Реактивный двигатель из… БУМАГИ своими руками ( + чертеж) | Своими руками – Как сделать самому

Содержание

Реактивный двигатель своими руками

Реактивный двигатель из... БУМАГИ своими руками ( + чертеж) | Своими руками - Как сделать самому

Перевёл alexlevchenko92 для mozgochiny.ru

Предлагаю вниманию мозгочинов статью о том, как сделать реактивный двигатель своимируками.

Внимание! Строительство собственного реактивного двигателя может быть опасным. Настоятельно рекомендуем принять все необходимые меры предосторожности при работе с поделкой, а также проявлять крайнюю осторожность при работе с инструментами.

В самоделке заложены экстремальные суммы потенциальной и кинетической энергии (взрывоопасное топливо и движущие части), которые могут нанести серьёзные травмы во время работы газотурбинного двигателя. Всегда проявляйте осторожность и благоразумие при работе с двигателем и механизмами и носите соответствующую защиту глаз и слуха.

Автор не несёт ответственности за использование или неправильную трактовку информации, содержащейся в настоящей статье.

Шаг 1: Прорабатываем базовую конструкцию двигателя

Начнём процесс сборки двигателя с 3Д моделирования. Изготовление деталей с помощью ЧПУ станка значительно облегчает процесс сборки и уменьшает количество часов, которые будут потрачены на подгонку деталей. Главное преимущество при использовании 3D процессов – это способность видеть, как детали будут взаимодействовать вместе до того момента, как они будут изготовлены.

Если вы хотите изготовить действующий двигатель, обязательно зарегистрируйтесь на форумах соответствующей тематики. Ведь компания единомышленников значительно ускорить процесс изготовления самоделки и значительно повысит шансы на удачный результат.

Шаг 2:

Будьте внимательны при выборе турбокомпрессора! Вам нужен большой «турбо» с одной (не разделенной) турбиной. Чем больше турбокомпрессор, тем больше будет тяга готового двигателя. Мне нравятся турбины с крупных дизельных двигателей.

Как правило, важен не столько размер всей турбины, как размер индуктора. Индуктор – видимая область лопаток компрессора.

Турбокомпрессор на картинке – Cummins ST-50 с большого 18 колесного грузовика.

Шаг 3: Вычисляем размер камеры сгорания

В шаге приведено краткое описания принципов работы двигателя и показан принцип по которому рассчитываются размеры камеры сгорания (КС), которую необходимо изготовить для реактивного двигателя.

В камеру сгорания (КС) поступает сжатый воздух (от компрессора), который смешивается с топливом и воспламеняется. «Горячие газы» выходят через заднюю часть КС перемещаясь по лопастям турбины, где она извлекает энергию из газов и преобразует её в энергию вращения вала.

Этот вал крутит компрессор, что прикреплён к другому колесу, что выводит большую часть отработанных газов. Любая дополнительная энергия, которая остаётся от процесса прохождения газов, создаёт тягу турбины.

Достаточно просто, но на самом деле немного сложно всё это построить и удачно запустить.

Камера сгорания изготовлена из большого куска стальной трубы с крышками на обеих концах. Внутри КС установлен рассеиватель.

Рассеиватель – эта трубка, что сделана из трубы меньшего диаметра, которая проходит через всю КС и имеет множество просверленных отверстий. Отверстия позволяют сжатому воздуху заходить в рабочий объём и смешиваться с топливом.

После того, как произошло возгорание, рассеиватель снижает температуру воздушного потока, который входит в контакт с лопастями турбины.

Для расчета размеров рассеивателя просто удвойте диаметр индуктора турбокомпрессора. Умножьте диаметр индуктора на 6, и это даст вам длину рассеивателя. В то время как колесо компрессора может быть 12 или 15 см в диаметре, индуктор будет значительно меньше.

Индуктор из турбин (ST-50 и ВТ-50 моделей) составляет 7,6 см в диаметре, так что размеры рассеивателя будут: 15 см в диаметре и 45 см в длину. Мне хотелось изготовить КС немного меньшего размера, поэтому решил использовать рассеиватель диаметром 12 см с длиной 25 см.

Я выбрал такой диаметр, прежде всего потому, что размеры трубки повторяют размеры выхлопной трубы дизельного грузовика.

Поскольку рассеиватель будет располагаться внутри КС, рекомендую за отправную точку взять минимальное свободное пространство в 2,5 см вокруг рассеивателя. В моём случае я выбрал 20 см диаметр КС, потому что она вписывается в заранее заложенные параметры. Внутренний зазор будет составлять 3,8 см.

Теперь у вас есть примерные размеры, которые уже можно использовать при изготовлении реактивного двигателя. Вместе с крышками на концах и топливными форсунками – эти части в совокупности будут образовывать камеру сгорания.

Шаг 4: Подготовка торцевых колец КС

Закрепим торцевые кольца с помощью болтов. С помощью данного кольца рассеиватель будет удерживаться в центра камеры.

Наружный диаметр колец 20 см, а внутренние диаметры 12 см и 0,08 см соответственно. Дополнительное пространство (0,08 см) облегчит установку рассеивателя, а также будет служить в качестве буфера для ограничения расширений рассеивателя (во время его нагрева).

Кольца изготавливаются из 6 мм листовой стали. Толщина 6 мм позволит надежно приварить кольца и обеспечить стабильную основу для крепления торцевых крышек.

12 отверстий для болтов, которые расположены по окружности колец, обеспечат надежное крепление при монтаже торцевых крышек. Следует приварить гайки на заднюю часть отверстий, чтобы болты могли просто ввинчиваться прямо в них. Всё это придумано только из-за того, что задняя часть будет недоступна для гаечного ключа. Другой способ– это нарезать резьбу в отверстиях на кольцах.

Шаг 5: Привариваем торцевые кольца

Для начала нужно укоротить корпус до нужной длины и выровнять всё должным образом.

Начнём с того, что обмотаем большой лист ватмана вокруг стальной трубы так, чтобы концы сошлись друг с другом и бумага была сильно натянута. Из него сформируем цилиндр.

Наденьте ватман на один конец трубы так, чтобы края трубы и цилиндра из ватмана заходили заподлицо.

Убедитесь, что там будет достаточно места (чтобы сделать отметку вокруг трубы), так чтобы вы могли сточить металл заподлицо с отметкой. Это поможет выровнять один конец трубы.

Далее следует измерить точные размеры камеры сгорания и рассеивателя. С колец, которые будут приварены, обязательно вычтите 12 мм. Так как КС будет в длину 25 см, учитывать стоит 24,13 см. Поставьте отметку на трубе, и воспользуйтесь ватманом, чтобы изготовить хороший шаблон вокруг трубы, как делали раньше.

Отрежем лишнее с помощью болгарки. Не волнуйтесь о точности разреза. На самом деле, вы должны оставить немного материала и очистить его позже.

Сделаем скос с обеих концов трубы(чтобы получить хорошее качество сварного шва).

Воспользуемся магнитными сварочными зажимами, чтобы отцентровать кольца на концах трубы и убедиться, что они находятся на одном уровне с трубой. Прихватите кольца с 4-х сторон, и дайте им остыть.

  Сделайте сварной шов, затем повторите операции с другой стороны. Не перегревайте металл, так вы сможете избежать деформации кольца.

Когда оба кольца приварены, обработайте швы. Это необязательно, но это сделает КС более эстетичной.

Шаг 6: Изготавливаем заглушки

Для завершения работ по КС нам понадобится 2 торцевые крышки. Одна крышка будет располагаться на стороне топливного инжектора, а другая будет направлять горячие газы в турбину.

Изготовим 2 пластины того же диаметра что и КС (в моём случае 20,32 см). Просверлите 12 отверстий по периметру для болтов и выровняйте их с отверстиями на конечных кольцах.

На крышке инжектора нужно сделать только 2 отверстия. Одно будет для топливного инжектора, а другое для свечи зажигания. В проекте используется 5 форсунок ( одна в центре и 4 вокруг неё). Единственное требование – инжекторы должны располагаться таким образом, чтобы после окончательной сборки они оказались внутри рассеивателя.

Для нашей конструкции – это означает, что они должны помещаться в центре 12 см круга в середине торцевой крышки. Просверлим 12 мм отверстия для монтажа форсунок. Сместимся чуть-чуть от центра, чтобы добавить отверстие для свечи зажигания. Отверстие должно быть просверлено для 14 мм х 1,25 мм нити, которая будет соответствовать свече зажигания.

Конструкция на картинке будет иметь 2 свечи (одна про запас, если первая выйдет из строя).

Из крышки инжектора торчат трубы. Они изготовлены из труб диаметром 12 мм (внешний) и 9,5 мм (внутренний диаметр). Их обрезают до длины 31 мм, после чего на краях делают скосы. На обеих концах будет 3 мм резьба. Позже они будут свариваться вместе с 12 мм трубками, выступающими с каждой стороны пластины. Подача топлива будет осуществляться с одной стороны а инжекторы будут вкручены с другой.

Для того, чтобы сделать вытяжной колпак, нужно будет вырезать отверстие для «горячих газов». В моем случае, размеры повторяют размеры входного отверстия турбины.

Небольшой фланец должен иметь те же размеры, что и открытая турбина, а также, плюс четыре отверстия для болтов, чтобы закрепить его на ней.

Торцовый фланец турбины может быть сварен вместе из простого прямоугольного короба, который будет идти между ними.

Переходный изгиб следует сделать из листовой стали. Свариваем детали вместе. Необходимо, чтобы сварные швы шли по наружной поверхности. Это нужно для того, чтобы воздушный поток не имел никаких препятствий и не создавалась турбулентность внутри сварных швов.

Шаг 7: Собираем всё вместе

Начните с закрепления фланца и заглушек (выпускного коллектора) на турбине. Тогда закрепите корпус камеры сгорания и, наконец, крышку инжектора основного корпуса. Если вы всё сделали правильно, то ваша поделка должна быть похожа на вторую картинку ниже.

Важно отметить, что турбинные и компрессорные секции можно вращать относительно друг друга, ослабив зажимы в середине.

Исходя из ориентации частей, нужно будет изготовить трубу, которая соединит выпускное отверстие компрессора с корпусом камеры сгорания. Эта труба должна быть такого же диаметра, как выход компрессора, и в конечном счёте крепиться к нему шлангом соединителем.

Другой конец нужно будет соединить заподлицо с камерой сгорания и приварить его на место, как только отверстие было обрезано. Для своей камеры, я использовать кусок согнутой 9 см выхлопной трубы.

На рисунке ниже показан способ изготовления трубы, которая предназначена для замедления скорости воздушного потока перед входом в камеру сгорания.

Для нормальной работы нужна значительная степень герметичности, проверьте сварные швы.

Шаг 8: Изготавливаем рассеиватель

Рассеиватель позволяет воздуху входить в центр камеры сгорания, при этом сохранять и удерживать пламя на месте таким образом, чтобы оно выходило в сторону турбины, а не в сторону компрессора.

Отверстия имеют специальные названия и функции (слева направо). Небольшие отверстия в левой части являются основными, средние отверстия являются вторичными, и самые большие на правой стороне являются третичными.

  • Основные отверстия подают воздух, который смешивается с топливом.
  • Вторичные отверстия подают воздух, который завершает процесс сгорания.
  • Третичные отверстия обеспечивают охлаждения газов до того, как они покинут камеру, таким образом, чтобы они не перегревали турбинных лопаток.

Чтобы сделать процесс расчета отверстия легким, ниже представлена программа, что будет делать работу за вас.

Поскольку наша камера сгорания 25 см в длину, необходимо будет сократить рассеиватель до этой длины. Я хотел бы предложить сделать её почти на 5 мм короче, чтобы учесть расширение металла, во время нагрева. Рассеиватель по-прежнему будет иметь возможность зажиматься внутри конечных колец и «плавать» внутри них.

Шаг 9:

Теперь у вас есть готовый рассеиватель, откройте корпус КС и вставьте его между кольцами, пока он плотно не войдет. Установите крышку инжектора и затяните болты.

Для топливной системы необходимо использовать насос, способный выдавать поток высокого давления (по меньшей мере 75 л/час). Для подачи масла нужно использовать насос способный обеспечить давление в 300 тис. Па с потоком 10 л/час. К счастью, один и тот же тип насоса можно использовать для обеих целей. Мое предложение Shurflo № 8000-643-236.

Представляю схему для топливной системы и системы подачи масла для турбины.

Для надежной работы системы рекомендую использовать систему регулируемого давления с установкой обходного клапана. Благодаря ему поток, который прокачивают насосы всегда будет полным, а любая неиспользованная жидкость будет возвращена в бак.

Эта система поможет избежать обратного давления на насос (увеличит срок службы узлов и агрегатов). Система будет работать одинаково хорошо для топливных систем и системы подачи масла.

Для масляной системы вам нужно будет установить фильтр и масляный радиатор (оба из них будут установлены в линию после насоса, но перед перепускным клапаном).

Убедитесь, что все трубы, идущие к турбине выполнены из «жесткого материала». Использование гибких резиновых шлангов может закончиться катастрофой.

Ёмкость для топлива может быть любого размера, а масленый бак должен  удерживать по меньшей мере 4 л.

В своей масляной системе использовал полностью синтетическое масло Castrol. Оно имеет гораздо более высокую температуру воспламенения, а низкая вязкость поможет турбине в начале вращения. Для снижения температуры масла, необходимо использовать охладители.

Что касается системы зажигания, то подобной информации достаточно в интернете. Как говорится на вкус и цвет товарища нет.

Далее установим двигатель на испытательный стенд.

Шаг 10:

Для начала поднимите давление масла до минимума 30 МПа. Наденьте наушники и продуйте воздух через двигатель воздуходувкой.

Включите цепи зажигания и медленно подавайте топливо, закрывая игольчатый клапан на топливной системе до тех пор, пока не услышите «поп», когда камера сгорания заработает.

Продолжайте увеличивать подачу топлива, и вы начнете слышать рёв своего нового реактивного двигателя.

Реактивный карт

Запуск

Спасибо за внимание

(A-z Source)

Источник: http://mozgochiny.ru/samodelki-dlya-avto/reaktivnyiy-dvigatel-svoimi-rukami/

Реактивный ранец — сделать своими руками или купить

Реактивный двигатель из... БУМАГИ своими руками ( + чертеж) | Своими руками - Как сделать самому

Реактивный ранец – технологичное устройство, благодаря которому людям удалось научиться перемещаться в пространстве нестандартным образом. Ранец реактивный — прообраз ракетного двигателя.

Конструктивно аппарат выполнен по тем же технологиям образования тяги за счёт сброса реактивных газов. Но особенность реактивного модуля в виде ранца состоит в том, что применим он исключительно для одной персоны.

Так, можно ли сделать реактивный ранец своими руками?

История летательного аппарата персоны

Испытания изобретённых ракетных ранцев, как правило, проходят с участием добровольцев.

Редкий инженер-изобретатель готов рискнуть лично

Как всегда всё началось с фантастической литературы и кинематографа. В современной интерпретации идёю подхватили создатели компьютерных игр.

В результате дело дошло до реальных изобретений, начиная с 20-х годов прошлого века с продолжением до настоящего времени.

Тема ракетных ранцев возбуждает современное общество неимоверно. В перспективе видятся уже массовые продажи ракетных модулей личного пользования и бесконечные очереди за ними. Бум сопоставим с началом эры производства легковых автомобилей. Только ставки на ранцы слишком высоки.

Ракетный ранец персонального пользования впервые упоминался в 1928 году. Тогда популярное журнальное издание опубликовало на страницах очередного выпуска фантастическую новеллу  «Армагеддон 2419».

Сюжетной картиной ракетным ранцам уделялось огромное внимание как средствам передвижения в недалёком будущем. Фактически автор рассказа оказался прав.

Правда, создатель новеллы не угадал дату первых испытаний ракетных модулей личного пользования. Однако первопроходцем считают американца Томаса Мура – изобретателя аппарата «Джет Вест».

В 1952 году ему первому удалось подняться над поверхностью земли и продержаться в воздухе 2 секунды. За плечами Томаса был ракетный ранец.

Пока что летающего без проблем человека реально увидеть только на съёмочных площадках голливудских режиссёров

Конструкция реактивного ранца

История конструирования подобных аппаратов сохранила сведения о двух видах прототипов:

  1. Оснащённого ракетным модулем (Rocket Belt).
  2. Оснащённого турбореактивным модулем (Jet Belt).

Конструкция аппаратов первого типа отличается простой схемой исполнения. Именно этот фактор стал причиной высокой популярности Rocket Belt.

При желании не исключена даже возможность сборки классической конструкции в условиях кустарного производства. Но преимущественный фактор Rocket Belt сводит на нет другой момент – существенное ограничение времени полёта.

Рекордный показатель для этих аппаратов не выше 30 секунд полёта. При этом расход перекиси водорода неимоверно высокий. Поэтому область применения аппаратов типа Rocket Belt пока что очерчена лишь границей показательных шоу. Здесь можно лишь вспомнить Олимпиаду США (1984), где демонстрировался показательный полёт.

Сейчас уже есть модификации более продвинутые, чем та что на картинке. Способные перемещать человека по воздуху около 1 часа

Элементы реактивного модуля Rocket Belt:

  • прочный корсет (стеклопластик),
  • система крепёжных ремней,
  • шасси на базе лёгких металлических трубок,
  • пара баллонов с перекисью водорода,
  • баллон, заправленный сжатым азотом,
  • ракетный модуль на шарнирах.

Элементы ракетного модуля (Jet Belt):

  • газовый генератор,
  • реактивные сопла (2 шт.),
  • рычаги управления (2 шт.),
  • тяга поворотная,
  • механизм управления подачей топлива,
  • механизм управления реактивными соплами.

Реактивный ранец: основы технологии

Испытательный полёт среди небоскрёбов с ракетным ранцем Rocket Belt

Поворотной тягой поднимается клапан заправки топлива.  Газообразный азот давлением 40-50 АТИ давит массу перекиси водорода. Вещество устремляется в камеру генератора.

Там происходит активный контакт пластин серебра, обработанных нитратом самария и заполнившей камеру перекиси водорода.

Контакт сопровождается активной реакцией и способствует быстрому образованию парогазовой смеси. Полученная парогазовая среда высокой температуры и давления устремляется через каналы в область реактивных сопел.

Здесь газовая смесь резко расширяется, получает ускорение до сверхзвуковой скорости , выбрасывается наружу. Создаётся эффект реактивной тяги.

Турбореактивный вариант устройства (Jet Belt)

Эксперименты с этой модификацией продолжаются до сего дня. Результаты есть, но затраты на производство не позволяют запустить ранец в серию

Аппарат несколько иной конфигурации – турбореактивный ранец персонального пользования, изобрели в 1969 году. Прототип турбореактивного блока WR-19, массой 31 кг, создали инженеры Венделл Мур и Джон Халберт.

Первые испытания прототипа Jet Belt провели тем же годом и получили интересные результаты – перелёт расстояния в 100 метров на семиметровой высоте.

В основу энергетики Jet Belt заложено смешивание керосина и воздуха. Смесь сжимается до нескольких десятков атмосфер и подаётся компрессором в рабочую камеру — один из двух рабочих отсеков аппарата. Второй отсек выделен под модуль охлаждения, составляющий охлаждающий контур камеры сгорания.

Воздушно-керосиновая смесь, заполнив камеру сгорания,  воспламеняется. Образовавшийся реактивный поток устремляется сквозь сопла наружу. Механизм управления соплами даёт возможность регулировать силу и направление реактивного потока.

Конструкция турбореактивного действия характерна выраженным КПД. Этот вариант установки показывает лучшие параметры полёта: продолжительности, ускорения, высоты. Но турбореактивным ранцам присущи сложность системы и значительные финансовые издержки производства.

Сделать подобные устройства своими руками невозможно тем более. Для этого требуется уникальное оборудование и специалисты. Разве если только попытаться соорудить реактивную установку самостоятельно чисто в целях эксперимента.

 Реактивный ранец своими руками

Экспериментальная конструкция реактивного ранца, по сути, изготавливается своими руками в течение одного-двух рабочих дней.

Вот такую, относительно несложною с конструктивной точки зрения установку, вполне реально сделать своими руками за пару-тройку дней

Набор необходимых деталей существенно отличается от того набора, что требуется для производства реально «подъёмных», профессионально сделанных моделей:

  1. Два металлических сопла.
  2. Стальная полоса (400х40х5).
  3. Лист жести (500х500х0,7).
  4. Шпильки стальные (2 шт.), подшипники (4шт.).
  5. Баллон с пропаном (малолитражный).
  6. Коллектор распределения газа.
  7. Два электродвигателя малогабаритных на 12В.
  8. Шланг высокого давления.
  9. Система радиоуправления.

Однако собственноручная сборка реактивного ранца в рамках эксперимента позволяет лучше понять принцип работы устройства и оценить возможности его изготовления.

Схема турбины: 1 — заборная лопасть; 2 — компрессор высокого давления; 3 — вал компрессора высокого давления; 4 — турбина высокого давления; 5 — компрессор низкого давления; 6 — вал низкого компрессора давления; 7 — камера сгорания; 8 — турбина низкого давления; 9 — сопло

Работа, правда, достаточно опасная, сопряжённая с горючими веществами. Поэтому, прежде чем повторять эксперимент, следует позаботиться о собственной безопасности.

Подготовка комплектующих деталей и сборка

Сопла, подходящие для турбины реактивного ранца, можно отыскать на старом технологическом оборудовании, которое использовалось, к примеру, в молочной промышленности. На машинах-дозаторах сливок и молока есть масса подходящих деталей.

Вот такие, взятые от старого оборудования детали, после соответствующей обработки легко трансформируются в сопла для силовой турбины будущего летательного аппарата

Старые заржавевшие сопла необходимо очистить, тщательно обработать, отшлифовать. Эти операции сделать несложно на широко распространенном инструментальном оборудовании. На боковинах сопел рассверлить отверстия для подключения втулок коллектора распределения газа.

Внутри сопел реактивного ранца потребуется разместить малогабаритные электродвигатели. Они оснащаются длинным валом, на который надеты несколько крыльчаток.

Вал с крыльчатками закрепляется на установленные опорные подшипники. Изготавливают вал из металлических шпилек, а крыльчатки из листа жести.

Крыльчатки разного диаметра делаются из листовой жести. Вырезается круглая форма, разделяется на секторы, затем ножницами режутся рабочие пластины

Подготовленные сопла скрепляют между собой при помощи сварки металлической полосой. Соединяют внутренние пространства сопел через коллектор распределения газа.

Детали коллектора распределения газа вытачивают на токарном станке. Пустотелые втулки с резьбой, сделанные собственными руками, легко собираются в единую конструкцию.

Вот таким способом — обычным высверливанием дрелью, изготавливаются пустотелые втулки коллектора распределения газовой смеси. Для межвтулочного соединения нарезается резьба

Также конструкция коллектора содержит:

  • обратные клапаны,
  • форсунки,
  • механизмы поджига газовой смеси.

Газ (пропан) поступает через коллектор в рабочую область сопел реактивного ранца от баллона с пропаном малого литража. Объёма баллона хватает на 30-40 минут интенсивного действия.

Система управления вентиляторами

Регулировкой скорости вращения крыльчаток вентиляторов (турбин) удобно наращивать или снижать мощность реактивного ранца.

Поэтому экспериментальная конструкция оснащается радиопередатчиком и приёмниками, благодаря которым осуществляется управление моторами вентиляторов.

Вариант управления скоростью вращения электродвигателей турбины. Используется приёмопередающая радиоаппаратура, которой оснащаются, к примеру, детские радиоуправляемые игрушки

Модуль приёмно-передающего устройства можно купить уже готовый. Вполне подходящие приёмно-передающие устройства продаются недорого через популярные интернет магазины.

Электродвигатели вентиляторов подключаются через схему контроллера к приёмнику сигнала. Контроллер также управляет системой поджига газовой смеси.

Передатчик в рамках эксперимента располагается на произвольном расстоянии. В последующем, если дело дойдёт до реального взлёта, устройство будет закрепляться на теле пилота.

Испытания реактивного ранца

Вот, собственно, и всё. Сделанный своими руками реактивный ранец успешно прошёл испытания в домашних условиях.

С помощью нехитрого приспособления — электронных весов, удалось определить мощность реактивного ранца, сделанного своими руками

Правда, в качестве перемещаемой в пространстве нагрузки выступал обычный торговый безмен. На шкале сила тяги турбины совсем немного не достала значения — 10 кг.  Больше подробностей на видео ниже.

Последние достижения в области разработки ракетных ранцев

Источник: https://zetsila.ru/%D1%80%D0%B5%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D1%8B%D0%B9-%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B5%D1%86/

Реактивный двигатель для авиамоделей

Реактивный двигатель из... БУМАГИ своими руками ( + чертеж) | Своими руками - Как сделать самому

Пилотирование самолетов стало увлечением, объединившим взрослых и детей со всего мира. Но с развитием данного развлечения развиваются и движители для мини самолетов. Самый многочисленный двигатель для самолетов такого типа является электрический.

Но с недавних пор на арене двигателей для RC авиамоделей появились реактивные двигатели (РД).

Они постоянно дополняется всевозможными инновациями и придумками конструкторов. Задача перед ними стоит довольно сложная, но возможная.

После создания одной из первых моделей уменьшенного двигателя, которая стала значимой для авиамоделирования, в 1990-х годах изменилось многое. Первый ТРД был 30 см в длину, около 10 см в диаметре и весом в 1,8 кг, но за десятки лет, у конструкторов получилось создать более компактную модель.

Если основательно взяться за рассмотрение их строения, то можно поубавить сложностей и рассмотреть вариант создания собственного шедевра.

Устройство РД

Турбореактивные двигатели (ТРД) работают благодаря расширению нагретого газа. Это самые эффективные двигатели для авиации, даже мини работающие на углеродном топливе. С момента появления идеи создания самолета без пропеллера, идея турбины стала развиваться во всем обществе инженеров и конструкторов. ТРД состоит из следующих компонентов:

  • Вал;
  • Диффузор;
  • Колесо турбины;
  • Камера сгорания;
  • Компрессор;
  • Статор;
  • Конус сопла;
  • Направляющий аппарат;
  • Подшипники;
  • Сопло приема воздуха;
  • Топливная трубка и многое другое.

Принцип работы

В основе строения турбированного двигателя лежит вал, который крутится при помощи тяги компрессора и нагнетает быстрым вращением воздух, сжимая его и направляя из статора. Попав в более свободное пространство, воздух сразу же начинает расширяться, пытаясь обрести привычное давление, но в камере внутреннего сгорания он подогревается топливом, что заставляет его расшириться еще сильней.

Единственный путь для выхода воздух под давлением — выйти из крыльчатки.

С огромной скоростью он стремится на свободу, направляясь в противоположную от компрессора сторону, к крыльчатке, которая раскручивается мощным потоком, и начинает быстро вращаться, придавая тяговой силы всему движку.

Часть полученной энергии начинает вращать турбину, приводя в действие компрессор с большей силой, а остаточное давление освобождается через сопло двигателя мощным импульсом, направленным в хвостовую часть.

Чем больше воздуха нагревается и сжимается, тем сильней нагнетаемое давление, и температура внутри камер. Образовываемые выхлопные газы раскручивают крыльчатку, вращают вал и дают возможность компрессору постоянно получать свежие потоки воздуха.

Виды управления ТРД

Существует три вида управления двигателем:

  • Электронный блок управления ТРД jet GR180Ручной. Самый простой из способов, который разгоняет двигатель электрическим статором до минимальных оборотов 3000 об/мин. При таких оборотах на свечу накала подается газ, и после воспламенения обороты увеличиваются вдвое. При стабильной тяге, подача газа отключается и начинается стабильная подача жидкого топлива. Недостаток управления в полном отсутствии информации о работе движка.
  • Автоматический. Запуск с тумблера на пульте управления. Стартер раскручивает вал до рабочих оборотов, пока электронный блок контролирует зажигание, старт и все остальные показатели. Для остужения движка при выключении блок прокручивает вал еще несколько раз.
  • Полуавтоматический. Система управления в полуавтоматическом режиме схожа с предыдущим видом. Она отличается только подачей газа с пульта управления. Все процессы, обороты и температуры электронный блок регулирует самостоятельно.

Виды двигателей для авиамоделей

Реактивные двигатели на авиамодели бывают нескольких основных типов и двух классов: воздушно-реактивные и ракетные.

Некоторые из них устарели, другие слишком затратные, но азартные любители управляемых авиамоделей пытаются опробовать новый двигатель в действии. Со средней скоростью полета в 100 км/час авиамодели становятся только интересней для зрителя и пилота.

Популярнейшие типы двигателя отличаются для управляемых и стендовых моделей, в силу разного КПД, веса и тяги. Всего типов в авиамоделировании немного:

  • Ракетный;
  • Прямоточный воздушно-реактивный (ПРВД);
  • Пульсирующий воздушно-реактивный (ПуРВД);
  • Турбореактивный (ТРД);

Ракетный используется только на стендовых моделях, и то довольно редко. Его принцип работы отличается от воздушно-реактивного. Основным параметром здесь выступает удельный импульс. Популярен из-за отсутствия необходимости взаимодействия с кислородом и возможности работы в невесомости.

Прямоточный сжигает воздух из окружающей среды, который всасывается из входного диффузора в камеру сгорания. Воздухозаборник в этом случае направляет кислород в двигатель, который благодаря внутреннему строению заставляет нагнетать давление у свежего потока воздуха.

Во время работы, воздух подходит к воздухозаборнику со скоростью полета, но во входном сопле она резко уменьшается в несколько раз. За счет замкнутого пространства нагнетается давление, которое при смешивании с топливом выплескивает из обратной стороны выхлоп с огромной скоростью.

Пульсирующий работает идентично прямоточному, но в его случае сгорание топлива непостоянное, а периодичное.

При помощи клапанов топливо подается только в необходимые моменты, когда в камере сгорания начинает падать давление. В своем большинстве реактивный пульсирующий двигатель совершает от 180 до 270 циклов впрыскивания топлива в секунду.

Чтобы стабилизировать состояние давления (3,5 кГ/см2), используется принудительная подача воздуха с помощью насосов.

Турбореактивный двигатель, устройство которого вы рассматривали выше, обладает самым скромным расходом топлива, за счет чего и ценятся. Единственным их минусов является низкое соотношение веса и тяги. Турбинные РД позволяют развить скорость модели до 350 км/ч, при этом холостой ход двигателя держится на уровне 35 000 оборотов в минуту.

Технические характеристики

Важным параметром, заставляющим авиамодели летать, является тяга. Она обеспечивает хорошую мощность, способную поднимать в воздух большие грузы. Тяга у старых и новых двигателей отличается, но у моделей, созданных по чертежам 1960-х годов, работающих на современном топливе, и модернизированных современными приспособлениями, КПД и мощность существенно возрастают.

В зависимости от типа РД, характеристики, как и принцип работы, могут отличаться, но всем им для запуска необходимо создать оптимальные условия.

Запускаются двигатели при помощи стартера — других двигателей, преимущественно электрических, которые прикрепляются к валу двигателя перед входных диффузором, либо запуск происходит раскручиванием вала с помощью сжатого воздуха, подаваемого на крыльчатку.

двигателя GR-180

На примере данных из технического паспорта серийного турбореактивного двигателя GR-180 можно увидеть фактические характеристики рабочей модели:
Тяга: 180N при 120 000 об/мин, 10N при 25 000 об/мин
Диапазон оборотов: 25 000 — 120 000 об/мин
Температура выхлопного газа: до 750 C°
Скорость истечения реактивной струи: 1658 км/ч
Расход топлива: 585мл/мин (при нагрузке), 120мл/мин (холостой ход)
Масса: 1.2кг
Диаметр: 107мм
длина: 240мм

Использование

Основной сферой применения была и остается авиационная направленность. Количество и размер разных типов ТРД для самолетов ошеломляет, но каждый из них особенный и применяется при необходимости.

Даже в авиамоделях радиоуправляемых самолетов время от времени появляются новые турбореактивные системы, которые представляются на всеобщий обзор зрителям выставок и соревнований.

Внимание к его использованию позволяет существенно развивать способности двигателей, дополняя принцип работы свежими идеями.

В последнее десятилетие парашютисты и спортсмены экстремального вида спорта вингсьют, интегрируют мини ТРД как источник тяги для полета с применением костюм-крыло из ткани для вингсьюта, в этом случае двигатели крепятся к ногам, или жесткого крыла, надеваемого как рюкзак на спину, к которому и крепятся двигатели.
Еще одним перспективным направлением использования являются боевые беспилотники для военных, на данный момент их активно используют в армии США.
Самым перспективным направлением использования мини ТРД — беспилотники для транспортировки товаров между городами и по миру.

Установка и подключение

Установка реактивного двигателя и его подключение к системе — процесс сложный. В единую цепь необходимо подключить топливный насос, перепускные и регулировочные клапана, бак и температурные датчики. В силу воздействия высоких температур, обычно используются соединения и топливные трубки с огнеупорным покрытием.

Закрепляется все самодельными фитингами, паяльником и уплотнениями. Так как трубка может быть по размеру с головку иголки, соединение должно быть плотным и изолированным. Неправильное подключение может привести к разрушению или взрыву двигателя.

Принцип соединения цепи на стендовых и летающих моделях отличается и должен выполняться согласно рабочим чертежам.

Преимущества и недостатки РД

Преимуществ у всех типов реактивных двигателей множество. Каждый из типов турбин применяется для определенных целей, которым не страшны его особенности.

В авиамоделировании использование реактивного двигателя открывает двери в преодоление высоких скоростей и возможности маневрирования независимо от многих внешних раздражителей.

В отличие от электро- и ДВС реактивные модели более мощные и позволяют проводить самолету в воздухе больше времени.Выводы

Реактивные двигатели для авиамоделей могут иметь различную тягу, массу, структуру и внешний вид. Для авиамоделизма они всегда останутся незаменимы из-за высокой производительности и возможности применять турбину с использование разного топлива и принципа работы.

Выбирая определенные цели, конструктор может корректировать номинальную мощность, принцип образования тяги и т. д., применяя разные виды турбин к разным моделям.

Работа двигателя на сгорании топлива и нагнетании давления кислорода делает его максимально эффективным и экономичным от 0,145 кГ/л до 0,67 кГ/л, чего всегда добивались авиаконструкторы.

Источник: http://zewerok.ru/trd-for-aviamodelej/

Большая тайна маленьких турбин

Реактивный двигатель из... БУМАГИ своими руками ( + чертеж) | Своими руками - Как сделать самому

RC Design / Статьи / Радиоуправляемые Авиамодели

Автор – Виталий Дукин (Wit)

Из полученного е-mail (копия оригинала):

«Уважаемый Виталий!Ни магли бы Вы нимного больше рассказать

о модельных ТРД, что это ваабще такое и с чем их едят?»

Начнём с гастрономии, турбины ни с чем не едят, ими восхищаются! Или, перефразируя Гоголя на современный лад: «Ну какой же авиамоделист не мечтает построить реактивный истребитель?!».

Мечтают многие, но не решаются. Много нового, еще больше  непонятного, много вопросов.

Часто читаешь в различных форумах, как представители солидных ЛИИ и НИИ с умным видом нагоняют страха и пытаются доказать, как это всё сложно! Сложно? Да, может быть, но не невозможно! И доказательство тому – сотни самодельных и тысячи промышленных образцов микротурбин для моделизма! Надо только подойти к этому вопросу  философски: всё гениальное – просто. Поэтому и написана эта статья, в надежде поубавить страхов, приподнять вуаль неизвестности и придать вам больше оптимизма!

Что такое турбореактивный двигатель?

Турбореактивный двигатель (ТРД) или газотурбинный привод основан на работе расширения газа. В середине тридцатых годов одному умному английскому инженеру пришла в голову идея создания авиационного двигателя без пропеллера. По тем временам – просто признак сумасшествия, но по этому принципу работают все современные ТРД до сих пор.

На одном конце вращающегося вала расположен компрессор, который нагнетает и сжимает воздух. Высвобождаясь из статора компрессора, воздух расширяется, а затем, попадая в камеру сгорания, разогревается там сгорающим топливом и расширяется ещё сильней.

Так как деваться этому воздуху больше некуда, он с огромной скоростью стремится покинуть замкнутое пространство, протискиваясь при этом сквозь крыльчатку турбины, находящейся на другом конце вала и приводя её во вращение.

Так как энергии этой разогретой воздушной струи намного больше, чем требуется компрессору для его работы, то ее остаток высвобождается в сопле двигателя в виде мощного импульса, направленного назад.

И чем больше воздуха разогревается в камере сгорания, тем он быстрее стремится её покинуть, ещё сильнее разгоняя турбину, а значит и находящийся на другом конце вала компрессор.

На этом же принципе основаны все турбонагнетатели воздуха для бензиновых и дизельных моторов, как двух, так и четырёхтактных. Выхлопными газами разгоняется крыльчатка турбины, вращая вал, на другом конце которого расположена крыльчатка компрессора, снабжающего двигатель свежим воздухом.

Принцип работы – проще не придумаешь. Но если бы всё было так просто!

ТРД можно четко разделить на три части.

  • А. Ступень компрессора
  • Б. Камера сгорания
  • В. Ступень турбины

Мощность турбины во многом зависит от надёжности и работоспособности её компрессора. В принципе бывают три вида компрессоров:

  • А. Аксиальный или линейный
  • Б. Радиальный или центробежный
  • В. Диагональный

А. Многоступенчатые линейные компрессоры получили большое распространение только в современных авиационных и промышленных турбинах.

Дело в том, что достичь приемлемых результатов линейным компрессором можно, только если поставить последовательно несколько ступеней сжатия одну за другой, а это сильно усложняет конструкцию.

К тому же, должен быть выполнен ряд требований по устройству  диффузора и стенок воздушного канала, чтобы избежать срыва потока и помпажа. Были попытки создания модельных турбин на этом принципе, но из-за сложности изготовления, всё так и осталось на стадии опытов и проб.

Б. Радиальные, или центробежные компрессоры. В них воздух разгоняется крыльчаткой и под действием центробежных сил компримируется – сжимается в спрямительной системе-статоре. Именно с них начиналось развитие первых действующих ТРД.

Простота конструкции, меньшая подверженность к срывам воздушного потока и сравнительно большая отдача всего одной ступени были преимуществами, которые раньше толкали инженеров начинать свои разработки именно с этим типом компрессоров. В настоящее время это основной тип компрессора в микротурбинах, но об этом позже.

В. Диагональный, или смешанный тип компрессора, обычно одноступенчатый, по принципу работы похож на радиальный, но встречается довольно редко, обычно в устройствах турбонаддувов поршневых ДВС.

Развитие ТРД в авиамоделизме

Среди авиамоделистов идёт много споров, какая же турбина в авиамоделизме была первой. Для меня первая авиамодельная турбина, это американская TJD-76.

В первый раз я увидел этот аппарат в 1973 году, когда два полупьяных мичмана пытались подключить газовый баллон к круглой штуковине, примерно 150 мм в диаметре и 400 мм длинной, привязанной обыкновенной вязальной проволокой к радиоуправляемому катеру, постановщику целей для морской пехоты. На вопрос: «Что это такое?» они ответили: «Это мини мама! Американская… мать её так, не запускается…».

Намного позже я узнал, что это Мини Мамба, весом 6,5 кг и с тягой примерно 240 N при 96000 об/мин. Разработана она была ещё в 50-х годах как вспомогательный двигатель для лёгких планеров и военных дронов. Особенность этой турбины в том, что в ней использовался диагональный компрессор. Но в авиамоделизме она широкого применения так и не нашла.

Первый «народный» летающий двигатель разработал праотец всех микротурбин Курт Шреклинг в Германии.

Начав больше двадцати лет назад работать над созданием простого, технологичного и дешевого в производстве ТРД, он создал несколько образцов, которые постоянно совершенствовались.

Повторяя, дополняя и улучшая его наработки, мелкосерийные производители сформировали современный вид и конструкцию модельного ТРД.

Но вернёмся к турбине Курта Шреклинга. Выдающаяся конструкция с деревянной крыльчаткой компрессора, усиленной углеволокном. Кольцевая камера сгорания с испарительной системой впрыска, где по змеевику длинной примерно в 1 м подавалось топливо.

Самодельное колесо турбины из 2,5 миллиметровой жести! При длине всего в 260 мм и диаметре 110 мм, двигатель весил 700 грамм и выдавал тягу в 30 Ньютон! Это до сих пор самый тихий ТРД в мире.

Потому как скорость покидания газа в сопле двигателя составляла всего 200 м/с.

На основе этого двигателя было создано несколько вариантов наборов для самостоятельной сборки. Самым известным стал FD-3 австрийской фирмы Шнайдер-Санчес.

Ещё 10 лет назад авиамоделист стоял перед серьёзным выбором – импеллер или турбина?

Тяговые и разгонные характеристики первых авиамодельных турбин оставляли желать лучшего, но имели несравненное превосходство перед импеллером – они не теряли тягу с нарастанием скорости модели.

Да и звук такого привода был уже настоящим «турбинным», что сразу очень оценили копиисты, а больше всего публика, непременно присутствующая на всех полётах. Первые Шреклингские турбины спокойно поднимали в воздух 5-6 кг веса модели.

Старт был самым критическим моментом, но в воздухе все остальные модели отходили на второй план!

Авиамодель с микротурбиной тогда можно было сравнить с автомобилем, постоянно двигающимся на четвёртой передаче: ее было тяжело разогнать, но зато потом такой модели не было уже равных ни среди импеллеров, ни среди пропеллеров.

Надо сказать, что теория и разработки Курта Шреклинга способствовали  к тому, что развитие промышленных образцов, после издания его книг, пошло по пути упрощения конструкции и технологии двигателей. Что, в общем то, и привело к тому, что этот тип двигателя стал доступным для большого круга авиамоделистов со средним размером кошелька и семейного бюджета!

Первые образцы серийных авиамодельных турбин были JPX-Т240 французской фирмы Vibraye и японская J-450 Sophia Precision. Они были очень похожи как  по конструкции, так и по внешнему виду, имели центробежную ступень компрессора, кольцевую камеру сгорания и радиальную ступень турбины.

Французская JPX-Т240 работала на газе и имела встроенный регулятор подачи газа. Она развивала тягу до 50 N, при 120.000 оборотах в минуту, а вес аппарата составлял 1700 гр. Последующие образцы, Т250 и Т260 имели тягу до 60 N. Японская София работала в отличие от француженки на жидком топливе.

В торце ее камеры сгорания стояло кольцо с распылительными форсунками, это была первая промышленная турбина, которая нашла место в моих моделях.

Турбины эти были очень надёжными и несложными в эксплуатации. Единственным недостатком были их разгонные характеристики.

Дело в том, что радиальный компрессор и радиальная турбина  относительно тяжелы, то есть имеют в сравнении с аксиальными крыльчатками большую массу и, следовательно, больший момент инерции.

Поэтому разгонялись они с малого газа на полный медленно, примерно 3-4 секунды. Модель реагировала на газ соответственно ещё дольше, и это надо было учитывать при полётах.

Удовольствие было не дешевым, одна София стоила в 1995 году 6.600 немецких марок или 5.800 «вечно зелёных президентов». И надо было обладать очень хорошими аргументами, что бы доказать супруге, что турбина для модели намного важнее, чем новая кухня, и что старое семейное авто может протянуть ещё пару лет, а вот с турбиной ждать ну никак нельзя.

Дальнейшим развитием этих турбин является турбина Р-15, продаваемая фирмой Thunder Tiger.

Отличие её в том, что крыльчатка турбины у неё теперь вместо радиальной – аксиальная. Но тяга так и осталась в пределах 60 N, так как вся конструкция, ступень компрессора и камера сгорания, остались на уровне позавчерашнего дня.  Хотя по своей цене она является настоящей альтернативой многим другим образцам.

В 1991 году два голландца, Бенни ван де Гур и Хан Еннискенс, основали фирму AMT и в 1994 г  выпустили первую турбину 70N класса – Pegasus. Турбина имела радиальную ступень компрессора с крыльчаткой от турбонагнетателя фирмы Garret,  76 мм в диаметре, а также очень хорошо продуманную кольцевую камеру сгорания и аксиальную ступень турбины.

После двух лет тщательного изучения работ Курта Шреклинга и многочисленных экспериментов они добились оптимальной работы двигателя, установили пробным путём размеры и форму камеры сгорания, и оптимальную конструкцию колеса турбины.

В конце 1994 года на одной из дружеских встреч, после полётов, вечером в палатке за бокалом пива, Бенни в разговоре хитро подмигнул и доверительно сообщил, что следующий серийный образец Pegasus Mk-3 «дует» уже 10 кг, имеет максимальные обороты 105.000 и степень сжатия 3,5 при расходе воздуха 0,28 кг/с и скорости выхода газа в 360 м/с.

Масса двигателя со всеми агрегатами составляла 2300 г, турбина была 120 мм в диаметре и 270 мм длиной. Тогда эти показатели казались фантастическими. 

По существу, все сегодняшние образцы копируют и повторяют в той или иной степени, заложенные в этой турбине агрегаты.

В 1995 году, вышла в свет книга Томаса Кампса «Modellstrahltriebwerk» (Модельный реактивный двигатель), с расчётами (больше заимствованными в сокращённой форме из книг К.

Шреклинга) и подробными чертежами турбины для самостоятельного изготовления. С этого момента монополия фирм-производителей на технологию изготовления модельных ТРД закончилась окончательно.

Хотя многие мелкие производители просто бездумно копируют агрегаты турбины Кампса.

Томас Кампс путём экспериментов и проб, начав с турбины Шреклинга, создал микротурбину, в которой объединил все достижения в этой области  на тот период времени и вольно или невольно ввёл для этих двигателей стандарт.

Его турбина, больше известная как KJ-66 (KampsJetеngine-66mm). 66 мм – диаметр крыльчатки компрессора. Сегодня можно увидеть различные названия турбин, в которых почти всегда указан либо размер крыльчатки компрессора 66, 76, 88, 90 и т.д.

, либо тяга – 70, 80, 90, 100, 120, 160 N.

Где-то я прочитал очень хорошее толкование величины одного Ньютона: 1 Ньютон – это плитка шоколада 100 грамм плюс упаковка к ней. На практике часто показатель в Ньютонах округляют до 100 грамм и условно определяют тягу двигателя в килограммах.

Конструкция  модельного ТРД

  1. Крыльчатка Компрессора (радиальная)
  2. Спрямительная система Компрессора (статор)
  3. Камера сгорания
  4. Спрямительная система турбины
  5. Колесо турбины (аксиальная)
  6. Подшипники
  7. Вал
  8. Туннель вала
  9. Сопло
  10. Конус сопла
  11. Передняя крышка Компрессора (диффузор)

С чего начать?

Естественно у моделиста сразу возникают вопросы: С чего начать? Где взять? Сколько стоит?

  1. Начать можно с наборов (Kit-ов). Практически все производители на сегодняшний день предлагают полный ассортимент запасных частей и наборов для постройки турбин. Самыми распространёнными являются наборы повторяющие KJ-66. Цены наборов, в зависимости от комплектации и качества изготовления колеблются в пределах от 450 до 1800 Евро.
  2. Можно купить готовую турбину, если по карману, и вы умудритесь убедить в важности такой покупки супругу, не доводя дело до развода. Цены на готовые двигатели начинаются от 1500 Евро для турбин без автостарта.
  3. Можно сделать самому. Не скажу что это самый идеальный способ, он же не всегда самый быстрый и самый дешёвый, как на первый взгляд может показаться. Но для самодельщиков самый интересный, при условии, что есть мастерская, хорошая токарно-фрезерная база и прибор для контактной сварки также имеется в наличии. Самым трудным в кустарных условиях изготовления является центровка вала с колесом компрессора и турбиной.

Я начинал с самостоятельной постройки, но в начале 90-х просто не было такого выбора турбин и наборов для их постройки как сегодня, да и понять работу и тонкости такого агрегата удобней при его самостоятельном изготовлении.

Вот фотографии самостоятельно изготовленных частей для авиамодельной турбины:

Кто желает поближе ознакомится с устройством и теорией Микро-ТРД, тому я могу только посоветовать следующие книги, с чертежами и расчётами:

  • Kurt Schreckling. Strahlturbine fur Flugmodelle im Selbstbau. ISDN 3-88180-120-0

Источник: http://www.rcdesign.ru/articles/avia/jets_intro

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.