Pulzní proudový motor ( PUVRD ) je variantou vzduchového proudového motoru . HPJE používá spalovací komoru se vstupními ventily a dlouhou, válcovou výstupní tryskou . Palivo a vzduch jsou dodávány pravidelně.
Cyklus provozu PuVRD se skládá z následujících fází:
PuVRD má ve srovnání s raketovými motory velký specifický impuls , ale v tomto ukazateli je horší než proudové motory . Významným omezením je také to, že tento motor vyžaduje zrychlení na provozní rychlost 100 m/s a jeho použití je omezeno na rychlost cca 250 m/s.
První patenty na pulzní proudový motor získali (nezávisle na sobě) v 60. letech 19. století Charles de Louvrier ( Francie ) a Nikolaj Afanasjevič Teleshov ( Rusko ) [1] .
Němečtí konstruktéři , kteří v předvečer 2. světové války rozsáhle hledali alternativy k pístovým leteckým motorům, neignorovali tento vynález, který zůstal dlouhou dobu bez nároku. Nejslavnějším letounem (a jediným sériově vyráběným) s Argus As-014 PUVRD vyráběným Argus-Werken byl německý projektil V-1 . Šéfkonstruktér V-1 Robert Lusser pro něj zvolil PUVRD ne kvůli efektivitě (pístové letecké motory té doby měly nejlepší výkon), ale hlavně kvůli jednoduchosti konstrukce a v důsledku i nízkým mzdovým nákladům na výrobu. , což se odůvodnilo sériovou výrobou jednorázových střel sériově vyrobených za necelý rok (od června 1944 do března 1945) v množství více než 10 tisíc kusů.
Po válce pokračoval výzkum pulzních proudových motorů ve Francii ( SNECMA ) a ve Spojených státech ( Pratt & Whitney , General Electric ).
Výsledky tohoto vývoje zajímaly armádu USA a SSSR. Byla vyvinuta řada experimentálních a experimentálních vzorků. Zpočátku byla hlavním problémem střel vzduch-země nedokonalost inerciálního naváděcího systému , jehož přesnost byla považována za dobrou, pokud střela z dosahu 150 kilometrů zasáhla čtverec o stranách 3 kilometry. To vedlo k tomu, že s hlavicí na bázi konvenční trhaviny měly tyto střely nízkou účinnost a zároveň jaderné nálože měly až příliš velkou hmotnost (několik tun). Když se objevily kompaktní jaderné nálože, konstrukce účinnějších proudových motorů již byla vypracována, takže pulzní vzduchové tryskové motory nebyly široce používány.
Zástupci raket vzduch-země s pulzujícím vzduchovým proudovým motorem.
Na počátku roku 2010 došlo k oživení zájmu o PuVRD: jejich vývoj a testování provádí General Electric, Pratt & Whitney, SNECMA a také domácí NPO Saturn [2] .
Pulzující proudový motor (PUVRD, anglický termín Pulse jet ), jak již název napovídá, pracuje v pulzačním režimu, jeho tah se nevyvíjí kontinuálně jako u náporového nebo proudového motoru, ale ve formě série pulzů, které následují jeden za druhým. frekvence desítek hertzů, pro velké motory, až 250 Hz - pro malé motory určené pro modely letadel. [3]
Konstrukčně je PuVRD válcová spalovací komora s dlouhou válcovou tryskou menšího průměru [4] . Čelo komory je napojeno na vstupní difuzér, kterým vzduch vstupuje do komory.
Mezi difuzorem a spalovací komorou je instalován vzduchový ventil, který pracuje pod vlivem tlakového rozdílu v komoře a na výstupu z difuzoru: když tlak v difuzoru překročí tlak v komoře, ventil se otevře a propouští vzduch do komory; při obrácení tlakového poměru se uzavře.
Ventil může mít různou konstrukci: v motoru Argus As-014 rakety V-1 měl tvar a působil jako okenní rolety a skládal se z pružných obdélníkových ventilových desek z pružinové oceli přinýtovaných k rámu; u malých motorů vypadá jako destička ve tvaru květiny s radiálně uspořádanými destičkami ventilů ve formě několika tenkých, elastických kovových plátků přitisknutých k základně ventilu v uzavřené poloze a neohnutých ze základny působením tlaku v difuzoru přesahujícím tlak v komoře. První provedení je mnohem dokonalejší – má minimální odpor proti proudění vzduchu, ale je mnohem náročnější na výrobu.
V přední části komory je jeden nebo více vstřikovačů paliva, které vstřikují palivo do komory tak dlouho, dokud plnicí tlak v palivové nádrži převyšuje tlak v komoře; když tlak v komoře překročí plnicí tlak, zpětný ventil v dráze paliva uzavře přívod paliva. Primitivní nízkoenergetické konstrukce často pracují bez vstřikování paliva, jako pístový karburátorový motor. K nastartování motoru se v tomto případě obvykle používá externí zdroj stlačeného vzduchu.
Pro zahájení spalovacího procesu je v komoře instalována zapalovací svíčka, která vytváří vysokofrekvenční sérii elektrických výbojů a palivová směs se vznítí, jakmile koncentrace paliva v ní dosáhne určité úrovně dostatečné pro zapálení. Když se plášť spalovací komory dostatečně zahřeje (obvykle po několika sekundách po nastartování velkého motoru, nebo po zlomku sekundy - malého; bez ochlazení prouděním vzduchu se ocelové stěny spalovacího prostoru rychle se zahřeje do červena), elektrické zapalování se stává zcela zbytečným: palivová směs se vznítí od horkých stěn kamer.
Během provozu vydává PUVRD velmi charakteristický praskavý nebo bzučivý zvuk, právě kvůli pulzacím při jeho provozu.
Cyklus činnosti PUVRD je znázorněn na obrázku vpravo:
Zdánlivá podobnost mezi PUVRD a ramjetem (možná vyplývající z podobnosti zkratek jmen) je mylná. Ve skutečnosti má PUVRD hluboké, zásadní rozdíly od náporového nebo proudového motoru.
Někdy se říká, že provoz PUVRD při nulových otáčkách je nemožný - to je mylná představa, každopádně to nelze rozšířit na všechny motory tohoto typu. Většina náporových motorů (na rozdíl od náporových motorů) může pracovat „na místě“ (bez přicházejícího proudu vzduchu), i když tah, který v tomto režimu vyvinou, je minimální (a obvykle nedostatečný ke spuštění jím poháněného zařízení bez cizí pomoci – proto např. V-1 byl vypuštěn z parního katapultu, zatímco PuVRD začal stabilně pracovat ještě před startem [5] ).
Činnost motoru je v tomto případě vysvětlena následovně. Když tlak v komoře po dalším pulzu klesne na atmosférický, pohyb plynu v trysce setrvačností pokračuje a to vede k poklesu tlaku v komoře na úroveň pod atmosférickou. Když se vzduchový ventil otevře pod atmosférickým tlakem (což také nějakou dobu trvá), v komoře se již vytvořil dostatečný podtlak, aby se motor mohl "nadechnout čerstvého vzduchu" v množství nezbytném pro pokračování dalšího cyklu. [6] Raketové motory se kromě tahu vyznačují specifickým impulsem , který je ukazatelem stupně dokonalosti nebo kvality motoru. Tento ukazatel je také měřítkem účinnosti motoru. Níže uvedený diagram graficky znázorňuje horní hodnoty tohoto ukazatele pro různé typy proudových motorů v závislosti na rychlosti vzduchu, vyjádřené ve formě Machova čísla , což umožňuje vidět rozsah každého typu motoru.
PuVRD - Pulzující vzduchový proudový motor, TRD - Proudový motor , náporový - náporový motor , scramjet - hypersonický náporový motor .
Motory se vyznačují řadou parametrů:
Na rozdíl od raketových motorů, jejichž tah nezávisí na rychlosti rakety, tah vzduchových proudových motorů (WJ) silně závisí na letových parametrech - výšce a rychlosti. Doposud se nepodařilo vytvořit univerzální proudový motor, proto jsou tyto motory počítány pro určitý rozsah provozních výšek a rychlostí. Zrychlení WFD do rozsahu provozní rychlosti zpravidla provádí samotný nosič nebo urychlovač startu.
| Charakteristický | RDTT | LRE | PUVRD | TRD | nápor | scramjet |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Rozsah provozních rychlostí, Machovo číslo | neomezená | 0,3-0,8 | 0-3 | 1,5-5 | >5 | |
| Specifický tah, m/s | 2000-3000 | 2000-4000 | ~7000 | 15000-30000 | ||
| Specifický tah podle hmotnosti | Ne | ~100 | ~10 | |||
V literatuře existuje popis motorů podobných PuVRD.
PuVRD je charakterizován jako hlučný a nehospodárný , ale jednoduchý a levný . Vysoká hladina hluku a vibrací vyplývá z velmi pulzujícího režimu jeho provozu. O plýtvání paliva svědčí rozsáhlá svítilna, „bíjící“ z trysky PuVRD – důsledek nedokonalého spalování paliva v komoře.
Srovnání PUVRD s jinými leteckými motory umožňuje poměrně přesně určit rozsah jeho použitelnosti.
PuVRD je na výrobu mnohonásobně levnější než plynová turbína nebo pístový ICE , proto je při jednorázovém použití ekonomicky předčí (samozřejmě za předpokladu, že se „vyrovná“ s jejich prací). Během dlouhodobého provozu opakovaně použitelného zařízení ztrácí PuVRD ekonomicky se stejnými motory kvůli plýtvání spotřebou paliva.
Z hlediska jednoduchosti a levnosti není ramjet prakticky horší než puramjet, ale při rychlostech nižších než 0,5 M je nefunkční. Ve vyšších rychlostech je ramjet svou účinností lepší než puramjet (při zavřeném ventilu se přední odpor puramjetu prudce zvyšuje a v transsonických rychlostech "sežere" téměř všechen tah vytvořený tímto motorem).
Souhrn těchto okolností určuje výklenek, ve kterém PuVRD nachází uplatnění - jednorázové bezpilotní letouny s provozní rychlostí do 0,5M - létající cíle, bezpilotní průzkumná letadla [9] . [10] Ze stejných důvodů se motor používá i v leteckém modelářství [11] .
Vzhledem k jednoduchosti a nízké ceně jsou PUVRD široce používány v amatérském letectví a leteckém modelářství. Malé motory tohoto typu se staly velmi oblíbenými mezi leteckými modeláři a amatérským letectvím. Z tohoto důvodu se objevily komerční firmy, které pro tento účel vyrábějí k prodeji PuVRD a ventily pro ně (opotřebitelné díly).
PuVRD lze použít nejen jako motor, ale také jako stacionární zařízení pro výrobu tepla [9] .
| Motory | |||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| viz také stroj na věčný pohyb Převodový motor gumový motor | |||||||||||||||||
