Турбореактивный двигатель своими руками чертежи. Реактивный двигатель своими руками

Вы знали, что если в согнутую дугой трубу положить сухого спирта, подуть воздухом из компрессора и подать газ из баллона, то она взбесится, будет орать громче взлетающего истребителя и краснеть от злости? Это образное, но весьма близкое к истине описание работы бесклапанного пульсирующего воздушно-реактивного двигателя — настоящего реактивного двигателя, построить который под силу каждому.

Принципиальная схема Бесклапанный ПуВРД не содержит ни одной подвижной детали. Клапаном ему служит фронт химических превращений, образующийся при сгорании топлива.

Механический клапан помогает двигателю работать более эффективно.

Чтобы работать было приятно и безопасно, мы предварительно очищаем листовой металл от пыли и ржавчины с помощью шлифовальной машинки. Края листов и деталей, как правило, очень острые и изобилуют заусенцами, поэтому работать с металлом надо только в перчатках.

Прежде чем отправляться в мастерскую, мы начертили на бумаге и вырезали шаблоны разверток деталей в натуральную величину. Осталось лишь обвести их перманентным маркером, чтобы получить разметку для вырезания.

При работе с электрическими ножницами главный враг — вибрации. Поэтому заготовку нужно надежно фиксировать с помощью струбцины. При необходимости можно очень аккуратно погасить вибрации рукой.

Трубы фиксированного диаметра легко формуются вокруг трубы. В основном это делается руками за счет эффекта рычага, а края заготовки закругляются с помощью киянки. Края лучше формовать так, чтобы при состыковке они образовывали плоскость — так легче положить сварной шов.

Сварка тонкого листового металла — тончайшая работа, особенно если вы используете ручную дуговую сварку, как мы. Возможно, для данной задачи лучше подойдет сварка неплавящимся вольфрамовым электродом в аргонной среде, но оборудование для нее редкое и требует специфических навыков.

Сгибание конических секций — это исключительно ручной труд. Залог успеха — обжимать узкий конец конуса вокруг трубы малого диаметра, давая на него больше нагрузки, чем на широкую часть.

Бесклапанный ПуВРД — удивительная конструкция. В ней нет движущихся частей, компрессора, турбины, клапанов. Простейший ПуВРД может обойтись даже без системы зажигания. Этот двигатель способен работать практически на чем угодно: замените баллон с пропаном канистрой с бензином — и он продолжит пульсировать и создавать тягу.

К сожалению, ПуВРД оказались несостоятельными в авиации, но в последнее время их всерьез рассматривают как источник тепла при производстве биотоплива. И в этом случае двигатель работает на графитовой пыли, то есть на твердом топливе. Наконец, элементарный принцип работы пульсирующего двигателя делает его относительно безразличным к точности изготовления. Поэтому изготовление ПуВРД стало излюбленным занятием для людей, неравнодушных к техническим хобби, в том числе авиамоделистов и начинающих сварщиков.

Несмотря на всю простоту, ПуВРД — это все-таки реактивный двигатель. Собрать его в домашней мастерской весьма непросто, и в этом процессе немало нюансов и подводных камней. Поэтому мы решили сделать наш мастер-класс многосерийным: в этой статье мы поговорим о принципах работы ПуВРД и расскажем, как изготовить корпус двигателя. Материал в следующем номере будет посвящен системе зажигания и процедуре запуска. Наконец, в одном из последующих номеров мы обязательно установим наш мотор на самодвижущееся шасси, чтобы продемонстрировать, что он действительно способен создавать серьезную тягу.

От русской идеи до немецкой ракеты

Собирать пульсирующий реактивный двигатель особенно приятно, зная, что впервые принцип действия ПуВРД запатентовал российский изобретатель Николай Телешов еще в 1864 году. Авторство первого действующего двигателя также приписывается россиянину — Владимиру Караводину. Высшей точкой развития ПуВРД по праву считается знаменитая крылатая ракета «Фау-1», состоявшая на вооружении армии Германии во время Второй мировой войны.

Конечно же, речь идет о клапанных пульсирующих двигателях, принцип действия которых понятен из рисунка. Клапан на входе в камеру сгорания беспрепятственно пропускает в нее воздух. В камеру подается топливо, образуется горючая смесь. Когда свеча зажигания поджигает смесь, избыточное давление в камере сгорания закрывает клапан. Расширяющиеся газы направляются в сопло, создавая реактивную тягу. Движение продуктов сгорания создает в камере технический вакуум, благодаря которому клапан открывается, и в камеру всасывается воздух.

В отличие от турбореактивного двигателя, в ПуВРД смесь горит не непрерывно, а в импульсном режиме. Именно этим объясняется характерный низкочастотный шум пульсирующих моторов, который делает их неприменимыми в гражданской авиации. С точки зрения экономичности ПуВРД также проигрывают ТРД: несмотря на впечатляющее отношение тяги к массе (ведь у ПуВРД минимум деталей), степень сжатия в них достигает от силы 1,2:1, поэтому топливо сгорает неэффективно.

Зато ПуВРД бесценны как хобби: ведь они могут обходиться вообще без клапанов. Принципиально конструкция такого двигателя представляет собой камеру сгорания с подсоединенными к ней входной и выходной трубами. Входная труба гораздо короче выходной. Клапаном в таком двигателе служит не что иное, как фронт химических превращений.

Горючая смесь в ПуВРД сгорает с дозвуковой скоростью. Такое горение называется дефлаграцией (в отличие от сверхзвукового — детонации). При воспламенении смеси горючие газы вырываются из обеих труб. Именно поэтому и входная, и выходная трубы направлены в одну сторону и сообща участвуют в создании реактивной тяги. Но за счет разницы длин в тот момент, когда давление во входной трубе падает, по выходной еще движутся выхлопные газы. Они создают разрежение в камере сгорания, и через входную трубу в нее затягивается воздух. Часть газов из выходной трубы также направляется в камеру сгорания под действием разрежения. Они сжимают новую порцию горючей смеси и поджигают ее.

Бесклапанный пульсирующий двигатель неприхотлив и стабилен. Для поддержания работы ему не требуется система зажигания. За счет разрежения он всасывает атмосферный воздух, не требуя дополнительного наддува. Если строить мотор на жидком топливе (мы для простоты предпочли газ пропан), то входная труба исправно выполняет функции карбюратора, распыляя в камеру сгорания смесь бензина и воздуха. Единственный момент, когда необходима система зажигания и принудительный наддув, — это запуск.

Китайский дизайн, российская сборка

Существует несколько распространенных конструкций пульсирующих реактивных двигателей. Кроме классической «U-образной трубы», весьма сложной в изготовлении, часто встречается «китайский двигатель» с конической камерой сгорания, к которой под углом приваривается небольшая входная труба, и «русский двигатель», по конструкции напоминающий автомобильный глушитель.

Прежде чем экспериментировать с собственными конструкциями ПуВРД, настоятельно рекомендуется построить двигатель по готовым чертежам: ведь сечения и объемы камеры сгорания, входной и выходной труб всецело определяют частоту резонансных пульсаций. Если не соблюдать пропорции, двигатель может не запуститься. Разнообразные чертежи ПуВРД доступны в интернете. Мы выбрали модель под названием «Гигантский китайский двигатель», размеры которой приводим во врезке.

Любительские ПуВРД делаются из листового металла. Применять в строительстве готовые трубы допустимо, но не рекомендуется по нескольким причинам. Во‑первых, практически невозможно подобрать трубы точно требуемого диаметра. Тем более сложно найти необходимые конические секции.

Во‑вторых, трубы, как правило, имеют толстые стенки и соответствующий вес. Для двигателя, который должен обладать хорошим соотношением тяги к массе, это неприемлемо. Наконец, во время работы двигатель раскаляется докрасна. Если применять в конструкции трубы и фитинги из разных металлов с разным коэффициентом расширения, мотор проживет недолго.

Итак, мы выбрали путь, который выбирает большинство любителей ПуВРД, — изготовить корпус из листового металла. И тут же встали перед дилеммой: обратиться к профессионалам со специальным оборудованием (станки для водно-абразивной резки с ЧПУ, вальцы для проката труб, специальная сварка) или, вооружившись простейшими инструментами и самым распространенным сварочным аппаратом, пройти нелегкий путь начинающего двигателестроителя от начала до конца. Мы предпочли второй вариант.

Снова в школу

Первое, что необходимо сделать, — начертить развертки будущих деталей. Для этого необходимо вспомнить школьную геометрию и совсем немного вузовского черчения. Сделать развертки цилиндрических труб проще простого — это прямоугольники, одна сторона которых равна длине трубы, а вторая — диаметру, умноженному на «пи». Рассчитать развертку усеченного конуса или усеченного цилиндра — чуть более сложная задача, для решения которой нам пришлось заглянуть в учебник черчения.

Выбор металла — весьма деликатный вопрос. С точки зрения термостойкости для наших целей лучше всего подходит нержавейка, но для первого раза лучше использовать черную низкоуглеродистую сталь: ее проще формовать и варить. Минимальная толщина листа, способного выдержать температуру сгорания топлива, — 0,6 мм. Чем тоньше сталь, тем легче ее формовать и труднее варить. Мы выбрали лист толщиной 1 мм и, похоже, не прогадали.

Даже если ваш сварочный аппарат может работать в режиме плазменной резки, не используйте его для вырезания разверток: края обработанных таким образом деталей плохо свариваются. Ручные ножницы по металлу — тоже не лучший выбор, так как они загибают края заготовок. Идеальный инструмент — электрические ножницы, которые режут миллиметровый лист как по маслу.

Для сгибания листа в трубу есть специальный инструмент — вальцы, или листогиб. Он относится к профессиональному производственному оборудованию и поэтому вряд ли найдется у вас в гараже. Согнуть достойную трубу помогут тиски.

Процесс сварки миллиметрового металла полноразмерным сварочным аппаратом требует определенного опыта. Чуть передержав электрод на одном месте, легко прожечь в заготовке дыру. При сварке в шов могут попасть пузырьки воздуха, которые затем дадут течь. Поэтому имеет смысл шлифовать шов болгаркой до минимальной толщины, чтобы пузырьки не оставались внутри шва, а становились видимыми.

В следующих сериях

К сожалению, в рамках одной статьи невозможно описать все нюансы работы. Принято считать, что эти работы требуют профессиональной квалификации, однако при должном усердии все они доступны любителю. Нам, журналистам, самим было интересно освоить новые для себя рабочие специальности, и для этого мы читали учебники, советовались с профессионалами и совершали ошибки.

Корпус, который мы сварили, нам понравился. На него приятно смотреть, его приятно держать в руках. Так что искренне советуем и вам взяться за такое дело. В следующем номере журнала мы расскажем, как изготовить систему зажигания и запустить бесклапанный пульсирующий воздушно-реактивный двигатель.

Админ | 2 Июнь 2017 | Комментариев: 4

В статье описывается, как своими руками в домашних условиях сделать топливо для небольшой самодельной ракеты.

Наверное многие из вас в детстве мечтали сделать ракету, которая могла бы взлетать на большую высоту. Если увлечение самодельными реактивными двигателями у вас не прошло, то я расскажу вам как самому можно сделать простое топливо для подобной ракеты. Все материалы для производства реактивного топлива вы сможете легко купить в хозяйственном магазине или возможно, что они даже прямо сейчас, имеются в вашем доме. Как показывает практика, ракета на этом самодельном топливе сможет взлетать на высоту примерно до 300 - 400 метров.

Прежде чем вы начнёте химичить и попытаетесь сделать ракетное топливо своим руками, хочу призвать вас к осторожности. Некоторые составляющие данного ракетного топлива вредны для здоровья, поэтому я настоятельно призываю вас соблюдать элементарные правила безопасности. Не делайте ракетное топливо в невентилируемых закрытых помещениях, особенно это касается при работе с аммиаком. Кроме того, нитрат аммония при определённых условиях может быть взрывоопасным. Все риски за ваше здоровье лежат только на Вас, и я не несу ответственность за какие-либо последствия. Данная статья публикуется только в ознакомительных целях.

Если после моих призывов к осторожности желание сделать топливо для ракеты своими руками у вас ещё не пропало, то давайте познакомимся с самим процессом изготовления этого ракетного топлива. Для данного "алхимического процесса" вам понадобится металлическое ведро, мерный стакан, пищевая сода, сахар, аммиачная селитра, газета, маска для дыхания и вода. Единственная возможная сложность - это достать аммиачную селитру, но вероятнее всего её можно найти в магазине торгующем удобрениями. Нитрат аммония обычно используется в сельском хозяйстве как хорошее удобрение.

ШАГ - 1

Используя мерку, засыпьте в ведро 2 стакана (по 200 мл. каждый) аммиачной селитры и 2 таких-же стакана пищевой соды. На этом этапе важно получить смесь в пропорции. 1: 1. Размер мерного стаканчика может быть немного другим, самое главное во всём процессе выдержать все указанные пропорции. К получившейся смеси добавьте 17 мерных стаканчиков воды, смешайте все вместе.

ШАГ - 2

Вскипятите всё прямо в ведре на небольшом огне, слегка помешивая при варке. В процессе варки вы почувствуете сильный запах аммиака, поэтому эту процедуру ни в коем случае нельзя делать в закрытом помещении, а тем более в квартире. Аммиак очень токсичен, так что постарайтесь не дышать им, ещё лучше надеть на лицо маску, что-то вроде респиратора. Вода не должна вся выкипеть полностью, её там должно остаться ещё достаточно много.

ШАГ - 3

После того как вы вскипятите воду, дайте ей остыть в течение 5-7 минут, затем добавьте туда один стакан сахара и всё хорошо перемешайте. Положите нарезанные куски газеты в раствор и дайте ему впитаться в газетные листы, примерно в течение 3-5 минут. Когда газетные листы полностью пропитаются раствором, вытащите их и дате им полностью высохнуть. В итоге вы должны получить полностью сухие газетные листы, которые и будут вашим ракетным топливом. На этом изготовление ракетного топлива своими руками закончено.

О том, как правильно разместить данное ракетное топливо в ракету и как его воспламенять, будет написано в другой статье. После её написания здесь будет размещена ссылка.

Иногда хочется чего-то странного. Вот, недавно меня потянуло на ракетомоделизм. Так как я строю ракеты на нубовском уровне, для меня ракета состоит из двух частей – двигателя и корпуса. Да, я знаю, что все намного сложнее, но даже с таким подходом ракеты летают. Естественно, вам интересно, как делается двигатель.

Хочу предупредить, что если вы соберетесь повторить то, что написано в этой статье, то будете делать это на свой страх и риск. Я не гарантирую точность или безопасность предложенной методики.

Для корпуса двигателя я использую толстостенные ПВХ трубы диаметром 3/4 дюйма. Трубы такого диаметра относительно дешевы и широкодоступны. Лучше всего трубы режутся специальными ножницами. Я очень много намучался, пытаясь резать такие трубы электролобзиком – всегда получалось очень криво.

Трубу я размечаю так:

Все размеры в дюймах. кто не знает, размер в дюймах нужно умножить на 2.54 и получится размер в сантиметрах. Эти размеры я нашел в замечательной книге

Там есть и куча других конструкций. Верхний кусок двигателя (который пустой) я не делаю. Там должен быть вышибной заряд для парашюта, мне пока далеко до этого.

Отрезанный кусок трубы вставляется в специальную приспособу. Покажу все приспособы сразу, дабы не возникало вопросов:

Длинная палка играет роль “пестика” Ей утрамбовывается глина и топливо. Вторая деталька – это кондуктор. Он служит для того, чтобы просверлить сопло точно по центру двигателя. Вот их чертежи:

Сверло используется длинное – длинной 13см. Его как раз хватает для того, чтобы просверлить канал через все топливо.

Теперь нужно замешивать топливо. Я использую стандартную “карамельку” – сахар и селитра в соотношении 65 селитры/35сахара. Плавить карамель я не хочу – занятие это рискованное, да и не стоит это того геморроя. Я не пытаюсь вытянуть из топлива все возможное. Это ведь любительское ракетостроение. Я просто смешиваю сахарную пудру и селитру в порошках:

Забиваем порошок по разметку. Бить нужно довольно сильно.

Забивка топлива и заглушки ничем не отличается. Кажется, что по топливу стучать опасно, но карамелька трудно воспламеняется даже от спички. Естественно, базовые меры предосторожности соблюдать стоит – не склонятся над двигателем, работать в защитной маске, итп.

Последние 5мм заглушки я оставляю для термоклея. Я несколько раз пробовал сделать ракету без заглушки из термоклея, верхнюю пробку вырывало давлением. Термоклей обладает отличной адгезией к пластику и не успевает расплавится при горении двигателя.

Сверлим сопло через кондуктор:

Топливо очень плохо сверлится – сахар плавится и липнет на сверло, поэтому его приходится часто вытаскивать и счищать налипшее топливо. Проверяем сопло:

Заливаем последние 5мм трубки и ее торец термоклеем

Все, двигатель готов. Вот так выглядит двигатель на статических испытаниях. К сожалению, видео не показательно – в этом двигателе канал был просверлен на половину, и фотоаппарат не правильно записал звук. В реале “рев” двигателе очень громкий и серьёзный, а не такой игрушечный как на записи.

Бесклапанный пульсирующий двигатель – простейший в мире реактивный двигатель. Его разработки к сожалению были приостановлены с началом широкого применения турбореактивных двигателей, но он продолжает представлять интетрес для любителей, так как может быть построен в домашней мастерской. Я построил мой двигатель изучив патент Локвуда, согласно которому устройство может иметь любой размер, при соблюдении определенных пропорций. Двигатель не имеет движущихся частей, также он может работать на любом топливе, если его испарить до входа в камеру сгорания (я использовал смесь бензина и дизельного топлива в равных частях), но старт происходит на газе (это значительно проще). Конструкция проста и относительно недорога для повторения. Я не знаю, с какой частотой происходят взрывы в камере сгорания моего двигателя, но догадываюсь, что это происходит около 30-50 раз в секунду, работа устройства сопровождается очень сильным шумом. Надеюсь когда-нибудь измерить эту частоту.

Двигатель работает на пропане, который поступает в камеру сгорания через длинную металлическую трубку, на конце которой установлен распылитель, который помогает испарить жидкое топливо. Когда используется пропан, распылитель не обязателен, в моем случае газ поступает прямо через трубку внутренним диаметром 4 мм. Трубка присоединяется к камере сгорания фитингом 10мм. У меня сделаны три таких трубки – одна для пропана, две другие для дизельного топлива и керосина.

В процессе старта пропан подают в камеру сгорания, и затем достаточно всего одной искры на свече, чтобы двигатель запустился.

Согласно патенту можно построить такой двигатель любого размера. На моем чертеже изображен мой вариант устройства, которое немного отличается от предложенного в патенте конструкцией выхлопной трубы, что упрощает изготовление, однако так как я не делал замеров тяги, возможно это сказалось на эффективности. Спрямители потока обычно удваивают тягу, и я собираюсь попробовать их сделать.

Сокращения на чертеже:

• NL – длина сопла
• NM – диаметр сопла
• CL – Длина камеры сгорания
• CM – диаметр камеры сгорания
• TL – Длина хвостовой трубы
• TM – Диаметр хвостовой трубы

Баллоны с газом можно купить где угодно, я выбрал 11-килограмовый, с индустриальным разъемом. Я не использовал никаких редукторов, просто установил игольчатый клапан, так как расход газа довольно большой и обычный редуктор не даст нужного потока. Шанс того, что пропан в трубке и баллоне загорится, очень мал, если не опустошать баллон до конца. На картинках ниже вы можете видеть как это выглядит.

Искровая свеча вкручена в специально изготовленную на токарном станке деталь, вваренную в камеру сгорания. Свечу можно использовать любую, я поставил NGK BP6E S без дополнительного сопротивления, а боббину использовал от старого автомобиля. Также я сделал электронную схему для получения искры, которую надо получить только один раз, в момент старта двигателя.

Корпус трубы сварен из трехмиллиметровой нержавейки марки 316L. Я не знал как расчитать толщину, и просто взял лист потолще, с запасом. Двигатель запускался очень много раз, и никаких проблем обнаружено не было.

Запись создана в Среда, 23 января 2008 г. в 17:11. Рубрика: Новости. Вы можете подписаться на комментарии к этой записи . Все пинги запрещены.