航模用脈動(dòng)式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介

宋　釗

最近幾年來(lái)隨同航模運(yùn)動(dòng)日新月異的發(fā)展，人們?yōu)榱藙?chuàng)造更高速的飛行，曾應(yīng)用了噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)做為航模飛機(jī)的飛行動(dòng)力。這就是脈動(dòng)式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，也稱為共鳴式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。它是航空用的噴氣式動(dòng)力裝置的一種形式。因?yàn)樗鼧?gòu)造簡(jiǎn)單，容易制造，供給同樣的燃料能獲得較大的推力(與其他型噴氣動(dòng)力比較，如沖壓式發(fā)動(dòng)機(jī))，所以它也曾被用作航空器的動(dòng)力和航空武器的動(dòng)力。如第二次世界大戰(zhàn)中，德國(guó)制造的飛彈V－1就裝有脈動(dòng)式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。由于這種發(fā)動(dòng)機(jī)是間斷性的燃燒，不可避免的產(chǎn)生了強(qiáng)烈的周期性的振動(dòng)，這一嚴(yán)重的缺點(diǎn)，使他不能廣泛地應(yīng)用在有人駕駛的航空器上。

航模飛機(jī)是無(wú)人駕駛的簡(jiǎn)單航空器，同時(shí)因脈動(dòng)式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)能在靜止?fàn)顟B(tài)產(chǎn)生足夠大的推力，用以來(lái)保證模型飛機(jī)的起飛，所以它就成為航模用的良好的動(dòng)力。在裝有脈動(dòng)式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的模型飛機(jī)，其飛行速度可接近每小時(shí)300公里。而一般活塞式動(dòng)力的模型飛機(jī)的速度只不過(guò)每小時(shí)200公里左右。為高速而奮斗，脈動(dòng)式噴氣動(dòng)力就顯示了它的優(yōu)越性。

脈動(dòng)式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理

脈動(dòng)式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)是根據(jù)定容燃燒原理而工作的?？諝馀c燃料形成的混合物——燃?xì)猓谝欢ù笮〉娜莘e內(nèi)進(jìn)行迅速的燃燒(一般在千分之一秒，因?yàn)槿紵暮芸煊袝r(shí)稱為爆發(fā))，由于容積已固定不變，高熱的燃?xì)獠荒茏杂膳蛎?，燃?xì)獾膲毫σ蚨图眲∩?。此時(shí)如果使這高壓的燃?xì)庾砸粋€(gè)噴口噴出，膨脹到低壓。則燃?xì)饩蜁?huì)自噴口以很高的流速噴射出來(lái)，產(chǎn)生噴氣效應(yīng)，即容器受到了推力作用。以下借簡(jiǎn)圖1分述其工作過(guò)程：

圖1工作原理圖

1.打氣筒2.二次線圈3.油箱4.磁電機(jī)

11－22段為進(jìn)氣口22為進(jìn)氣活門(mén)22－33段為燃燒室33－44段為尾噴管

空氣自大氣中流經(jīng)11－22進(jìn)氣道，經(jīng)過(guò)開(kāi)著的活門(mén)被吸入燃燒室中與噴入的霧狀燃油相滲合形成混合氣體，然后用電火花塞點(diǎn)燃，混合氣體即產(chǎn)生強(qiáng)烈的燃燒——爆發(fā)，壓力急劇升高，進(jìn)氣活門(mén)便被壓關(guān)閉。這樣一來(lái)，燃燒室內(nèi)便產(chǎn)生了高溫高壓的燃?xì)?，這一股燃?xì)獗阃苿?dòng)尾噴管中的氣柱自噴口處一同以高速噴出，從而產(chǎn)生反作用推力推動(dòng)機(jī)體前進(jìn)。氣流噴出后，定容燃燒室里的壓力要急驟下降，當(dāng)降低到與外面的大氣壓力相等時(shí)，由于尾噴管里存留的氣流還會(huì)因慣性力的作用，繼續(xù)向外移動(dòng)，在噴管里形成的氣柱就好像唧筒里的活塞一樣，將燃燒室里的殘存燃?xì)饫^續(xù)向外抽引，因此就造成燃燒室里氣體稀薄現(xiàn)象(有時(shí)達(dá)真空)，使壓力較外界壓力大為降低。這樣一來(lái)進(jìn)氣活門(mén)二面壓力不等，呈現(xiàn)壓差，迫使進(jìn)氣活門(mén)打開(kāi)，前端空氣再一次流入燃燒室進(jìn)行燃燒，如是重復(fù)著以上過(guò)程，便形成了具有一定周期性斷續(xù)的工作過(guò)程，這種斷續(xù)現(xiàn)象如同脈膊的跳動(dòng)一樣，故稱為脈動(dòng)式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。

我們?cè)賮?lái)看看，如果尾噴管做的非常短，燃燒室的出口是敞開(kāi)的，燃燒室后端沒(méi)有氣流柱，那么當(dāng)混合氣燃燒時(shí)燃燒室燃?xì)獾膲毫ι叩木秃苌?，燃?xì)饩蜁?huì)立刻噴出。為克服這一缺點(diǎn)，就要在尾端加一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的噴管形成氣柱，而噴管越細(xì)越長(zhǎng)，燃燒室里的壓力也就升得越高(但太長(zhǎng)是不必要的)。一般進(jìn)行完一個(gè)完全的過(guò)程需要的時(shí)間很短，一般每分鐘可達(dá)140次到150次以上。進(jìn)行的次數(shù)稱為脈動(dòng)頻率，由以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

f=a/4L

式中a為平均音速

L為尾噴管的長(zhǎng)度。

脈動(dòng)式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)造和起動(dòng)

這里我們通過(guò)蘇聯(lián)的РАМ－2型發(fā)動(dòng)機(jī)，分別對(duì)其各個(gè)零件作一概述，并附有各零件的工作圖，可供航模愛(ài)好者試制時(shí)參考，如圖2(見(jiàn)封3)。

РАМ－2的性能及基本數(shù)據(jù)：地面靜止推力為2.8公斤，機(jī)體凈重為420克，脈動(dòng)頻率150－170次/分，總長(zhǎng)750公厘，最大直徑80公厘，尾噴管的直徑40公厘，用磁電機(jī)火花塞起動(dòng)。

這種發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是，構(gòu)造簡(jiǎn)單，重量輕，零件容易施工而且數(shù)目少。一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)總共才不過(guò)十二、三個(gè)零件，比起活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)要少的很多。

機(jī)頭部主要由調(diào)節(jié)油針7、油針襯套8、引油導(dǎo)管9、輸油套管10、分氣機(jī)體1、聯(lián)絡(luò)架圈2、活門(mén)3、限動(dòng)墊片4及固緊螺帽5所組成。

分氣機(jī)體1為鋁鑄件，外圓車成圓柱和圓錐二段，在錐段后端伸出一個(gè)圓環(huán)凸邊，前面借三個(gè)小鉚釘固定一個(gè)整流錐板，后端車有螺紋與聯(lián)結(jié)架圈2相聯(lián)。機(jī)體內(nèi)部沿圓周鉆有10個(gè)均勻分布的進(jìn)氣孔道，孔道的中心線與軸線成31°角。最內(nèi)部鉆通并車有螺紋。螺紋前端聯(lián)結(jié)著鋁制的引油導(dǎo)管9，導(dǎo)管前端車有螺紋與油針襯套8相聯(lián)，油針襯套下端開(kāi)個(gè)小孔固定著銅制的輸油套管10，燃油即由與輸油套管聯(lián)結(jié)的油管引來(lái)，經(jīng)8流至9再由9上開(kāi)的小孔噴出與空氣混合，形成混合氣體，經(jīng)分氣機(jī)體進(jìn)氣孔道進(jìn)入燃燒室，在試車時(shí)我們可以旋轉(zhuǎn)油針，調(diào)節(jié)其軸向位置來(lái)改變油針前錐面與油針襯套內(nèi)的錐面的距離，改變進(jìn)油面積的大小達(dá)到控制燃油流量的目的。

活門(mén)為一種特種耐熱合金鋼制成，可用Эи－100或Я1－T。這二種鋼都能在高溫情況下保持良好的機(jī)械性能?；铋T(mén)厚3公厘，十瓣呈梅花狀，可用專門(mén)的壓模壓成(成批生產(chǎn))，或用手工剪成(單件生產(chǎn))。這一零件因處于高熱狀態(tài)又有往復(fù)的振動(dòng)，根部極易疲勞而折斷，是發(fā)動(dòng)機(jī)壽命最低的零件。一般使用中都要有幾個(gè)備品以便隨時(shí)更換。

限制墊片4由20號(hào)炭鋼制成，用以限制活門(mén)打開(kāi)的最大寬度，3及4都由一個(gè)炭鋼制的螺帽壓緊在分氣機(jī)體1的后面。

燃燒室由三段組成——燃燒室11，收斂管12及尾噴管13。三者都由耐熱合金鋼Я1－T薄板(厚為0.3－0.5公厘)焊成。三者聯(lián)結(jié)都采用搭邊的點(diǎn)焊，燃燒室前端與聯(lián)結(jié)架圈2點(diǎn)焊在一起。點(diǎn)焊的優(yōu)點(diǎn)是變形小。

在燃燒室的后上端固定著一個(gè)襯套6(20號(hào)炭鋼)用以固定起動(dòng)火花塞。

發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法比較簡(jiǎn)單，如圖1所示，首先將通過(guò)二次線圈的正極與火花塞接通，負(fù)極搭在燃燒室外殼體上，形成一個(gè)通路。之后連通油箱導(dǎo)管。起動(dòng)時(shí)一般是用自行車的打氣筒，將出氣口斜對(duì)著引油導(dǎo)管上的排油孔，一個(gè)人急劇的抽動(dòng)打氣筒，打出的壓縮空氣使分氣機(jī)體喉部排油孔處造成低壓，因此燃油就被吸出與壓縮空氣混合并壓開(kāi)活門(mén)進(jìn)入燃燒室，與此同時(shí)另一人搖動(dòng)磁電機(jī)使火花塞跳火，點(diǎn)燃混合氣使其進(jìn)行燃燒。當(dāng)這樣過(guò)程進(jìn)行一小段時(shí)間后，燃燒狀態(tài)處于穩(wěn)定連續(xù)燃燒，并發(fā)出、、的聲音時(shí)，應(yīng)立刻斷掉點(diǎn)火導(dǎo)線并拿開(kāi)打氣筒，此時(shí)進(jìn)入燃燒室的混合氣便借助燃燒室內(nèi)余留的高熱自行點(diǎn)燃。以上操作雖然簡(jiǎn)單但還須要有很協(xié)調(diào)的配合和熟練的技巧。

最后介紹三種典型的裝有脈動(dòng)式噴氣發(fā)動(dòng)的模型飛機(jī)以供參考。從發(fā)動(dòng)機(jī)安裝的部位來(lái)看，模型可分為以下三類：

第一類，發(fā)動(dòng)機(jī)裝在模型飛機(jī)機(jī)身內(nèi)部，如圖3所示，這種類型可使飛機(jī)機(jī)身做成流線型，減少迎面飛行阻力。機(jī)身用耐熱合金做成，發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻性較差。

圖3

第二類，發(fā)動(dòng)機(jī)裝在飛機(jī)機(jī)身上部，如圖4所示，此種模型是將飛機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)做成分開(kāi)的；發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻性較好，但是增大了迎面阻力。重量也增大了。

圖4

第三類是所謂整體式的，如圖5所示。發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)體便是飛機(jī)的機(jī)身。這類模型制造簡(jiǎn)便，飛機(jī)的最大直徑就取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的最大直徑，發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻性能良好。重量輕。

圖5