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 GR180
Ручной. 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.
То сделать? Купить или сделать своими руками
Данный вопрос не простой. Так как турбореактивные двигатели, будь они полномасштабными или уменьшенными моделями, но они технически сложные устройства. Сделать из — задача не из простых. С другой стороны мини ТРД производят исключительно в США или странах Европы, поэтому и цена у них в среднем 3000 долларов, плюс минус 100 баксов. Так что покупка готового турбореактивного двигателя вам обойдется с учетом пересылки и всех сопутствующих патрубков и систем 3500 долларов. Цену мощете сами посмотреть, достаточно загуглить «турбореактивный двигатель Р180-RX»
Поэтому в современных реалиях лучше подойти к этому делу следующим образом — что называется сделать своими руками. Но это не совсем верная трактовка, скорее отдать работу подрядчикам. Двигатель состоит из механической и электронной части. Компоненты для электронной части движителя покупаем в Китае, механическую часть заказываем у местных токарей, но для этого необходимы чертежи или 3D модели и в принципе механическая часть у вас в кармане.
Электронная часть
Контроллер поддержания режимов двигателя можно собрать на Arduino. Для этого нужен прошитый Arduino чип, датчики — датчик оборотов и датчик температуры и исполнительные механизмы, регулируемая электроникой заслонка подачи топлива. Чип можно прошить самому, если знаете языки программирования, либо обратиться на форум для ардуинщиков за услугой.
Механическая часть
С механикой все интереснее все запчасти в теории вам могут изготовить токаря и фрезеровщики, проблема вся в том, что для этого нужно их специально искать. Не проблема найти токаря, который изготовит вал и втулку вала, а вот все остальное. Самая сложная деталь в изготовлении — это колесо центробежного компрессора. Оно изготовляется либо отливкой. либо на 5 координатном фрезерном станке. Самый простой способ заполучить крыльчатку центробежного насоса это ее купить, как зап часть для турбонагнетателя ДВС автомобиля. И уже под нее ориентировать все остальные детали.
