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词条 自制涡喷引擎
释义

原理介绍

脉冲式喷气发动机结构简单,加工方便,并比普通内燃机发动机有高的燃烧效,因此适用于各种航空,海模,车辆模中。你也可以自己设计做成喷气助动车辆。脉动喷气发动机工作时,首先把压缩空气打入单向阀门,或使发动机在空中运动,这时便有气流进入燃烧室,然后油咀喷油,火花塞点火燃烧。

这时长尾喷管在燃气喷出后,由于燃气流的惯性作用,虽然燃烧室内的压强同外面大气的压强相等,仍会继续向外喷,所以在燃烧室内造成空气稀薄的现象,使压强显著降低到小于大气压,于是空气再次打开单向阀门流入燃烧室,喷油点火燃烧,开始第二个循环。这样周而复始,发动机便可不断地工作了。

这种发动机由进气到燃烧、排气的循环过程进行得很快,一秒钟大约可达40~50次。

发动机特点

脉动式发动机在原地可以起动,构造简单,重量轻,造价便宜。这些都是它的优点。但它只适于低速飞行(速度极限约为每小时640~800公里),飞行高度也有限,单向阀门的工作寿命短,加上振动剧烈,燃油消耗率大等缺点,使得它的应用受到限制。

设计参数

1.

油气比

喷气发动机依靠油气燃烧产生反作用力,根据油品的爆炸极限,

燃油与空气重量比,一般在15-20%。即一升空气约需一克的油。

2.喷气频率,

喷气发动机喷气频率与机身长度有关,同一直径下,机身越长频率越低。

3.

机身直径与长度比 L/D

发动机长度与直径是发动机设计的重要步聚,长度与比直径一般在10-17。

4.计算公式

发动机的推力是由许多因素决定的,如下公式可说明:m*va=F*t

V = 发动机体积 (dm^3.)

f = 喷气频率. (Hz)

va = 喷气速度. (m/s)

F = 推力 (N, Newton)

fc = 油耗 (gram/second)

m = 空气质量 kg

t =时间s秒.

以时间一秒,m=实际进入发动机的油气量X换算得出

m*v=F*t. m = mass = X %

实际推力:F (Newton) = (X * D^2 * 3.1415 * L * v^2 )/(L * 8)

由以上公式可以得出尾喷管直径越大,发动机的推力越大,同时进入的油气X越多就能产生更大的推力。

5.尾喷管长度

根据国外爱好者的实际经验,尾喷长度与对推力的影响较小,而对发动机工作的可靠性有较大影响。

发动机的尾喷管较长,阀片的工作频率f 较低,但每次吸入油气较多,使每次做功增大。长的喷管可以使发动机接近最大理论推力。同时空气吸入性能较好,使发动机容易发动。

短的尾喷会使发动机喷气频率f 加大,,同时间吸入的油气较少,因此,推力并没增加。并会使发动机不易发动,工作不稳定。

(提示:为了调节发动机方便起见,实际制作长度要比理论设计长些,因为长一些可以锯短。当短了要加长可就麻烦些,但不要太长,太长了结果会一样不工作)

计算公式是:

Y = 0.152 * X + 470 (mm) ,公制单位

(或Y = 3.88* X + 18,66 (inc)-英制单位

参考数据:

发动机名 Y=总长 X=尾喷管截面积

Brauner 490 907

Alpha 485 531

B-12 600 531

Aerojet 610 1075

PAM 810 907

Sov faa 670 1195 6.喷气速度

由于高温高压下喷气发动机喷气速度计算是一个复杂的过程,对于爱好者来说可用一个简化公式计算

va=2*L*f

p90的计算为例:

喷气速度为:150*2*0.86= 258 m/s.

7.单向阀通风孔面积

单向阀通风孔面积是发动设计最关键部,因为它关系到进入发动机的油与空气比.

计算公式

Y = 0.4922*X – 37 (平方mm)

在这里(X=尾喷管截面积,Y=单向阀通风孔面积,如果是大的发动机可不减37) .

另在设计中要考虑到阀片安装后会使通风孔面积减小10-20%,因此要留一定的余量。

计算结果大约是尾喷管截面积的50-60%,一般设计可取55%

(提示,稍大的通风面积可以让发动机更易点火)。

外国发动机设计参考:

发动机名 阀通风面积Y 尾喷截面积X

Brauner 452 907

Alpha 381 531

B-12 221 531

Aerojet 603 1075

PAM 506 907

Sov faa 661 1195也可以已手册加工图自己验算一下,一般误差5%之间

8.进气口面积

位于发动机前端的进气孔最小面积不能小于单向阀通风孔面积。

为了雾化燃料,空气在缩小部速度加大,因此进气通道被设计为喇叭状,也称为空气节流阀。

9.如何设计自己的发动机

一、首先确定发动机的推力,

根据上述公式,以实际油气进入系数X=0.75计算简化得到

发动机推力与尾喷截面积的关系,设计公式为

F(磅)=4.2磅*平方英寸(喷管面积)

或者是:

F(牛顿)=2.65牛*平方厘米

(一千克力=9.8牛顿)

根据外国的设计为列:

如果要制作产生25磅推力的发动机,25/4.2 = 5.95 s平方英寸得到尾喷管直径约2.75英寸。

阀孔的面积为5.95*0.6552=3.9平方英寸。(这里系数0.6552设计者计算是取经验值)

由于阀加工形状的限制,那么单向阀的截面积可用3.9/0.55 = 7.1 sqr inc,,以阀上开十个孔计算每个孔的面积为0.39 sqr inc,燃烧室截面积与单向阀的面积大致相同,能装进单向阀。

喷管长度可简化计算 L=5.95*3.88+18.66 = 41.8,留余量,可取50英寸,如果喷管尾部采用扩张部分,长度为0.2*41=8,总长50的情况下,那么实际尾喷管长为50-8=42英寸.

最小空气入口面积为阀孔面积,即3.9平方英寸

国外P-90发动机实验数据(供参考)

各参数如下

V = 2.9 litre

fc = 6.7 gram/sec

f = 150 Hz

va = 258 m/s

F = 85 Newton

安全守则

涡喷的制作不同于其他模型 ,由于涡喷在高温与高速条件下工作

如果你不想被当成烤鸭请注意下面的事项!!

1.别被火喷成烤鸭,玩火要有科学知识指导。

2.,涡轮一定要作动平衡才能用。

3.无论如何不要在共公场合试发动机,很多人围观不是好事。

4.涡轮转速高达70000转每分以上,没机械基础不要去试!!

5,发动机试运与工作中,永远不要站在涡轮的两侧正对位,以免涡轮发生事故时,钢片高速飞出,象子弹一样,危及生命!!!

特别提醒!做涡喷一定要有机加工与材料常识,了解金属,火灾,爆炸原理,等安全知识,安全第一。

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性能参数;

直径:120mm

长度: 210mm

净重:1kg

推力:2.5kg力

国外造价参考:约100美元

国内材料成本约需:300元人民币

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涡轮主要部件: 压气机FD0040主要是为燃烧室提供大量的空气,用航空板粘制而成

涡轮FD0055用耐高温不锈钢板,剪出叶片,弯成形状。

燃烧室用不锈钢容器改制

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个人心得:

做为自制涡喷的原型机,可能现在你打算自制涡喷时,不用选择制作fd3-64,因为它毕竟是98年的产品,现在的国外爱好者的通过改进设计,自制涡喷已经达到12公斤推力。推重比10左右。但不要认为它已过时,而一无用处,因为fd3-64的制作理论,让你在家哩打造涡喷成为了

现实,不用去担心没有航空发动机制造厂的专用设备,因为日常生活中你能找到相应的材料来加工。同时,作者打破迷信专业厂家的思想,自己开动脑筋,用中国人的话说,就是想尽一切土办法,在科学的理论指导下制成了能用于航模的喷气发动机。他的成功,同时也鼓励了更多的爱好者参与到自制涡喷的研究与发烧行列中来,大大提高了自制涡喷的推力,这是一种挑战与锻炼。同时我们也可以参考fd3-64的制作加工部件过程,敢于根据自己的条件,在科学理论指导下,改进加工方法。但是fd3-64毕竟是过时的设计,它的木头压气轮需要碳纤加强,加上效率不高,因此,后来的改进采用了kkk系列或盖勒特商品压气轮部件,稍大点的汽车配件店可以买到。

FD3/46 涡轮喷气发动机制作方法-摘录

在此感谢“东方蜘蛛”的大力支持

原著:kurt shreckling

摘自《Gas turbine engine for model aircraft-航模涡轮喷气发动机>》

业余制作涡轮的工具

一台普通的车床

能焊不锈钢的电焊

电钻

由于详细的设计与制作过程有一本80页的书那么多,以下仅为书中内容的摘要!!!

1.涡轮

涡轮的桨叶长度大约是外经的1/6,(对于业余爱好者来说不要问为什么),因为是作者无数次实验的数据。

涡轮不能钻孔,叶片数设计为17片。

当温度从500度降至20度时,涡轮与机壳的间隙会减少5%,也就是说设计时要预留涡轮膨胀空间,太大了不行。没推力了。涡轮为2.5mm耐高温不锈钢剪口弯成。

2.轴

高转速低转矩,必须很硬,不然会在60000转、分的情况下共振玩完,本发动机采用铝合金以助散热,两端为不锈钢。轴承要高转速 的,达90000转/分才行。使用润滑油降温,可以用日常找到的688代替。

3.压气叶轮

材料为航空层板,或山毛榉等结实的木头。外绕碳纤加强.

4.涡轮动平衡

(请参见涡喷自制问答)

5.加工资料

fd3-64设计与部件加工蓝图 下载...........>解压密码:联盟成员免费获得!

kj66的手工版

(适合中国爱好者参考的制作)

直径: 110mm

长: 235mm

最大推力:5kg

最大转速: 103,000rpm

排气温度: 550 deg C

净重 1.140Kg

本设计是kj66手工制作版,国外爱好者自力更生,除压气轮采用了车用的配件压气轮之外,其余全采用手工制作,,,,以上是kj66的手工制作成品。

个人心得供爱好者参考)

对于国内爱好者要自制涡喷,根据本人的制作经验,我个人认为,可以在对fd3-64的加工设计原理有一定了解后,制作KJ66(手工版)是一个比较合适的选择,因为如下的改造足以让你觉得动心。

1.压气轮

新的设计使用了涡轮增压器用的kkk系列铝合金压气轮。各大汽车配件店能购到

提供自制涡喷爱好者一些资料照片,希望能对你们自制涡喷有用。

原始的涡喷分解

KJ66涡喷分解

汽车废气增压器分解

用汽车废气增压器制作的涡喷分解

成品涡喷分解

随便看

 

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