脉动式喷气发动机竞速模型飞机

红　雨

在世界航空模型运动中，模型家和运动员们也和航空事业中的工人、设计师、飞行员一样，随时随地都在为提高飞行速度、飞行高度和续航时间而顽强斗争着。在我们国家里，党和政府给予航空模型运动的发展以极大的关切。解放仅仅十年的时间，我国的航空模型运动员们就已经在很多项目上取得了优秀的成绩。解放军的直升机模型曾在留空时间和飞行距离方面创造了世界纪录。二级活塞圆周竞速模型也跨过了216.8公里/小时的关口，正向236公里/小时的世界纪录挺进。

目前，模型飞机所创造的最快速度是由脉动式喷气发动机完成的，着名的苏联运动员依万尼柯夫在1858年国际竞赛中就用这种发动机创造了301公里/小时的世界绝对纪录，大大超过了匈牙利运动员班尼迪克在1957年所创造的281公里/小时的世界纪录。这个速度快到这样一个程度：若把这架模型飞机和“雅克－18”飞机并肩飞行，结果“雅克－18”开足马力也要落到后边！这架模型可以和一般活塞式旅客机比翼齐飞。

我国的航空模型运动员们迫切要求学习他们的先进技术提高本领，把‘速度推到更高水平。匈牙利、捷克，苏联的优秀运动员们应邀先后来到我国访问，表演并传授他们宝贵的经验。这正是一股强烈的东风，在这炽烈的技术革命运动中，为我国航空模型运动员和航模爱好者借来，可以预料，不久定会出现惊人的“高速度”。

脉冲式发动机同样也是该种竞速模型的心脏。这里首先介绍发动机的结构、工作原理和制作方法，然后再介绍一下这种模型飞机的设计和制作以及在向苏联和匈牙利运动员学习中如何提高飞行速度方面的其他一些经验的体会。

一、脉冲式喷气发动机

发动机各零件的形状，一般都是沿圆周均称分布，对称于纵轴的。构造上与其他各种发动机比较，是最简单的，仅由十一、二个简单的零件组成(图1)

图1PAM－И2的结构

1.环形油箱2.油门3.振动片和弹簧片4.导流锥体5.火花塞6.燃烧室7.气化器8.锥形圆环9.10.赛璐珞11.干酪素材料

工作原理

脉冲发动机工作原理为：工作过程是包括起动进气、燃料雾化、混合气的点燃爆发，排气再进气。实际上完成这样一个循环的时间并不超过几百分之一秒，一般它的循环频率是200－300次/秒。下面分述其过程：

起动：用打气筒等工具把空气高速地压入进气道。高速气流经过气化器，油箱中燃料被吸出气化，同时与空气混合经过单向活门进入燃烧室。

点燃爆发：磁电机使火花塞发生火花，点燃冲入燃烧室的混合气，燃气膨胀的压力关闭了单向活门。高温高压的燃气受到室壁的限制仅能从尾喷管高速射出。与此同时，由于高速燃气射出具有惯性的结果而使燃烧室形成低压区(甚至真空)，低压区迅速向外扩张，由于单向活门的作用原理低压区仅能向发动机头部扩展，因而在气化器处的压力和油面压力又产生了压力差，这样，再使油气化……。如此往复便形成工作循环(一经开始工作，混合气的点燃便不再依靠火花塞，而是由高热的器壁和残留的高温燃气自行点燃；磁电机即可移开)。

从上面工作过程可以知道，脉冲发动机是在高频率振动下工作的。对于振动元件——单向活门的振动片，极易磨损，工作寿命一般只有2－3分钟，也就是由于这个关键问题没被解决，故在被作为飞机的动力方案中淘汰。但又由于这种发动机对于远比飞机为小的模型来说，推力大、结构简单、使用方便、轻、小。所以为模型飞机制造者所喜用。并且用它夺取了航空模型中的最高速度。

性能的改善

怎样提高脉冲式喷气发动机的工作性能，怎样才能提高飞行速度，这是个较复杂的问题。很多实践、改善迟混合气与高温的室壁接触，提高燃烧室混合气的充满度，在每次吸气过程中混合气停留在锥形圆环后面，待充满到一定程度沿着整个燃烧室同时急速起燃——燃烧过程被缩短。锥形圆环还有助于活门振动片工作顺利。

提高充满度和缩短每次燃烧时间使燃烧室内压力提高，推力增大，但这样会使振动片的工作产生不良影响。为了避免这些，降低压力提高喷燃速度，便采用了较大直径的喷管。这时，推力已增加到1.9公斤，1954年国际竞赛中模型用该发动机飞到230公里/小时的速度。

又经过了一年多，PAM－И2制成了。

РАМ－И2和PAM－И1的主要不同点在于：活门瓣在直径由54毫米增加到58毫米，相应的增大了“活门栅栏”上的“窗口”。PAM－И2的活门瓣是由耐热钢片剪成，厚0.2毫米，一般常用材料有3И100、Я1T等。为了合理的减轻活门瓣的折转而又能紧紧压在“窗口”上，在活门瓣后面重叠了三片弹簧片(尺寸见图)。喇叭口长20毫米，喷管也缩短成450毫米。PAM－И2的推力是2.4－2.5公斤。

采用PAM－И2发动机的喷气式模型，在1955年捷克举行的国际竞赛的飞行中创造了最高速度——275.00 4公里/小时。(模型飞机的结构后面将谈到)。

发动机工作的可靠与否主要取决于进入发动机的混合气量的多少和活门瓣的工作性能。混合气量的多少又决定于进气道的形状、位置安排和油咀孔的大小、数目和分布。

经过试验企图在选用燃料方面来提高速度的办法，目前还没得到显见的效果。一般常用的是Б－70航空汽油。(未完待续)过程，目前还没能够从理论上得到完善的阐述。不过从依万尼柯夫所介绍的苏联脉冲喷气发动机的演变和发展过程中可以找到一些提高速度的规律(见图2)。

图2脉冲式喷气发动机几种型式的比较图

图－2中注明了同一种发动机五类不同形式的制成日期、推力和飞行速度。

下面简述一下以上五种的主要不同点：

油箱：由机身外部移到发动机机头内，由金属材料改用塑性材料。环形油箱沿飞行的内侧加大储油量。

进气道加长。气化器更靠近活门。

导流锥体表面光洁度更高，表面形状更流线。

燃烧室直径D增加，(前三种D=64毫米，第四、五种D=68毫米)，并有了流线形的曲度，前面加了燃烧室辅助环形罩(锥形圆环)。

振动片后面加上了三、四片弹簧片，用以增加振动片的根部刚度和使它开启曲度匀称。

火花塞前移。

尾喷管长度1逐渐减小直径d增加。第一种1约为610毫米长，而最后一种的1=450毫米。直径则由d1=34毫米变为d5=39毫米。

发动机的改善和制作

苏联运动健将伊万尼柯夫的第一架喷气式模型飞机是极普通的形式，有机身、机翼、尾翼并在机身上面装有一台PAM－1发动机。其速度只是110－150公里/小时，发动机在滑跑阶段经常出现停车的现象。经过一系列的试验后证明，由于进气道过短，迎面气流进入不够稳定(尤其是在滑跑过程中)，在飞行中产生贫油，当贫油较重时便会停车。此外，由于模型滑跑过程中的颠簸，造成油箱内油面的变化，有时油面会低于油咀孔，因而会使汽油从燃料导管中退回油箱造成发动机停车。

根据上面的分析，把发动机加以改善作成了第二台PAM－1喷气发动机(见图)。主要是加长了进气道，装上了环形油箱。

环形油箱的外壳是三层亚麻布围成以干酪胶或透布油粘在一起，内壳是赛璐珞卷成，制作时需要有一根加热的木棒作芯轴。油箱全部外表面都最好涂上一层耐火漆。

气化器和油管是利用断面3×2毫米的铜管做成，外面卷上一、二层涂上胶的纸然后再粘牢在油箱壁上。气化器油咀横在进气道最后面，它两侧各有一排7个直径0.4毫米的小孔。在油管的图示部位上用直径2.6毫米的小螺钉作为油门阀。环形油箱的输油管大大的缩短了，只需要70毫来长。

由于油箱装在发动机的头部，使模型飞机的方案大大改善。发动机代替了机身，用钢片做的箍圈把机翼和尾翼固定在机身(发动机)上，起落架很短小，它被固定在“活门栅栏”(挡钣)上。这架模型飞机的速度达到了200公里/小时。

在环形油箱内，油面环绕为油咀孔，当模型滑跑和飞行中发生颠簸时，供油不会受到影响。这是因为经常有不多的燃料液面高于油咀孔，燃料从输油管退回油箱已不可能。随着速度的增加，贫油现象也因进入更大量的混合气而被消除。

苏联曾经成批生产的PAM－1发动机，开始时在试验台上只产生1.2－1.3公斤的推力，当换上环形油箱后推力增加到1.5－1.6公斤。

推力的增加，主要是进气道加长，控制了杂乱的迎面气流，使其稳定的通过扩散和气化器进入燃烧室，进气量增加了，大量的混合气进入燃烧室。

除了进行了上面一些试验外，还在尾喷管的末端加了60毫米长的喇叭口，它和喷管壁的角度小于7°，并把原有PAM－1的活门孔扩大。这些改变又使模型速度上升到210公里/小时。

以后，伊万尼柯夫又制造了新的喷气发动机PAM－И1，发动机尾喷管是用厚0.3毫米不锈钢片卷起点焊成的。“活门栅栏”仍采用PAM－1型的，但“活门窗口”经过了强烈的镗孔扩大。燃烧室开始直径是64毫米，以后把它套在型胎上延展到68毫米，从燃烧室到尾喷管的过渡改为圆滑曲面。

尾喷管直径是39毫米，末端喇叭口长70毫米，和喷管壁成7°角。特殊改善性能的方法是在燃烧室内焊上了锥形圆环。它与室壁7°角，长15毫米。目的在于延