航模用脉动式喷气发动机简介

宋　钊

最近几年来随同航模运动日新月异的发展，人们为了创造更高速的飞行，曾应用了喷气式发动机做为航模飞机的飞行动力。这就是脉动式喷气发动机，也称为共鸣式喷气发动机。它是航空用的喷气式动力装置的一种形式。因为它构造简单，容易制造，供给同样的燃料能获得较大的推力(与其他型喷气动力比较，如冲压式发动机)，所以它也曾被用作航空器的动力和航空武器的动力。如第二次世界大战中，德国制造的飞弹V－1就装有脉动式喷气发动机。由于这种发动机是间断性的燃烧，不可避免的产生了强烈的周期性的振动，这一严重的缺点，使他不能广泛地应用在有人驾驶的航空器上。

航模飞机是无人驾驶的简单航空器，同时因脉动式喷气发动机能在静止状态产生足够大的推力，用以来保证模型飞机的起飞，所以它就成为航模用的良好的动力。在装有脉动式喷气发动机的模型飞机，其飞行速度可接近每小时300公里。而一般活塞式动力的模型飞机的速度只不过每小时200公里左右。为高速而奋斗，脉动式喷气动力就显示了它的优越性。

脉动式喷气发动机的工作原理

脉动式喷气发动机是根据定容燃烧原理而工作的。空气与燃料形成的混合物——燃气，在一定大小的容积内进行迅速的燃烧(一般在千分之一秒，因为燃烧的很快有时称为爆发)，由于容积已固定不变，高热的燃气不能自由膨胀，燃气的压力因而就急剧升高。此时如果使这高压的燃气自一个喷口喷出，膨胀到低压。则燃气就会自喷口以很高的流速喷射出来，产生喷气效应，即容器受到了推力作用。以下借简图1分述其工作过程：

图1工作原理图

1.打气筒2.二次线圈3.油箱4.磁电机

11－22段为进气口22为进气活门22－33段为燃烧室33－44段为尾喷管

空气自大气中流经11－22进气道，经过开着的活门被吸入燃烧室中与喷入的雾状燃油相渗合形成混合气体，然后用电火花塞点燃，混合气体即产生强烈的燃烧——爆发，压力急剧升高，进气活门便被压关闭。这样一来，燃烧室内便产生了高温高压的燃气，这一股燃气便推动尾喷管中的气柱自喷口处一同以高速喷出，从而产生反作用推力推动机体前进。气流喷出后，定容燃烧室里的压力要急骤下降，当降低到与外面的大气压力相等时，由于尾喷管里存留的气流还会因惯性力的作用，继续向外移动，在喷管里形成的气柱就好像唧筒里的活塞一样，将燃烧室里的残存燃气继续向外抽引，因此就造成燃烧室里气体稀薄现象(有时达真空)，使压力较外界压力大为降低。这样一来进气活门二面压力不等，呈现压差，迫使进气活门打开，前端空气再一次流入燃烧室进行燃烧，如是重复着以上过程，便形成了具有一定周期性断续的工作过程，这种断续现象如同脉膊的跳动一样，故称为脉动式喷气发动机。

我们再来看看，如果尾喷管做的非常短，燃烧室的出口是敞开的，燃烧室后端没有气流柱，那么当混合气燃烧时燃烧室燃气的压力升高的就很少，燃气就会立刻喷出。为克服这一缺点，就要在尾端加一个相当长的喷管形成气柱，而喷管越细越长，燃烧室里的压力也就升得越高(但太长是不必要的)。一般进行完一个完全的过程需要的时间很短，一般每分钟可达140次到150次以上。进行的次数称为脉动频率，由以下经验公式计算：

f=a/4L

式中a为平均音速

L为尾喷管的长度。

脉动式喷气发动机的构造和起动

这里我们通过苏联的РАМ－2型发动机，分别对其各个零件作一概述，并附有各零件的工作图，可供航模爱好者试制时参考，如图2(见封3)。

РАМ－2的性能及基本数据：地面静止推力为2.8公斤，机体净重为420克，脉动频率150－170次/分，总长750公厘，最大直径80公厘，尾喷管的直径40公厘，用磁电机火花塞起动。

这种发动机的特点是，构造简单，重量轻，零件容易施工而且数目少。一台发动机总共才不过十二、三个零件，比起活塞式发动机要少的很多。

机头部主要由调节油针7、油针衬套8、引油导管9、输油套管10、分气机体1、联络架圈2、活门3、限动垫片4及固紧螺帽5所组成。

分气机体1为铝铸件，外圆车成圆柱和圆锥二段，在锥段后端伸出一个圆环凸边，前面借三个小铆钉固定一个整流锥板，后端车有螺纹与联结架圈2相联。机体内部沿圆周钻有10个均匀分布的进气孔道，孔道的中心线与轴线成31°角。最内部钻通并车有螺纹。螺纹前端联结着铝制的引油导管9，导管前端车有螺纹与油针衬套8相联，油针衬套下端开个小孔固定着铜制的输油套管10，燃油即由与输油套管联结的油管引来，经8流至9再由9上开的小孔喷出与空气混合，形成混合气体，经分气机体进气孔道进入燃烧室，在试车时我们可以旋转油针，调节其轴向位置来改变油针前锥面与油针衬套内的锥面的距离，改变进油面积的大小达到控制燃油流量的目的。

活门为一种特种耐热合金钢制成，可用Эи－100或Я1－T。这二种钢都能在高温情况下保持良好的机械性能。活门厚3公厘，十瓣呈梅花状，可用专门的压模压成(成批生产)，或用手工剪成(单件生产)。这一零件因处于高热状态又有往复的振动，根部极易疲劳而折断，是发动机寿命最低的零件。一般使用中都要有几个备品以便随时更换。

限制垫片4由20号炭钢制成，用以限制活门打开的最大宽度，3及4都由一个炭钢制的螺帽压紧在分气机体1的后面。

燃烧室由三段组成——燃烧室11，收敛管12及尾喷管13。三者都由耐热合金钢Я1－T薄板(厚为0.3－0.5公厘)焊成。三者联结都采用搭边的点焊，燃烧室前端与联结架圈2点焊在一起。点焊的优点是变形小。

在燃烧室的后上端固定着一个衬套6(20号炭钢)用以固定起动火花塞。

发动机的起动方法比较简单，如图1所示，首先将通过二次线圈的正极与火花塞接通，负极搭在燃烧室外壳体上，形成一个通路。之后连通油箱导管。起动时一般是用自行车的打气筒，将出气口斜对着引油导管上的排油孔，一个人急剧的抽动打气筒，打出的压缩空气使分气机体喉部排油孔处造成低压，因此燃油就被吸出与压缩空气混合并压开活门进入燃烧室，与此同时另一人摇动磁电机使火花塞跳火，点燃混合气使其进行燃烧。当这样过程进行一小段时间后，燃烧状态处于稳定连续燃烧，并发出、、的声音时，应立刻断掉点火导线并拿开打气筒，此时进入燃烧室的混合气便借助燃烧室内余留的高热自行点燃。以上操作虽然简单但还须要有很协调的配合和熟练的技巧。

最后介绍三种典型的装有脉动式喷气发动的模型飞机以供参考。从发动机安装的部位来看，模型可分为以下三类：

第一类，发动机装在模型飞机机身内部，如图3所示，这种类型可使飞机机身做成流线型，减少迎面飞行阻力。机身用耐热合金做成，发动机的冷却性较差。

图3

第二类，发动机装在飞机机身上部，如图4所示，此种模型是将飞机与发动机做成分开的；发动机的冷却性较好，但是增大了迎面阻力。重量也增大了。

图4

第三类是所谓整体式的，如图5所示。发动机的机体便是飞机的机身。这类模型制造简便，飞机的最大直径就取决于发动机的最大直径，发动机的冷却性能良好。重量轻。

图5