ИЗ ПОРШНЕВОГО - РЕАКТИВНЫЙ
П. СМИРНОВ, г. Горький
С каждым годом все меньше остается самолетов с поршневыми двигателями. Легкие, экономичные, работающие на более дешевом, чем бензин, топливе, реактивные двигатели вытесняют поршневые даже из сельскохозяйственной авиации.
Но на любых авиамодельных соревнованиях по-прежнему царит «поршневая эра». На кордодромах вы увидите мастерски сделанные копии «Ильи Муромца», «Ньюпора», И-15, Як-3... Не пытайтесь только искать модели реактивных самолетов - эпоха стремительных современных машин в моделизме еще не наступила. Причина тому - отсутствие реактивных микродвигателей или хотя бы их имитаторов: поршневых моторов с импеллерами. К сожалению, многочисленные попытки моделистов создать квазиреактивный двигатель не были успешными, - как правило, эти устройства имели крайне низкий коэффициент полезного действия и не развивали тяги, необходимой для устойчивого полета модели.
Более удачный вариант импеллера удалось построить ветерану советского авиамоделизма горьковчанину П. П. Смирнову. С «десятикубовым» двигателем его двухступенчатый вентилятор при собственной массе 830 г развивает тягу 2,25 кг/с. А этого вполне достаточно для полета не только кордовой модели, но и радиоуправляемой модели-копии.
В работу по созданию квазиреактивного двигателя оптимальной конструкции предлагаем включиться и читателям нашего журнала, рассказать о самостоятельно разработанных конструкциях, поделиться идеями и замыслами. Лучшие технические решения будут опубликованы.
При конструировании импеллера передо мной стояла задача - получить максимальную тягу (а следовательно, и максимальный коэффициент полезного действия движителя) при минимальном диаметре вентилятора. Это оказалось возможным только при использовании импеллера двухступенчатой схемы. Лопасти первой и второй ступепей находятся во кольцевых каналах между лопатками спрямляющих аппаратов.
Вначале воздушный поток попадает на входной направляющий аппарат - кольцевой канал, в котором располагаются 11 радиальных профилированных лопаток. Каждая из них установлена под углом 15° к направлению воздушного потока, что дает возможность закрутить его в направлении вращения ротора. Это уменьшает скорость потока относительно лопастей ротора первой ступени импеллера.
После первого вентилятора воздух попадает на промежуточный спрямляющий аппарат. В отличие от входного он имеет большее число лопаток (22), хорды которых параллельны оси канала. Дальше воздушный поток поступает на вторую ступень, ускоряется и проходит через выходной спрямляющий аппарат. Последний устроен аналогично входному и имеет то же число лопаток, однако угол их установки противоположен - это необходимо для выравнивания потока. Затем воздух устремляется в ресивер - основная его масса с большой скоростью проходит через сопло, а часть обтекает головку цилиндра двигателя, охлаждая его.
Детали импеллера сделаны из магниевых сплавов с плотностью 1,78 г/см3 - это позволило создать конструкцию сравнительно малого веса. Тем, кто намеревается повторить мой квазиреактивный двигатель, следует учесть, что магний очень легко окисляется, поэтому все детали из него необходимо оксидировать с последующей окраской и полировкой. Рекомендую для этого применять полиуретановую и пентафталевую эмали с предварительной грунтовкой составом ЭП-56, поскольку другие краски растворяются метанолом.
Очень коротко об особенностях конструкции. «Десятикубовый» калильный двигатель импеллера закреплен на раме, являющееся частью выходного спрямляющего аппарата. Ступицы обоих роторов и носовой кок стягиваются в единый блок резьбовой шпилькой, ввернутой в вал двигателя. Передняя опора блока - подшипник качения, посаженный в корпус входного направляющего аппарата. Ступицы роторов выточены таким образом, что между ним» и корпусом промежуточного спрямляющего аппарата остается зазор 0,5 мм, - это позволяет роторам свободно вращаться и в то же время не создает излишнего сопротивления воздушному потоку.
Роторы составные, каждый из них собран из ступицы и двенадцати лопастей. В ступицах для закрепления последних просверлено по 12 равно расположенных радиальных отверстий. Лопасти довольно сложной профилировки - сечение каждой имеет переменные хорду, толщину, и к тому же концевое сечение лопасти закручено относительно сечения с хордой, равной 21 мм. Чтобы точнее выверить лопасти относительно ступицы ротора, я применял несложный шаблон. На обоих вентиляторах лопасти установлены под одним углом - 41°9' к плоскости их вращения относительно хорды.
После окончательной сборки роторы протачиваются на токарном станке таким образом, чтобы внешний диаметр каждого составлял 98 мм, - этим обеспечивается кольцевой зазор 0,25 мм между обечайками и лопастями вентиляторов. И в заключение - балансировка роторов, которая должна выполняться весьма тщательно, учитывая высокие инерционные нагрузки.
Разрабатывая свою конструкцию под имеющийся у вас двигатель, учтите, что указанный угол установки лопастей вентилятора выбирался в соответствии с частотой его вращения (мой двигатель, в частности, развисает 14 тыс. об/мнн), при этом тяга была максимальной. Если же ваш двигатель имеет меньшую (или большую) частоту вращения, то угол установки лопастей необходимо увеличить (или уменьшить).
Внутренняя и внешняя оболочки ресивера выклеены из стеклоткани и эпоксидной смолы. Формовать их лучше всего на выточенных из древесины оправках, предварительно смазанных паркетной мастикой. При прорисовке контуров оболочек учтите, что площадь сопла на выходе из ресивера должна составлять 75-100% от площади кольцевого канала импеллера. Крепление элементов ресивера к обечайкам - хомутами из магниевого сплава «электрон». Во внешней оболочке разделано отверстие шириной 8 мм, через которое поступает воздух для охлаждения двигателя.
Все внутренние поверхности каналов необходимо отполировать, это существенно повышает коэффициент полезного действия импеллера и, соответственно, тягу.
Для доступа к электроду свечи в оболочке обтекателя прорезано отверстие диаметром 10 мм. Игла карбюратора и рычаг управления оборотами двигателя выведены за обводы импеллера.
Вращение ротора - против часовой стрелки, если смотреть со стороны носового кока. Запускать двигатель необходимо стартером, выходной вал которого имеет резиновую насадку с внутренним конусом. После запуска будьте осторожны - импеллер весьма интенсивно засасывает воздух через входной направляющий аппарат.
В заключение несколько рекомендаций тем, кто захочет сделать аналогичное устройство. Вас не должна смущать некоторая «переусложненность» квазиреактивного двигателя. Это объясняется тем, что моя конструкция должна была обеспечивать возможность настройки - варьирования углами установки лопастей вентиляторов, подбора профилировки и углов установки лопаток спрямляющих аппаратов. После выявления параметров в соответствии с оборотами двигателя многие элементы конструкции можно существенно упростить, используя такие передовые технологические методы, как формовку из синтетических смол и стекло- и углеволокна. Так, в частности, можно делать лопасти вентиляторов или даже весь вентилятор целиком. В общем, здесь есть над чем поломать голову опытным моделистам.
|
