設計參數:
1.油氣比
噴氣發動機依靠油氣燃燒產生反作用力。根據石油產品的爆炸極限,
燃料與空氣的重量比壹般為15-20%。也就是說,壹升空氣大約需要壹克油。
2.噴射頻率,
噴氣發動機的噴氣頻率與機身長度有關。相同直徑下,機身越長,頻率越低。
3.機身直徑與長度長徑比
發動機長度和直徑是發動機設計的重要步驟,長度和比直徑壹般為10-17。
4.計算公式
發動機的推力由很多因素決定,可以用下面的公式來解釋:m * VA = f * T。
V =發動機容積(dm^3.)
F =噴射頻率。(赫茲)
Va =噴射速度。(米/秒)
F =推力(N,牛頓)
Fc =油耗(克/秒)
M =空氣質量千克
T =時間秒。
以壹秒的時間換算,m=實際進入發動機的油氣量x。
m*v=F*t. m =質量= X %
實際推力:f(牛頓)=(x * D2 * 3.1415 * l * v2)/(l * 8)。
從上面的公式可以得出結論,尾噴管直徑越大,發動機的推力越大,同時進入的油氣X越多,可以產生的推力就越大。
5.尾噴管長度
根據國外愛好者的實踐經驗,尾噴長度對推力影響不大,但對發動機工作的可靠性影響很大。
發動機尾噴管長,閥板工作頻率f低,但每次吸入的油氣多,增加了每次做的功。長噴管可以使發動機接近最大理論推力。同時吸氣性能好,使發動機容易啟動。
短尾噴會增加發動機的噴流頻率f,同時吸入的油氣少,所以推力不增加。而且會讓發動機啟動困難,不穩定。
(提示:為了方便調整發動機,實際生產長度要比理論設計長,因為長的可以鋸短。短的時候拉長會比較麻煩,但不能太長。如果太長,結果也壹樣。
計算公式為:
Y = 0.152 * X+470(毫米),公制單位。
(或y = 3.88 * x+18,66(Inc)-英制單位。
參考數據:
引擎名稱
Y=總長度
X=尾噴管的橫截面積
布勞內爾
490
907
希臘字母的第壹個字母
485
531
B-12
600
531
航空噴氣發動機
610
1075
脈沖幅度調制 (Pulse Amplitude Modulation的縮寫)
810
907
Sov faa
670
1195
6.噴射速度
由於噴氣發動機的噴氣速度計是壹個高溫高壓下的復雜過程,可以用壹個簡化的公式計算出來,供愛好者使用。
va=2*L*f
以p90的計算為例:
噴射速度:150*2*0.86= 258米/秒.
7.單向閥的通風孔面積
單向閥的通氣面積是發動機設計中最關鍵的部分,因為它關系到進入發動機的油氣比。
計算公式
y = 0.4922 * x–37(平方毫米)
這裏(X=尾噴管截面積,Y=單向閥通風孔面積,如果是大型發動機可以減37)。
另外,設計中要考慮到安裝閥板後通風孔的面積會減少10-20%,所以要留有壹定的余量。
計算結果約為尾噴管截面積的50-60%,壹般設計可取55%。
(提示,稍微大壹點的通風面積可以讓發動機更容易點火)。
國外發動機設計參考:
引擎名稱
閥門通風區域y
尾噴流橫截面積x
布勞內爾
452
907
希臘字母的第壹個字母
381
531
B-12
221
531
航空噴氣發動機
603
1075
脈沖幅度調制 (Pulse Amplitude Modulation的縮寫)
506
907
Sov faa
661
1195
也可以自己查手工加工圖,壹般誤差在5%之間。
8.進氣口面積
位於發動機前端的進氣口的最小面積不能小於單向閥通風孔的面積。
為了使燃油霧化,空氣的速度在收縮部分增加,所以進氣道設計成喇叭形,也叫空氣節流閥。
9.如何設計自己的發動機
首先,確定發動機的推力,
根據上述公式,計算並簡化出實際油氣進入系數X=0.75。
發動機推力與尾噴截面積之間關系的設計公式為
f(磅)=4.2磅*平方英寸(噴嘴面積)
或者:
f(牛頓)=2.65牛頓*平方厘米
(壹千克力=9.8牛頓)
根據國外的設計:
如果妳想建造壹臺產生25磅推力的發動機,25/4.2 = 5.95平方英寸給出的噴管直徑約為2.75英寸。
閥孔的面積為5.95*0.6552=3.9平方英寸。(此處系數為0.6552,設計者取經驗值進行計算。)
由於閥門加工形狀的限制,單向閥的截面積可為3.9/0.55 = 7.1 sqr inc,按閥門上十個孔計算,每個孔的面積為0.39 sqr inc。燃燒室的截面積與單向閥的截面積幾乎相同,可以安裝在單向閥內。
噴嘴長度可以簡化為L = 5.95 * 3.88+18.66 = 41.8,余量為50英寸。如果噴管尾部采用長度為0.2*41=8的展開部分,總長度為50,則實際尾噴管長度為50-8=42。
最小進氣口面積是閥孔面積,為3.9平方英寸。
國外P-90發動機實驗數據(供參考)
這些參數如下
V = 2.9升
fc = 6.7克/秒
f = 150赫茲
va = 258米/秒
F = 85牛頓
第二章噴氣發動機制造
1.材料選擇
因為發動機在高溫下工作,所以不能使用鋁等低熔點金屬。
壹般來說,對於發燒友來說,碳鋼和鋁合金都可以。不銹鋼管是最好的材料,五金店都有,各種規格都有。妳也可以用的材料是摩托車或者汽車的排氣管,碳鋼的。表面鍍鋁,不容易生銹,但因為厚度的原因略重。價格不貴,40元左右壹個,在摩托車修理部可以找到。用過的舊的更便宜,可以賣到10元壹個。也可以根據圖紙加工錐形部分。
鋁合金只能做發動機的前進氣節氣門蓋。
3.
如何制作進氣止回閥
啟動的關鍵是單向閥的加工。閥門的加工需要車床進行整體加工。如果沒有車床,可以采用另壹種設計。比如從藍圖上可以看到,可以在3-10 mm厚的圓形鐵板上鉆所需的孔進行替換,然後就可以安裝閥板了。
梅花閥片是發動機的關鍵,必須用彈性強、耐高溫、厚度在0.1-0.3mm左右的薄鋼板制成,否則發動機無法工作。閥板可以切割成需要的形狀,也可以電解。和印刷電路板壹樣,先在板材上塗上油漆,幹燥後再畫出想要的圖案。用鋼針沿線切斷油漆,然後放入鹽水中,用6-12v DC電解。
4.發動機的裝配
噴氣發動機的安裝比較簡單,按照圖紙加工零件安裝就行了。安裝止回閥片時,註意將梅花閥片向內彎曲10度至30度。打開閥門排氣口。另外,註意發動機接觸處是否氣密。
第三章如何啟動發動機
摘要
脈沖發動機啟動難嗎?其實並不是。從發動機原理可知,為了啟動發動機燃燒,需要滿足以下條件:
1.燃料
2.空氣
3.點火源
燃料
脈沖發動機可以使用多種日常燃料,如家用液化氣、汽油、柴油、煤油、甲醇(工業酒精)等。壹般選用汽油作為燃料,對於普通發燒友來說,任何品牌的汽車汽油都可以。如果溫度較低,可能使燃油難以揮發,也可以在機油中加入不超過25%的醚類成分,使點火更容易。最好的燃料是甲醇,因為燃燒產生水,水易揮發,爆炸點廣。
空氣
噴氣發動機啟動前,空氣不能自動吸入燃燒室。這時候就需要用壹個小風箱或者泵在發動機入口處輸入空氣,幫助發動機輸入油氣混合氣。註意,空氣需要壹定的壓力和流量才能將燃油完全霧化成油氣。
點火方法
最好的辦法是在機身燃燒室安裝火花塞。如果沒有火花塞,也沒關系。鐵絲頭可以包棉球蘸汽油,尾噴口也可以點火。圖中顯示了各種點火模式。
點火步驟:
1.連接油管,註意油箱液面與發動機噴油口之間的高度不超過20毫米.
2.打開火花塞或點燃壹個小的燃料火炬,並從噴嘴伸出。
3.用手按壓風箱,或用泵向發動機進氣口吹氣,並註意觀察。只有當止回閥被吹開時,油才被吸入並霧化。
調整油閥針控制油門大小,尋找最佳吹氣角度,使油完全霧化。如果發動機還是不能點火,可以拆開機身,調整閥片的角度和固定螺絲的松緊。然後再試壹次,直到找到最佳工作點,噴氣發動機啟動,風箱和點火源去掉,繼續運轉。
另外,也可以用罐裝打火機氣體,從進氣口吹入,點燃。步驟同上,但妳需要調節氣量。
第四章提問和回答
1.為什麽發動機不工作了?
由於設計和加工中的選材問題,很多發動機無法正常工作。事實上,從燃燒條件可以看出主要原因如下:
1.空氣短缺和過剩
因為閥板材質不同,閥板太硬,會使外界空氣無法吸入。所以需要提前調整閥板的間隙,選擇合適的材料制作。另外,由於閥板的阻力,實際進氣量減少20%以上。
2.進氣口設計過大造成空氣過多,使燃燒室火花被吹走,吸入的油氣混合物無法點燃。
3.噴嘴太短,導致發動機極不穩定。因為頻率太高,吸入的油氣不能完全混合,會導致發動機熄火。
4.油霧化不好,超重的油不容易氣化。所以不建議使用比汽油重的油,比如柴油作為燃料,最好是甲醇,因為甲醇容易氣化,爆炸濃度範圍廣。
5.進油口油位低,由於油箱油位底,無法吸入機油。此時,油箱的位置應該升高。
2.為什麽發動機配氣盤的工作壽命較短?
由於閥板工作溫度高,振動頻率高,閥板的工作壽命成為發動機的軟肋。如果材料容易熔化,高溫下幾分鐘就完了。因此,如何設計單向閥以增加閥板的工作壽命成為發動機制造商的研究課題。
壹是選擇耐高溫材料,二是采用無閥設計。按照現有的無閥脈沖發動機設計,機身制作更復雜,推力更小。
脈動噴氣發動機是噴氣發動機的壹種,可用於無人機、導彈或航空模型。德國納粹用它推進V-1導彈,二戰後期轟炸倫敦。這臺發動機的結構如圖所示。發動機的前部裝有壹個單向閥,後面是壹個包含燃料噴嘴和火花塞的燃燒室,最後是壹個專門設計的長尾噴嘴。