En pulsjetmotor ( PUVRD ) är en variant av en luftjetmotor . HPJE använder en förbränningskammare med inloppsventiler och ett långt, cylindriskt utloppsmunstycke . Bränsle och luft tillförs regelbundet.
Arbetscykeln för PuVRD består av följande faser:
PuVRD har en stor specifik impuls jämfört med raketmotorer , men är sämre än turbojetmotorer i denna indikator . En betydande begränsning är också att denna motor kräver acceleration till en arbetshastighet på 100 m/s och dess användning är begränsad till en hastighet av ca 250 m/s.
De första patenten för en pulsjetmotor erhölls (oberoende av varandra) på 1860-talet av Charles de Louvrier ( Frankrike ) och Nikolai Afanasyevich Teleshov ( Ryssland ) [1] .
Tyska designers , som, på tröskeln till andra världskriget, genomförde en bred sökning efter alternativ till kolvflygmotorer , ignorerade inte denna uppfinning, som förblev outtagna under lång tid. Det mest kända flygplanet (och det enda som tillverkas) med Argus As-014 PUVRD tillverkad av Argus-Werken var den tyska V-1- projektilen . V-1 chefsdesigner Robert Lusser valde för honom en PUVRD inte för effektivitetens skull (kolvflygplansmotorer från den tiden hade bäst prestanda), utan främst på grund av enkel design och, som ett resultat, låga arbetskostnader för tillverkning , vilket motiverades med massproduktion av engångsprojektiler massproducerade på mindre än ett år (från juni 1944 till mars 1945) i mängden mer än 10 tusen enheter.
Efter kriget fortsatte forskningen om pulsade jetmotorer i Frankrike ( SNECMA ) och USA ( Pratt & Whitney , General Electric ).
Resultaten av denna utveckling intresserade militären i USA och Sovjetunionen. Ett antal experimentella och experimentella prover utvecklades. Inledningsvis var huvudproblemet med luft-till-yta-missiler ofullkomligheten i tröghetsstyrsystemet , vars noggrannhet ansågs vara god om missilen från en räckvidd på 150 kilometer träffade en kvadrat med sidor på 3 kilometer. Detta ledde till att med en stridsspets baserad på ett konventionellt sprängämne hade dessa missiler låg effektivitet, samtidigt som kärnladdningarna hade en ännu för stor massa (flera ton). När kompakta kärnladdningar dök upp hade konstruktionen av effektivare turbojetmotorer redan utarbetats, så pulsade luftjetmotorer användes inte i stor utsträckning.
Representanter för luft-till-yta-missiler med en pulserande luftjetmotor.
I början av 2010-talet har intresset för PuVRD återuppstått: deras utveckling och testning utförs av General Electric, Pratt & Whitney, SNECMA, såväl som den inhemska NPO Saturn [2] .
Pulserande jetmotor (PUVRD, engelsk term Pulse jet ), som namnet antyder, arbetar i pulsationsläge, dess dragkraft utvecklas inte kontinuerligt, som en ramjet- eller turbojetmotor, utan i form av en serie pulser som följer efter varandra med en frekvens på tiotals hertz, för stora motorer, upp till 250 Hz - för små motorer designade för flygplansmodeller. [3]
Strukturellt sett är PuVRD en cylindrisk förbränningskammare med ett långt cylindriskt munstycke med mindre diameter [4] . Kammarens framsida är ansluten till en inloppsdiffusor genom vilken luft kommer in i kammaren.
En luftventil är installerad mellan diffusorn och förbränningskammaren, som fungerar under påverkan av tryckskillnaden i kammaren och vid diffusorns utlopp: när trycket i diffusorn överstiger trycket i kammaren, öppnas ventilen och släpper in luft i kammaren; när tryckförhållandet vänds stängs det.
Ventilen kan ha en annan design: i V -1- raketens Argus As-014-motor hade den formen och fungerade som persienner och bestod av flexibla rektangulära ventilplattor av fjäderstål nitade på ramen; i små motorer ser det ut som en blomformad platta med radiellt anordnade ventilplattor i form av flera tunna, elastiska metallblad pressade mot ventilbasen i stängt läge och oböjda från basen under påverkan av trycket i diffusorn som överstiger trycket i kammaren. Den första designen är mycket mer perfekt - den har minimalt motstånd mot luftflöde, men är mycket svårare att tillverka.
Det finns en eller flera bränsleinsprutare längst fram i kammaren som sprutar in bränsle i kammaren så länge laddtrycket i bränsletanken överstiger trycket i kammaren; när trycket i kammaren överstiger laddtrycket stänger backventilen i bränslebanan av bränsletillförseln. Primitiva lågeffektdesigner fungerar ofta utan bränsleinsprutning, som en kolvförgasad motor. I det här fallet används vanligtvis en extern tryckluftskälla för att starta motorn.
För att initiera förbränningsprocessen installeras ett tändstift i kammaren, vilket skapar en högfrekvent serie av elektriska urladdningar, och bränsleblandningen antänds så snart koncentrationen av bränsle i den når en viss nivå som är tillräcklig för antändning. När skalet på förbränningskammaren värms upp tillräckligt (vanligtvis, efter några sekunder efter starten av en stor motor, eller efter en bråkdel av en sekund - en liten; utan kylning genom luftflöde, förbränningskammarens stålväggar värms snabbt upp glödhett), blir elektrisk tändning helt onödig: bränsleblandningen antänds från kameror med heta väggar.
Under drift avger PUVRD ett mycket karakteristiskt sprakande eller surrande ljud, på grund av just pulseringar i dess drift.
Arbetscykeln för PUVRD illustreras i bilden till höger:
Den uppenbara likheten mellan PUVRD och ramjet (möjligen härrörande från likheten mellan förkortningarna av namnen) är felaktig. I verkligheten har en PUVRD djupgående, grundläggande skillnader från en ramjet- eller turbojetmotor.
Det sägs ibland att driften av en PUVRD vid nollhastighet är omöjlig - detta är en felaktig idé, i alla fall kan den inte utvidgas till alla motorer av denna typ. De flesta ramjetmotorer (till skillnad från ramjetmotorer) kan fungera "stillestående" (utan mötande luftflöde), även om dragkraften de utvecklar i detta läge är minimal (och vanligtvis otillräcklig för att starta enheten som drivs av den utan hjälp utifrån - därför, t.ex. V-1 lanserades från en ångkatapult, medan PuVRD började arbeta stadigt redan innan lanseringen [5] ).
Motorns funktion i detta fall förklaras enligt följande. När trycket i kammaren efter nästa puls sjunker till atmosfärstryck, fortsätter rörelsen av gas i munstycket genom tröghet, och detta leder till en minskning av trycket i kammaren till en nivå under atmosfären. När luftventilen öppnar under atmosfärstryck (vilket också tar lite tid) har det redan skapats tillräckligt med vakuum i kammaren så att motorn kan "andas frisk luft" i den mängd som krävs för att fortsätta nästa cykel. [6] Raketmotorer, förutom dragkraft, kännetecknas av specifik impuls , som är en indikator på graden av perfektion eller kvalitet hos motorn. Denna indikator är också ett mått på motorns effektivitet. Diagrammet nedan visar grafiskt de övre värdena för denna indikator för olika typer av jetmotorer, beroende på flyghastigheten, uttryckt i form av Mach-nummer , vilket gör att du kan se omfattningen av varje typ av motor.
PuVRD - Pulserande luftjetmotor, TRD - Turbojetmotor , ramjet - ramjetmotor , scramjet - hypersonisk ramjetmotor .
Motorer kännetecknas av ett antal parametrar:
Till skillnad från raketmotorer, vars dragkraft inte beror på raketens hastighet, beror dragkraften hos luftjetmotorer (WJ) starkt på flygparametrarna - höjd och hastighet. Hittills har det inte varit möjligt att skapa en universell jetmotor, så dessa motorer är beräknade för ett visst område av arbetshöjder och hastigheter. Som regel utförs accelerationen av WFD till driftshastighetsområdet av bäraren själv eller av startacceleratorn.
| Karakteristisk | RDTT | LRE | PUVRD | TRD | ramjet | scramjet |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Drifthastighetsområde, Mach-tal | inte begränsad | 0,3-0,8 | 0-3 | 1,5-5 | >5 | |
| Specifik dragkraft, m/s | 2000-3000 | 2000-4000 | ~7000 | 15000-30000 | ||
| Specifik dragkraft i vikt | Nej | ~100 | ~10 | |||
I litteraturen finns en beskrivning av motorer som liknar PuVRD.
PuVRD karakteriseras som bullrigt och slösaktigt , men enkelt och billigt . Den höga nivån av buller och vibrationer är resultatet av det mycket pulserande driftsättet. Den slösaktiga karaktären av användningen av bränsle bevisas av en omfattande ficklampa som "slår" från munstycket på PuVRD - en konsekvens av ofullständig förbränning av bränslet i kammaren.
Jämförelse av PUVRD med andra flygplansmotorer gör det möjligt att ganska exakt bestämma omfattningen av dess tillämplighet.
En puVRD är många gånger billigare att tillverka än en gasturbin eller kolv ICE , därför, med en engångsanvändning, överträffar den dem ekonomiskt (naturligtvis förutsatt att den "klarar" deras arbete). Under långvarig drift av den återanvändbara apparaten förlorar PuVRD ekonomiskt till samma motorer på grund av slösaktig bränsleförbrukning.
När det gäller enkelhet och billighet är ramjet praktiskt taget inte sämre än puramjet, men vid hastigheter mindre än 0,5 M är den inoperabel. Vid högre hastigheter är ramjeten överlägsen i effektivitet jämfört med puramjeten (när ventilen är stängd ökar puramjetens frontmotstånd kraftigt och vid transoniska hastigheter "äter" den nästan all dragkraft som skapas av denna motor).
Helheten av dessa omständigheter bestämmer den nisch i vilken PuVRD hittar obemannade engångsflygfarkoster för engångsbruk med arbetshastigheter upp till 0,5 miljoner flygande mål, obemannade spaningsflygplan [9] . [10] Av samma skäl används motorn även i flygplansmodellering [11] .
På grund av sin enkelhet och låga kostnad används PUVRDs i stor utsträckning inom amatörflyg och flygmodellering. Små motorer av denna typ har blivit mycket populära bland flygplansmodellerare och amatörflyg. Av denna anledning har det dykt upp kommersiella företag som producerar för försäljning för detta ändamål PuVRD och ventiler för dem (slitdelar).
PuVRD kan användas inte bara som en motor, utan också som en stationär installation för värmegenerering [9] .
| Motorer | |||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| se även evighetsmaskin Kuggväxelmotor gummimotor | |||||||||||||||||
