. Можна приступати до збирання двигуна.

Для початку виготовляємо в кришці від скляної банки отвір діаметром приблизно 12 мм. Чому приблизно? Справа в тому, що точних формул для збирання такого двигуна просто немає.

Після цього нам потрібно згорнути дифузор. Для цього беремо папір і малюємо на ньому шаблон, як показано нижче. Малювати шаблон потрібно циркулем. Виміряй такі: ближній радіус від середини приблизно 6 см., далекий – 10.5 см. Після цього з сектора, що вийшов, відміряємо 6 см. На ближньому радіусі і обрізаємо.

Прикладаємо шаблон на бляшанку від банки згущеного молока і обводимо.

Після цього вирізаємо отриману деталь ножицями.

Відгинаємо по міліметрі від двох країв у різні боки.

Тепер формуємо конус і зачіплюємо відігнуті частини один за одного.

Наш дифузор готовий.

Тепер свердлимо отвори із чотирьох сторін на вузькій частині дифузора.

Те саме робимо на кришці навколо центрального отвору.

Тепер за допомогою дроту підвішуємо дифузор під отвір на кришці. Відстань від верхнього краю має бути приблизно 5-7 мм.

Ви знали, що якщо в зігнуту дугою трубу покласти сухого спирту, подути повітрям з компресора і подати газ з балона, то вона розлютиться, кричатиме винищувача, що злітає, і червонітиме від злості? Це образний, але дуже близький до істини опис роботи безклапанного пульсуючого повітряно-реактивного двигуна - справжнього реактивного двигуна, побудувати який під силу кожному.

Принципова схема Безклапанний ПуВРД не містить жодної рухомої деталі. Клапаном йому служить фронт хімічних перетворень, що утворюється під час згоряння палива.

Сергій Апресов Дмитро Горячкін

Безклапанний ПуВРД – дивовижна конструкція. У ній немає частин, що рухаються, компресора, турбіни, клапанів. Найпростіший ПВРД може обійтися навіть без системи запалення. Цей двигун здатний працювати практично на будь-чому: замініть балон з пропаном каністрою з бензином - і він продовжить пульсувати і створювати тягу. На жаль, ПуВРД виявились неспроможними в авіації, але останнім часом їх серйозно розглядають як джерело тепла під час виробництва біопалива. І в цьому випадку двигун працює на графітовому пилу, тобто на твердому паливі.

Нарешті, елементарний принцип роботи пульсуючого двигуна робить його відносно байдужим до точності виготовлення. Тому виготовлення ПуВРД стало улюбленим заняттям для людей, небайдужих до технічних хобі, у тому числі авіамоделістів та зварювальників-початківців.

Незважаючи на всю простоту, ПуВРД це все-таки реактивний двигун. Зібрати його в домашній майстерні дуже непросто, і в цьому процесі чимало нюансів та підводного каміння. Тому ми вирішили зробити наш майстер-клас багатосерійним: у цій статті ми поговоримо про принципи роботи ПуВРД та розповімо, як виготовити корпус двигуна. Матеріал у наступному номері буде присвячений системі запалення та процедурі запуску. Нарешті, в одному з наступних номерів ми обов'язково встановимо наш мотор на шасі, що саморухається, щоб продемонструвати, що він дійсно здатний створювати серйозну тягу.

Від російської ідеї до німецької ракети

Збирати пульсуючий реактивний двигун особливо приємно, знаючи, що вперше принцип дії ПуВРД запатентував російський винахідник Микола Телешов ще 1864 року. Авторство першого двигуна, що діє, також приписується росіянину — Володимиру Караводіну. Найвищою точкою розвитку ПуВРД по праву вважається знаменита крилата ракета «Фау-1», яка перебувала на озброєнні Німеччини під час Другої світової війни.

Щоб працювати було приємно та безпечно, ми попередньо очищаємо листовий метал від пилу та іржі за допомогою шліфувальної машинки. Краї листів і деталей, як правило, дуже гострі і рясніють задирками, тому працювати з металом треба тільки в рукавичках.

Звичайно ж, йдеться про клапанні пульсуючі двигуни, принцип дії яких зрозумілий з малюнка. Клапан на вході в камеру згоряння безперешкодно пропускає повітря. У камеру подається паливо, утворюється горюча суміш. Коли свічка запалювання підпалює суміш, надлишковий тиск камери згоряння закриває клапан. Гази, що розширюються, направляються в сопло, створюючи реактивну тягу. Рух продуктів згоряння створює в камері технічний вакуум, завдяки якому клапан відкривається, і всмоктується в камеру повітря.

На відміну від турбореактивного двигуна, в ПуВРД суміш горить не безперервно, а імпульсному режимі. Саме цим пояснюється характерний низькочастотний шум пульсуючих моторів, який робить їх непридатними для цивільної авіації. З точки зору економічності ПуВРД також програють ТРД: незважаючи на вражаюче ставлення тяги до маси (адже у ПуВРД мінімум деталей), ступінь стиснення в них сягає сили 1,2:1, тому паливо згоряє неефективно.

Перш ніж вирушати до майстерні, ми накреслили на папері та вирізали шаблони розгорток деталей у натуральну величину. Залишилося лише обвести їх перманентним маркером, щоб одержати розмітку для вирізування.

Натомість ПуВРД безцінні як хобі: адже вони можуть обходитися взагалі без клапанів. Принципово конструкція такого двигуна є камерою згоряння з приєднаними до неї вхідною та вихідною трубами. Вхідна труба набагато коротша за вихідний. Клапаном у такому двигуні служить не що інше, як фронт хімічних перетворень.

Горюча суміш ПуВРД згоряє з дозвуковою швидкістю. Таке горіння називається дефлаграцією (на відміну надзвукового — детонації). При запаленні суміші горючі гази вириваються з обох труб. Саме тому і вхідна, і вихідна труби направлені в один бік і спільно беруть участь у створенні реактивної тяги. Але за рахунок різниці довжин у той момент, коли тиск у вхідній трубі падає, у вихідний ще рухаються вихлопні гази. Вони створюють розрідження в камері згоряння і через вхідну трубу в неї затягується повітря. Частина газів із вихідної труби також прямує в камеру згоряння під дією розрідження. Вони стискають нову порцію горючої суміші та підпалюють її.

Працюючи з електричними ножицями головний ворог — вібрації. Тому заготовку потрібно надійно фіксувати за допомогою струбцини. За потреби можна дуже акуратно погасити вібрації рукою.

Безклапанний пульсуючий двигун невибагливий та стабільний. Для підтримки роботи не потрібна система запалювання. За рахунок розрідження він всмоктує повітря, не вимагаючи додаткового наддуву. Якщо будувати двигун на рідкому паливі (ми для простоти віддали перевагу газу пропану), то вхідна труба справно виконує функції карбюратора, розпорошуючи в камеру згоряння суміш бензину і повітря. Єдиний момент, коли потрібна система запалення та примусовий наддув, – це запуск.

Китайський дизайн, російська збірка

Існує кілька поширених конструкцій пульсуючих реактивних двигунів. Крім класичної «U-подібної труби», дуже складної у виготовленні, часто зустрічається «китайський двигун» з конічною камерою згоряння, до якої під кутом приварюється невелика вхідна труба, і «російський двигун», що нагадує за конструкцією автомобільний глушник.

Труби фіксованого діаметра легко формуються довкола труби. В основному це робиться руками за рахунок ефекту важеля, а краї заготовки закруглюються за допомогою киянки. Краї краще формувати так, щоб при стикуванні вони утворювали площину - так легко покласти зварний шов.

Перш ніж експериментувати з власними конструкціями ПуВРД, рекомендується побудувати двигун за готовими кресленнями: адже перерізи та об'єми камери згоряння, вхідний і вихідний труб повністю визначають частоту резонансних пульсацій. Якщо не дотримуватись пропорцій, двигун може не запуститися. Різноманітні креслення ПуВРД доступні в Інтернеті. Ми вибрали модель під назвою "Гігантський китайський двигун", розміри якої наводимо у врізанні.

Аматорські ПуВРД виготовляються з листового металу. Застосовувати в будівництві готові труби можна, але не рекомендується з кількох причин. По-перше, практично неможливо підібрати труби точно необхідного діаметра. Тим паче складно знайти необхідні конічні секції.

Згинання конічних секцій - це виключно ручна праця. Запорука успіху – обтискати вузький кінець конуса навколо труби малого діаметра, даючи на нього більше навантаження, ніж широку частину.

По-друге, труби, як правило, мають товсті стінки та відповідну вагу. Для двигуна, який повинен мати хороше співвідношення тяги до маси, це неприйнятно. Нарешті, під час роботи двигун розжарюється до червоного. Якщо використовувати в конструкції труби і фітинги з різних металів з різним коефіцієнтом розширення, двигун проживе недовго.

Отже, ми обрали шлях, який обирає більшість любителів ПуВРД, — виготовити корпус із листового металу. І тут же постали перед дилемою: звернутися до професіоналів зі спеціальним обладнанням (верстати для водно-абразивного різання з ЧПУ, вальці для прокату труб, спеціальне зварювання) або, озброївшись найпростішими інструментами і найпоширенішим зварювальним апаратом, пройти нелегкий шлях початківця двигуна. кінця. Ми віддали перевагу другому варіанту.

Знову в школу

Перше, що потрібно зробити, — накреслити розгортки майбутніх деталей. Для цього необхідно згадати шкільну геометрію та зовсім небагато вузівського креслення. Зробити розгортки циліндричних труб простіше простого - це прямокутники, одна сторона яких дорівнює довжині труби, а друга - діаметру, помноженому на пі. Розрахувати розгортку усіченого конуса чи усіченого циліндра — трохи складніше завдання, на вирішення якої нам довелося зазирнути у підручник креслення.

Зварювання тонкого листового металу - найтонша робота, особливо якщо ви використовуєте ручне дугове зварювання, як ми. Можливо, для цього завдання краще підійде зварювання вольфрамовим електродом, що не плавиться, в аргонному середовищі, але обладнання для нього рідкісне і вимагає специфічних навичок.

Вибір металу – дуже делікатне питання. З точки зору термостійкості для наших цілей найкраще підходить нержавіюча сталь, але для першого разу краще використовувати чорну низьковуглецеву сталь: її простіше формувати і варити. Мінімальна товщина листа, здатного витримати температуру згоряння палива, – 0,6 мм. Чим тонша сталь, тим легше її формувати та важче варити. Ми вибрали лист товщиною 1 мм і, схоже, не помилилися.

Навіть якщо ваш зварювальний апарат може працювати в режимі плазмового різання, не використовуйте його для вирізування розгорток: краї оброблених таким чином деталей погано зварюються. Ручні ножиці по металу теж не найкращий вибір, так як вони загинають краї заготовок. Ідеальний інструмент - електричні ножиці, які ріжуть міліметровий лист як по маслу.

Для згинання листа в трубу є спеціальний інструмент - вальці або листогиб. Він відноситься до професійного виробничого обладнання, тому навряд чи знайдеться у вас в гаражі. Зігнути гідну трубу допоможуть лещата.

Процес зварювання міліметрового металу повнорозмірним зварювальним апаратом потребує певного досвіду. Трохи передерши електрод на одному місці, легко пропалити в заготівлі дірку. При зварюванні в шов можуть потрапити бульбашки повітря, які потім дадуть текти. Тому має сенс шліфувати шов болгаркою до мінімальної товщини, щоб бульбашки не залишалися всередині шва, а ставали видимими.

У наступних серіях

На жаль, у рамках однієї статті неможливо описати усі нюанси роботи. Вважають, що ці роботи вимагають професійної кваліфікації, проте за належної старанності всі вони доступні любителю. Нам, журналістам, самим було цікаво освоїти нові для себе робітничі спеціальності, і для цього ми читали підручники, радилися з професіоналами та робили помилки.

Корпус, який ми зварили, нам сподобався. На нього приємно дивитись, його приємно тримати в руках. Тож щиро радимо і вам взятися за таку справу. У наступному номері журналу ми розповімо, як виготовити систему запалювання та запустити безклапанний пульсуючий повітряно-реактивний двигун.

Безклапанний пульсуючий двигун - найпростіший у світі реактивний двигун. Його розробки на жаль були припинені з початком широкого застосування турбореактивних двигунів, але він продовжує представляти інтерес для любителів, оскільки може бути побудований у домашній майстерні. Я побудував мій двигун, вивчивши патент Локвуда, згідно з яким пристрій може мати будь-який розмір, при дотриманні певних пропорцій. Двигун не має частин, що рухаються, також він може працювати на будь-якому паливі, якщо його випарувати до входу в камеру згоряння (я використовував суміш бензину і дизельного палива в рівних частинах), але старт відбувається на газі (це значно простіше). Конструкція проста і відносно недорога для повторення. Я не знаю, з якою частотою відбуваються вибухи в камері згоряння мого двигуна, але здогадуюсь, що це відбувається близько 30-50 разів на секунду, робота пристрою супроводжується дуже сильним шумом. Сподіваюся колись виміряти цю частоту.

Двигун працює на пропані, який надходить у камеру згоряння через довгу металеву трубку, на кінці якої встановлено розпилювач, який допомагає випаровувати рідке паливо. Коли використовується пропан, розпилювач не є обов'язковим, у моєму випадку газ надходить прямо через трубку внутрішнім діаметром 4 мм. Трубка приєднується до згоряючої камери фітингом 10мм. У мене зроблено три такі трубки — одна для пропану, дві інші для дизельного палива та гасу.

У процесі старту пропан подають у камеру згоряння, а потім достатньо лише однієї іскри на свічці, щоб двигун запустився.

Згідно з патентом можна побудувати такий двигун будь-якого розміру. На моєму кресленні зображено мій варіант пристрою, який трохи відрізняється від запропонованого в патенті конструкцією вихлопної труби, що спрощує виготовлення, проте так як я не робив вимірів тяги, можливо, це позначилося на ефективності. Випрямлячі потоку зазвичай подвоюють тягу, і я збираюся спробувати їх зробити.

Скорочення на кресленні:

• NL - довжина сопла
• NM - діаметр сопла
• CL — Довжина камери згоряння
• CM - діаметр камери згоряння
• TL — Довжина хвостової труби
• TM - Діаметр хвостової труби

Балони з газом можна купити будь-де, я вибрав 11-кілограмовий, з індустріальним роз'ємом. Я не використовував жодних редукторів, просто встановив голчастий клапан, оскільки витрата газу досить велика і звичайний редуктор не дасть потрібного потоку. Шанс того, що пропан у трубці та балоні загориться, дуже малий, якщо не спустошувати балон до кінця. На картинках нижче ви можете бачити, як це виглядає.

Іскрова свічка вкручена у спеціально виготовлену на токарному верстаті деталь, вварену в камеру згоряння. Свічку можна використовувати будь-яку, я поставив NGK BP6E S без додаткового опору, а бобін використовував від старого автомобіля. Також я зробив електронну схему для одержання іскри, яку треба отримати лише один раз, у момент старту двигуна.

Корпус труби зварений із триміліметрової нержавійки марки 316L. Я не знав як розрахувати товщину, і просто взяв товстіший лист, із запасом. Двигун запускався дуже багато разів, і жодних проблем не виявлено.

Пілотування літаків стало захопленням, яке об'єднало дорослих та дітей з усього світу. Але з розвитком цієї розваги розвиваються і рушії для міні літаків. Найчисленніший двигун для літаків такого типу є електричний. Але нещодавно на арені двигунів для RC авіамоделей з'явилися реактивні двигуни (РД).

Вони постійно доповнюються різноманітними інноваціями та вигадками конструкторів. Завдання перед ними стоїть досить складне, але можливе. Після створення однієї з перших моделей зменшеного двигуна, яка стала значущою для авіамоделювання, у 1990-х роках багато що змінилося. Перший ТРД був 30 см у довжину, близько 10 см у діаметрі і вагою 1,8 кг, але за десятки років конструкторам вдалося створити більш компактну модель. Якщо ґрунтовно взятися за розгляд їх будови, то можна зменшити складнощів та розглянути варіант створення власного шедевра.

Пристрій РД

Турбореактивні двигуни (ТРД) працюють завдяки розширенню нагрітого газу. Це найефективніші двигуни для авіації, навіть міні, що працюють на вуглецевому паливі. З моменту появи ідеї створення літака без пропелера, ідея турбіни почала розвиватися у всьому суспільстві інженерів та конструкторів. ТРД складається з наступних компонентів:

• Дифузор;
• Колесо турбіни;
• Камера згоряння;
• компресор;
• Статор;
• Конус сопла;
• Напрямний апарат;
• Підшипники;
• Сопло прийому повітря;
• Паливна трубка та багато іншого.

Принцип роботи

В основі будови турбованого двигуна лежить вал, який крутиться за допомогою тяги компресора і нагнітає швидким обертанням повітря, стискаючи його та спрямовуючи зі статора. Потрапивши у більш вільний простір, повітря відразу починає розширюватися, намагаючись отримати звичний тиск, але в камері внутрішнього згоряння він підігрівається паливом, що змушує його розширитися ще сильніше.

Єдиний шлях для виходу повітря під тиском – вийти з крильчатки. З величезною швидкістю він прагне на волю, прямуючи в протилежний від компресора бік, до крильчатки, що розкручується потужним потоком, і починає швидко обертатися, надаючи тягової сили всьому движку. Частина отриманої енергії починає обертати турбіну, приводячи в дію компресор з більшою силою, а залишковий тиск звільняється через двигун двигуна потужним імпульсом, спрямованим в хвостову частину.

Чим більше повітря нагрівається і стискається, тим сильніше тиск, що нагнітається, і температура всередині камер. Вихлопні гази, що утворюються, розкручують крильчатку, обертають вал і дають можливість компресору постійно отримувати свіжі потоки повітря.

Види управління ТРД

Існує три види керування двигуном:

Види двигунів для авіамоделей

Реактивні двигуни на авіамоделі бувають декількох основних типів та двох класів: повітряно-реактивні та ракетні. Деякі з них застаріли, інші надто затратні, але азартні любителі керованих авіамоделей намагаються випробувати новий двигун у дії. З середньою швидкістю польоту в 100 км/год авіамоделі стають цікавішими для глядача і пілота. Найпопулярніші типи двигуна відрізняються для керованих та стендових моделей, в силу різного ККД, ваги та тяги. Усього типів в авіамоделюванні небагато:

• Ракетний;
• Прямоточний повітряно-реактивний (ПРВД);
• Пульсуючий повітряно-реактивний (ПуРВД);
• Турбореактивний (ТРД);

Ракетнийвикористовується тільки на стендових моделях, і досить рідко. Його принцип роботи відрізняється від повітряно-реактивного. Основним параметром тут є питомий імпульс. Популярний через відсутність необхідності взаємодії з киснем та можливості роботи у невагомості.

Прямоточнийспалює повітря з навколишнього середовища, яке всмоктується з вхідного дифузора камеру згоряння. Повітрозабірник у цьому випадку направляє кисень у двигун, який завдяки внутрішній будові змушує нагнітати тиск біля свіжого потоку повітря. Під час роботи повітря підходить до повітрозабірника зі швидкістю польоту, але у вхідному соплі вона різко зменшується в кілька разів. За рахунок замкнутого простору нагнітається тиск, який при змішуванні з паливом виплескує зі зворотного боку вихлоп із величезною швидкістю.

Пульсуючийпрацює ідентично прямоточному, але у разі згоряння палива непостійне, а періодичне. За допомогою клапанів паливо подається лише у необхідні моменти, коли в камері згоряння починає падати тиск. У своїй більшості реактивний пульсуючий двигун здійснює від 180 до 270 циклів упорскування палива за секунду. Щоб стабілізувати стан тиску (3,5 кг/см2), використовується примусова подача повітря за допомогою насосів.

Турбореактивний двигун,пристрій якого ви розглядали вище, має найскромнішу витрату палива, за рахунок чого і цінуються. Єдиним їх мінусів є низьке співвідношення ваги та тяги. Турбінні РД дозволяють розвинути швидкість моделі до 350 км/год, причому холостий хід двигуна тримається на рівні 35 000 оборотів в хвилину.

Технічні характеристики

Важливим параметром, що змушує авіамоделі літати, є потяг. Вона забезпечує хорошу потужність, здатну піднімати у повітря великі вантажі. Тяга у старих та нових двигунів відрізняється, але у моделей, створених за кресленнями 1960-х років, що працюють на сучасному паливі, та модернізованих сучасними пристроями, ККД та потужність суттєво зростають.

Залежно від типу РД характеристики, як і принцип роботи, можуть відрізнятися, але всім їм для запуску необхідно створити оптимальні умови. Запускаються двигуни за допомогою стартера - інших двигунів, переважно електричних, які прикріплюються до валу двигуна перед вхідним дифузором, або запуск відбувається розкручуванням валу за допомогою стиснутого повітря, що подається на крильчатку.

двигуна GR-180

На прикладі даних із технічного паспорта серійного турбореактивного двигуна GR-180можна побачити фактичні характеристики робочої моделі:
Тяга: 180N при 120 000 об/хв, 10N при 25 000 об/хв
Діапазон оборотів: 25 000 - 120 000 об/хв
Температура вихлопного газу:до 750 ° C
Швидкість закінчення реактивного струменя: 1658 км/год
Витрати палива: 585мл/хв (при навантаженні), 120мл/хв (холостий перебіг)
Маса: 1.2кг
Діаметр: 107мм
довжина: 240мм

Використання

Основною сферою застосування була та залишається авіаційна спрямованість. Кількість і розмір різних типів ТРД для літаків приголомшує, але кожен із них особливий і застосовується за необхідності. Навіть в авіамоделях радіокерованих літаківІноді виникають нові турбореактивні системи, які представляються на загальний огляд глядачам виставок і змагань. Увага до використання дозволяє істотно розвивати здібності двигунів, доповнюючи принцип роботи свіжими ідеями.
В останнє десятиліття парашутисти та спортсмени екстремального виду спорту вінгсьют, інтегрують міні ТРД як джерело тягидля польоту із застосуванням костюм-крилоз тканини для вінгсьюта, у цьому випадку двигуни кріпляться до ніг, або жорсткого крила, що одягається як рюкзак на спину, до якого і кріпляться двигуни.
Ще одним перспективним напрямком використання є бойові безпілотники для військових, на даний момент їх активно використовують у армії США.

Найперспективнішим напрямом використання міні ТРД - безпілотники для транспортуваннятоварів між містами та по світу.

Встановлення та підключення

Встановлення реактивного двигуна та його підключення до системи – процес складний. У єдиний ланцюг необхідно підключити паливний насос, перепускні та регулювальні клапани, бак та температурні датчики. В силу впливу високих температур, зазвичай використовуються з'єднання та паливні трубки з вогнетривким покриттям. Закріплюється все саморобними фітингами, паяльником та ущільненнями. Так як трубка може бути за розміром з голівку голки, з'єднання має бути щільним та ізольованим. Неправильне підключення може призвести до руйнування або вибуху двигуна. Принцип з'єднання ланцюга на стендових і літаючих моделях відрізняється і повинен виконуватися згідно з робочими кресленнями.

Переваги та недоліки РД

Переваг у всіх типів реактивних двигунів безліч. Кожен із типів турбін застосовується для певних цілей, яким не страшні його особливості. В авіамоделюванні використання реактивного двигуна відкриває двері у подолання високих швидкостей та можливості маневрування незалежно від багатьох зовнішніх подразників. На відміну від електро- та ДВС реактивні моделі потужніші і дозволяють проводити літаку у повітрі більше часу.
Висновки
Реактивні двигуни для авіамоделей можуть мати різну тягу, масу, структуру та зовнішній вигляд. Для авіамоделізму вони завжди залишаться незамінними через високу продуктивність та можливість застосовувати турбіну з використання різного палива та принципу роботи. Вибираючи певні цілі, конструктор може коригувати номінальну потужність, принцип утворення тяги і т. д., застосовуючи різні види турбін до різних моделей. Робота двигуна на згорянні палива та нагнітанні тиску кисню робить його максимально ефективним та економічним від 0,145 кг/л до 0,67 кг/л, чого завжди домагалися авіаконструктори.

То зробити? Купити чи зробити своїми руками

Це питання не просте. Так як турбореактивні двигуни, будь то повномасштабними або зменшеними моделями, але вони технічно складні пристрої. Зробити із завдання не з простих. З іншого боку, міні ТРД виробляють виключно в США або країнах Європи, тому і ціна у них в середньому 3000 доларів, плюс мінус 100 доларів. Так що покупка готового турбореактивного двигуна вам обійдеться з урахуванням пересилання та всіх супутніх патрубків та систем 3500 доларів. Ціну можете самі подивитися, достатньо загуглити «турбореактивний двигун Р180-RX»

Тому в сучасних реаліях краще підійти до цієї справи в такий спосіб, що називається зробити своїми руками. Але це не зовсім правильне трактування, скоріше віддати роботу підрядникам. Двигун складається з механічної та електронної частини. Компоненти для електронної частини двигуна купуємо в Китаї, механічну частину замовляємо у місцевих токарів, але для цього необхідні креслення або 3D моделі і в принципі механічна частина у вас в кишені.

Електронна частина

Контролер підтримки режимів двигуна можна зібрати Arduino. Для цього потрібен прошитий Arduino чіп, датчики - датчик оборотів і датчик температури та виконавчі механізми, що регулюється електронікою заслінка подачі палива. Чіп можна прошити самому, якщо знаєте мови програмування, або звернутися на форум для ардуїнщиків за послугою.

Механічна частина

З механікою все цікавіше всі запчастини в теорії можуть виготовити токаря і фрезерувальники, проблема вся в тому, що для цього потрібно їх спеціально шукати. Не проблема знайти токаря, який виготовить вал і втулку валу, а ось інше. Найскладніша деталь у виготовленні – це колесо відцентрового компресора. Воно виготовляється або виливкою. або 5 координатному фрезерному верстаті. Найпростіший спосіб отримати крильчатку відцентрового насоса це її купити, як частина для турбонагнітачів ДВС автомобіля. І вже під неї орієнтувати всі інші деталі.

статтю про те, як зробитиреактивний двигун своїми руками.

Увага! Будівництво власного реактивного двигуна може бути небезпечним. Настійно рекомендуємо вжити всіх необхідних запобіжних заходів при роботі з під ялинкою, а також виявляти крайню обережність під час роботи з інструментами. У саморобцізакладено екстремальні суми потенційної та кінетичної енергії (вибухонебезпечне паливо та рушійні частини), які можуть завдати серйозних травм під час роботи газотурбінного двигуна. Завжди виявляйте обережність та розсудливість при роботі з двигуном та механізмами та носите відповідний захист очей та слуху. Автор не несе відповідальності за використання або неправильне трактування інформації, що міститься в цій статті.

Крок 1: Опрацьовуємо базову конструкцію двигуна

Почнемо процес збирання двигуна з 3Д моделювання. Виготовлення деталей за допомогою ЧПУ верстата значно полегшує процес складання та зменшує кількість годин, які будуть витрачені на припасування деталей. Головна перевага при використанні 3D процесів – це здатність бачити, як деталі взаємодіятимуть разом до того моменту, як вони будуть виготовлені.

Якщо ви хочете виготовити двигун, обов'язково зареєструйтесь на форумах відповідної тематики. Адже компанія однодумців значно пришвидшить процес виготовлення саморобкита значно підвищить шанси на вдалий результат.

Крок 2:

Будьте уважними при виборі турбокомпресора! Вам потрібний великий "турбо" з однією (не розділеною) турбіною. Чим більший турбокомпресор, тим більшим буде тяга готового двигуна. Мені подобаються турбіни із великих дизельних двигунів.

Як правило, важливий не так розмір всієї турбіни, як розмір індуктора. Індуктор – видима область лопаток компресора.

Турбокомпресор на картинці – Cummins ST-50 з великої 18 колісної вантажівки.

Крок 3: Обчислюємо розмір камери згоряння

У кроці наведено короткий опис принципів роботи двигуна і показаний принцип, за яким розраховуються розміри камери згоряння (КС), яку необхідно виготовити для реактивного двигуна.

У камеру згоряння (КС) надходить стиснене повітря (від компресора), яке змішується з паливом і займається. «Гарячі гази» виходять через задню частину КС переміщаючись лопатями турбіни, де вона витягує енергію з газів і перетворює її в енергію обертання валу. Цей вал крутить компресор, що прикріплений до іншого колеса, що виводить більшу частину відпрацьованих газів. Будь-яка додаткова енергія, що залишається від процесу проходження газів, створює тягу турбіни. Досить просто, але насправді трохи складно все це збудувати і вдало запустити.

Камера згоряння виготовлена ​​з великого шматка сталевої труби із кришками на обох кінцях. Усередині КС встановлено розсіювач. Розсіювач – ця трубка, що виготовлена ​​з труби меншого діаметру, яка проходить через усю КС і має безліч просвердлених отворів. Отвори дозволяють стиснутому повітрі заходити в робочий об'єм та змішуватися з паливом. Після того, як сталося загоряння, розсіювач знижує температуру повітряного потоку, що входить у контакт із лопатями турбіни.

Для розрахунку розмірів розсіювача просто подвайте діаметр індуктора турбокомпресора. Помножте діаметр індуктора на 6 і це дасть вам довжину розсіювача. У той час як колесо компресора може бути 12 або 15 см у діаметрі, індуктор буде значно меншим. Індуктор з турбін (ST-50 і ВТ-50 моделей) становить 7,6 см у діаметрі, так що розміри розсіювача будуть: 15 см у діаметрі та 45 см у довжину. Мені хотілося виготовити КС трохи меншого розміру, тому вирішив використовувати розсіювач діаметром 12 см з довжиною 25 см. Я вибрав такий діаметр, перш за все тому, що розміри трубки повторюють розміри дизельного вантажівки вихлопної труби.

Оскільки розсіювач розташовуватиметься всередині КС, рекомендую за відправну точку взяти мінімальний вільний простір в 2,5 см навколо розсіювача. У моєму випадку я вибрав 20 см діаметр КС, тому що вона вписується в заздалегідь закладені параметри. Внутрішній зазор становитиме 3,8 см.

Тепер у вас є зразкові розміри, які можна використовувати при виготовленні реактивного двигуна. Разом із кришками на кінцях та паливними форсунками – ці частини разом утворюватимуть камеру згоряння.

Крок 4: Підготовка торцевих кілець КС

Закріпимо кільця торця за допомогою болтів. За допомогою даного кільця розсіювач буде утримуватись у центрі камери.

Зовнішній діаметр кілець 20 см, а внутрішні діаметри 12 см та 0,08 см відповідно. Додатковий простір (0,08 см) полегшить установку розсіювача, а також служить буфером для обмеження розширень розсіювача (під час його нагрівання).

Кільця виготовляються із 6 мм листової сталі. Товщина 6 мм дозволить надійно приварити кільця та забезпечити стабільну основу для кріплення торцевих кришок.

12 отворів для болтів, що розташовані по колу кілець, забезпечать надійне кріплення при монтажі торцевих кришок. Слід приварити гайки на задню частину отворів, щоб болти могли просто вкручуватися прямо в них. Все це придумано лише тому, що задня частина буде недоступна для гайкового ключа. Інший спосіб - це нарізати різьблення в отворах на кільцях.

Крок 5: Приварюємо торцеві кільця

Для початку потрібно вкоротити корпус до потрібної довжини та вирівняти все належним чином.

Почнемо з того, що обмотаємо великий лист ватману навколо сталевої труби так, щоб кінці зійшлися один з одним і папір був сильно натягнутий. З нього сформуємо циліндр. Надягніть ватман на один кінець труби так, щоб краї труби і циліндра з ватману заходили врівень. Переконайтеся, що там буде достатньо місця (щоб зробити позначку навколо труби), так щоб ви могли сточити метал урівень з позначкою. Це допоможе вирівняти один кінець труби.

Далі слід виміряти точні розміри камери згоряння та розсіювача. З кілець, які будуть приварені, обов'язково відніміть 12 мм. Так як КС буде в довжину 25 см, враховувати варто 24,13 см. Поставте відмітку на трубі і скористайтеся ватманом, щоб виготовити хороший шаблон навколо труби, як робили раніше.

Відріжемо зайве за допомогою болгарки. Не турбуйтеся про точність розрізу. Насправді, ви повинні залишити трохи матеріалу та очистити його пізніше.

Зробимо скіс з обох кінців труби (щоб отримати гарну якість зварного шва). Скористайтеся магнітними зварювальними затискачами, щоб відцентрувати кільця на кінцях труби та переконатися, що вони знаходяться на одному рівні з трубою. Прихопіть кільця з 4-х сторін і дайте їм охолонути. Зробіть зварний шов, потім повторіть операції з іншого боку. Чи не перегрівайте метал, так ви зможете уникнути деформації кільця.

Коли обидва кільця приварені, обробіть шви. Це необов'язково, але це зробить КС естетичнішою.

Крок 6: Виготовляємо заглушки

Для завершення робіт з КС нам знадобиться дві торцеві кришки. Одна кришка розташовуватиметься на боці паливного інжектора, а інша направлятиме гарячі гази в турбіну.

Виготовимо 2 пластини того ж діаметра, що і КС (у моєму випадку 20,32 см). Просвердліть 12 отворів по периметру для болтів та вирівняйте їх з отворами на кінцевих кільцях.

На кришці інжектора потрібно зробити лише 2 отвори. Одне буде для інжектора палива, а інше для свічки запалювання. У проекті використовується 5 форсунок (одна в центрі та 4 навколо неї). Єдина вимога - інжектори повинні розташовуватися таким чином, щоб після остаточного складання вони опинилися всередині розсіювача. Для нашої конструкції це означає, що вони повинні поміщатися в центрі 12 см кола в середині торцевої кришки. Просвердлимо 12 мм отвори для монтажу форсунок. Змістимося трохи від центру, щоб додати отвір для свічки запалювання. Отвір має бути просвердлено для 14 мм х 1,25 мм нитки, яка буде відповідати свічці запалювання. Конструкція на картинці матиме 2 свічки (одна про запас, якщо перша вийде з ладу).

З кришки інжектора стирчать труби. Вони виготовлені з труб діаметром 12 мм (зовнішній) та 9,5 мм (внутрішній діаметр). Їх обрізають до довжини 31 мм, після чого на краях роблять скоси. На обох кінцях буде 3 мм різьблення. Пізніше вони зварюватимуться разом із 12 мм трубками, що виступають з кожного боку пластини. Подача палива буде здійснюватися з одного боку, а інжектори будуть вкручені з іншого.

Щоб зробити витяжний ковпак, потрібно буде вирізати отвір для «гарячих газів». У моєму випадку розміри повторюють розміри вхідного отвору турбіни. Невеликий фланець повинен мати ті ж розміри, що й відкрита турбіна, а також плюс чотири отвори для болтів, щоб закріпити його на ній. Торцевий фланець турбіни може бути зварений разом із простого прямокутного короба, який йтиме між ними.

Перехідний вигин слід зробити із листової сталі. Зварюємо деталі разом. Необхідно, щоб зварні шви йшли зовнішньою поверхнею. Це потрібно для того, щоб повітряний потік не мав жодних перешкод та не створювалася турбулентність усередині зварних швів.

Крок 7: Збираємо все разом

Почніть із закріплення фланця та заглушок (випускного колектора) на турбіні. Тоді закріпіть корпус камери згоряння і нарешті кришку інжектора основного корпусу. Якщо ви все зробили правильно, то ваша вирібмає бути схожа на другу картинку нижче.

Важливо, що турбінні та компресорні секції можна обертати відносно один одного, послабивши затискачі в середині.

Виходячи з орієнтації елементів, необхідно буде виготовити трубу, яка з'єднає випускний отвір компресора з корпусом камери згоряння. Ця труба повинна бути такого ж діаметра, як вихід компресора, і зрештою кріпитися до нього шлангом з'єднувачем. Інший кінець потрібно буде з'єднати заподлицо з камерою згоряння і приварити його на місце, як отвір був обрізаний. Для моєї камери, я використовувати шматок зігнутої 9 см вихлопної труби. На малюнку нижче показаний спосіб виготовлення труби, яка призначена для уповільнення швидкості повітряного потоку перед входом камери згоряння.

Для нормальної роботи потрібний значний ступінь герметичності, перевірте зварні шви.

Крок 8: Виготовляємо розсіювач

Розсіювач дозволяє повітрям входити в центр камери згоряння, при цьому зберігати і утримувати полум'я на місці таким чином, щоб воно виходило у бік турбіни, а не компресора.

Отвори мають спеціальні назви та функції (зліва направо). Невеликі отвори в лівій частині є основними, середні отвори є вторинними і найбільші на правій стороні є третинними.

• Основні отвори подають повітря, яке поєднується з паливом.
• Вторинні отвори подають повітря, яке завершує процес згоряння.
• Третичні отвори забезпечують охолодження газів до того, як вони покинуть камеру, таким чином, щоб вони не перегрівали турбінних лопаток.

Щоб зробити процес розрахунку отвору легким, нижче представлено, що робитиме роботу за вас.

Оскільки наша камера згоряння 25 см завдовжки, необхідно буде скоротити розсіювач до цієї довжини. Я хотів би запропонувати зробити її майже на 5 мм коротшим, щоб врахувати розширення металу, під час нагрівання. Розсіювач, як і раніше, матиме можливість затискатися всередині кінцевих кілець і «плавати» всередині них.

Крок 9:

Тепер у вас є готовий розсіювач, відкрийте корпус КС і вставте його між кільцями, доки він щільно не увійде. Встановіть кришку інжектора та затягніть болти.

Для паливної системи необхідно використовувати насос, здатний видавати потік високого тиску (щонайменше 75 л/год). Для подачі масла потрібно використовувати насос здатний забезпечити тиск 300 тис. Па з потоком 10 л/годину. На щастя, той самий тип насоса можна використовувати для обох цілей. Моя пропозиція Shurflo №8000-643-236.

Представляю схему для паливної системи та системи подачі олії для турбіни.

Для надійної роботи системи рекомендую використовувати систему регульованого тиску із встановленням обхідного клапана. Завдяки йому потік, який прокачують насоси, завжди буде повним, а будь-яка невикористана рідина буде повернута в бак. Ця система допоможе уникнути зворотного тиску на насос (збільшить термін служби вузлів та агрегатів). Система буде працювати однаково добре для паливних систем та системи подачі олії. Для масляної системи вам потрібно буде встановити фільтр і масляний радіатор (обидва будуть встановлені в лінію після насоса, але перед перепускним клапаном).

Переконайтеся, що всі труби, що йдуть до турбіни, виконані з «жорсткого матеріалу». Використання гнучких гумових шлангів може скінчитися катастрофою.

Місткість для палива може бути будь-якого розміру, а масляний бак повинен утримувати щонайменше 4 л.

У своїй масляній системі використав повністю синтетичну олію Castrol. Воно має набагато вищу температуру займання, а низька в'язкість допоможе турбіні на початку обертання. Для зниження температури олії необхідно використовувати охолоджувачі.

Щодо системи запалення, то подібної інформації достатньо в інтернеті. Як то кажуть на смак і колір товариша немає.

Крок 10:

Для початку підніміть тиск олії до мінімуму 30 МПа. Надягніть навушники і продуйте повітря через двигун повітродувкою. Увімкніть ланцюги запалювання і повільно подавайте паливо, закриваючи голчастий клапан на паливній системі доти, доки не почуєте «поп», коли камера згоряння запрацює. Продовжуйте збільшувати подачу палива, і ви почнете чути рев свого нового реактивного двигуна.

Дякую за увагу