Как устроен реактивный двигатель

Реактивный двигатель – так называемое устройство, предназначенное для передвижения, как правило, в воздухе этого же устройства и, как правило, сопряженное совместно с каким-либо агрегатом (аппаратом для полетов).

Перемещение двигателя производится за счет силы тяги, называемой реактивной, которая возникает при превращении энергии разного рода веществ или топливв (электроэнергии, химической, ядерной). Реактивная сила отдающих свою энергию истекающих струй и образующаяся на выходном сопле устройства, способна приводить в движение весь аппарат без помощи посторонних узлов и механизмов.

Саму теорию практического применения энергии реактивной силы, которая бы справилась с притяжением Земли, предложил ученый-инженер из России Циолковский К.Э. Однако ученому понадобилось достаточно много времени, в том числе политической смены власти, чтобы его научные исследования были приняты в практическом использовании.

Рисунок 1 – Общий снимок реактивного двигателя, который устанавливается в самолетах

Принцип работы реактивного двигателя

В общем виде принцип работы реактивного двигателя практически аналогичен принципу работы ядерного двигателя. Для первого применяется химическая движущая энергия, для вотрого же — энергия ядерных элементов.

Многие из нас, особенно мужская половина населения (на службе в армии, на охоте, в тире, на полигоне), стреляли из огнестрельного оружия и, соответственно, чувствовали на себе действие реактивной силы в виде отдачи. Этот же принцип, основанный на законе сохранения импульса, применяется в реактивных двигательных установках, в которых главным двигательным веществом является топливо.

Если рассмотреть вариант реактивного двигателя, функционирующего на керосиновом топливе, то в смесительном отсеке агрегата, где топливо смешивается с окислителем и происходит горение состав, выпускается огромнейшая энергия в виде тепла и мгновенного повышения давления в 10-20-30 и более раз выше атмосферного.

При постоянном поступлении топлива и окислителя (воздуха, жидкого кислорода, азотной кислоты) выходная кинетическая энергия рабочей отработанной смеси будет обладать высоким движущим импульсом. И истекающие струи через «Лавальское» сопло агрегата в окружающее пространство будут приводить в движение установку за счет выталкивающего момента.

Рисунок 2 – Иллюстрационное изображение работы реактивного двигателя

Как работает реактивный двигатель

Рисунок 3 – Схема работы реактивного двигателя

Воздух из окружающего пространства поступает на всас вентиляторов, которые подают его далее лопатки вращающегося с очень высокой скоростью турбокомпрессора. При этом поступающий воздух выполняет 2 функции:

• окислитель для сгорания топлива;
• охладитель агрегата.

В лопаточном аппарате турбокомпрессора воздух крепко уплотняется и под высоким давлением (от 3 МПа) подается в топливную смесительную камеру реактивного двигателя. Из рисунка 3 видно, что камера сгорания устроена таким образом, что смешение воздуха производится в несколько ступеней — на входе и в самой камере. Сюда же подводится топливо.

Хорошо перемешанная и в достаточном количестве обогащенная смесь воспламеняется, и в результате сгорания образуется тепловая энергия с выделением огромного объема газов. Последние приводят во вращение турбину горячей части двигателя, привод которой служит приводом турбокомпрессора.

В отдельных моделях реактивных двигателей турбины на выходе не монтируются. По большей части данное исполнение применяется в конструкции и принципе работы ракетного двигателя, где продукты сгорания после камеры попадают на выходные сопла.

Покидая горячую ступень, газы во всех реактивных аппаратах проходят через сопла. Эти элементы отличаются по своим конструкциям для разных моделей реактивных агрегатов и представляют собой «трубу», которая сначала сужается, а к выходу газов увеличивается в диаметре. За счет такой конструкции отработавшие газы увеличивают свою скорость до сверхзвука и образуют реактивную силу.

Температура горения в «сердце» реактивного агрегата достигает 2500°С, поэтому конструктивно требовательны в постоянстве охлаждения.

Устройство реактивного двигателя

С первого взгляда кажется устройство конструкции реактивной установки достаточно простым, однако характеристики использования топлива и его сгорания требуют применения высокопрочных материалов.

На рисунке 4 изображено устройство реактивного двигателя.

Рисунок 4 — Устройство реактивного двигателя

Из рисунка 4 видно, что на входе в аппарат установлен вентилятор всасывающий воздух в двигатель. Вентилятор состоит из мощных и объемных по размеру лопастей, которые, как правило, изготавливаются из титана. Далее вслед за вентилятором установлен многоступенчатый турбокомпрессор для подачи воздуха непосредственно в камеру, где происходит сгорание рабочего тела.

После воспламенения и сгорания поток реактивных газов направляется на рабочие лопатки турбоагрегата, чем и приводят его во вращение. На валу турбины горячей ступени имеется жесткая связь с компрессором, который вращается от работы турбины.

Отработанный газовый вихрь через сопла набирает реактивную скорость и покидает полость аппарата. Для предотвращения перегрева и расплавки на сопла подводится охлаждающий воздух от турбокомпрессора по специальным каналам в корпусе двигателя.

Разновидности реактивных двигателей

Существует несколько реактивных двигателей отличающихся по своему принципу работы и подобию. Так, принцип работы ядерного двигателя, в основу которого положена синтезная реакция разложения химического элемента, к примеру — урана.

Данный элемент помещается в реактор. Туда же подводится при помощи турбонасосов рабочее вещество. Распылительными форсунками производится его рассеивание по рабочей камере, в которой происходит контакт с химическим ураном. В результате выделяется энергия большой силы, которая и является движущей.

Не смотря на всю конфиденциальность и секретность информации о ядерном вооружении стран во всем мире, самую большую опасность представляет крылатая ракета, работающая на ядерном топливе.

Системы противовоздушной обороны настолько совершенны, что обмануть простыми полетами и маневрами уже не так-то просто. В этом случае и выступает на передний план ядерный двигатель. Увы, принцип работы ядерного двигателя для крылатой ракеты недоступен и, вряд ли, когда-нибудь будет раскрыт для общественности.

Реактивный двигатель

Поставьте такой опыт. Надуйте воздушный шарик, а потом, не завязывая, отпустите его. Шарик начнет беспорядочно летать по вашей комнате.

Какая сила движет шарик? Сила сжатого воздуха. Его молекулы, вылетая через отверстие в шаре, согласно третьему закону Ньютона, который гласит, что действие равно противодействию, толкают оболочку в обратную сторону. На этом же принципе работают и реактивные двигатели.

Рассмотрение их конструкций начнем с прямоточного воздушно-реактивного двигателя — ПВРД. Он имеет наиболее простую схему работы.

Представьте себе металлическую трубку, движущуюся в воздушном потоке. Передний край трубки вбирает в себя воздух, — это воздухозаборник. Из сопла — задней части трубки — выходят отработанные газы. Средняя часть — камера сгорания.

Для разгона попадающего в трубку воздуха сделаем в средней ее части маленькое отверстие и вставим в него тонкую трубочку — форсунку. Через форсунку будем впрыскивать в камеру какое-нибудь топливо (лучше всего керосин) и подожжем керосино-воздушную смесь электрическим разрядом.

Теперь все части ПВРД стали оправдывать свои названия. Воздухозаборник всасывает воздушный поток. В камере сгорания горит воздушно-топливная смесь. Температура газа при этом повышается, возрастает скорость его движения. Раскаленные газы с силой выбрасываются через сопло, создавая реактивную тягу.

ПВРД может работать лишь тогда, когда на входе имеется скоростной поток воздуха. Значит, стартовать с таким двигателем самостоятельно самолет не может. Его нужно предварительно разогнать.

Обычный самолет разгоняется при помощи воздушного винта. Но ведь таким винтом-пропеллером можно разогнать и поток воздуха на входе двигателя. Так появился ТРД — турбореактивный двигатель. Чтобы запустить его к компрессору присоединяют стартер, и компрессор создает первоначальный напор воздуха на входе. Затем уже начинает работать сам реактивный двигатель.

Теперь стартер можно и исключить, поскольку конструкторы предусмотрели в конструкции ТРД такую техническую хитрость. На пути раскаленных газов они поставили газовую турбину и соединили ее с компрессором единым валом. Выходящие газы вращают турбину, соединенный с ней компрессор нагнетает воздушный поток в камеру сгорания, топливно-воздушная смесь горит, горячие газы вытекают из сопла, и цикл повторяется.

С помощью мощного и компактного турбореактивного двигателя самолеты очень скоро превысили скорость звука. Тяга турбореактивного двигателя может быть увеличена путем дополнительного сжигания топлива в форсажной камере, расположенной между турбиной и реактивным соплом.

Однако такие двигатели далеко не всегда выгодны экономически. Для огромных транспортных самолетов, которые летают со скоростями 650—700 км/ч и поднимают в воздух одновременно десятки тонн груза, лучше использовать турбовинтовые двигатели — ТВД. Турбина может вращать и обычный воздушный винт. Для этого нужно удлинить вал, соединяющий ее с компрессором, добавить редуктор (см. Механизм), который снизит частоту вращения винта (иначе воздушный поток станет срываться с лопастей и пропеллер в основном будет вращаться вхолостую).

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Как построить реактивный двигатель своими руками. Реактивный двигатель для авиамоделей

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.

РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ИЗ… БУМАГИ!

Обычно журнал «Моделист-конструктор» рассказывает на своих страницах о работающих конструкциях, прошедших необходимые испытания. Однако данный материал – исключение из правил, и мы предлагаем читателям самим поучаствовать в доводке весьма оригинальной идеи, пока еще не сделавшей последнего шага к успеху.

Добившись определенных положительных результатов в освоении техники радиоуправления, я приступил к осуществлению мечты, пожалуй, всей моей жизни, – созданию собственной конструкции радиоуправляемого самолета. Разобравшись по Интернету, насколько возможно, в новой технике, я заказал из Китая двигатель «аутраннер» и регулятор к нему. Но пока мои покупки доставлялись, произошло одно важное событие…

Государственная Дума приняла закон об обязательной регистрации летательных аппаратов массой более 250 граммов! Интересовались ли когда-нибудь эти горе-законодатели правилами соревнований по авиамоделизму, и какие международные органы их устанавливают? Знакомы ли они с техникой разных соревновательных классов? Это все вопросы риторические, конечно, поскольку вес даже учебного кордового «фанероида» гарантировано превышает указанную величину.

Тогда может быть, моделистам стоит действительно начать регистрировать свои модели? Но как быть, если многие из них, особенно у новичков, живут всего один полет. А что до нынешних «электричек», то с ними может не быть и его, поскольку у приобретенных в случайных источниках моторов, винтов, аккумуляторов просто не окажется достаточной тяги, чтобы оторвать аппарат от земли. Будут ли школьники бегать по инстанциям, чтобы оформить различные бюрократические бумажки? Наверняка за это придется еще и платить. А затем мучительно раздумывать над обломками: снимать их с учета или все-таки попробовать восстановить?

В результате, в сколько-нибудь серьезных классах авиамоделизм в ближайшем будущем законно сможет существовать только как покупка готовых китайских игрушек из легчайших материалов и интегральной радиоаппаратуры. А как техническое творчество, на доступных самоделках из реек и фанеры учащее молодых аэродинамике и конструкциям летательных аппаратов, он оказался фактически под запретом.

Знаю, что защитники закона начнут рассказывать нам сказки: «Вот принесет террорист беспилотник с бомбой на регистрацию, а мы его тут ка-а-ак схватим!» Однако подобные «отмазки» – далеко не новость, и уже более 30 лет, как предусмотрены в очень серьезных международных документах. Кроме того, интересно, как авторы закона представляют себе использование кордовой или резиномоторной модели для совершения теракта. Как говорил Михаил Задорнов: «Очень хочется представить себе сам процесс».

Словом, когда моя посылка пришла на почту, закон уже вступил в силу. Поэтому первым делом полученные мотор и регулятор отправились на весы: 85 граммов! Без винта, и без аккумуляторов, способных дать почти сотню ватт. Это был приговор моей электрической силовой установке… Я даже не стал тратить время, чтобы хотя бы разок запустить покупку, и сразу переключил свое внимание на пульсирующие воздушно-реактивные двигатели.

ПуВРД – вещь в моделизме известная, достаточно вспомнить такие конструкции, как GADO-300 или РАМ-1. Последний даже попал на плакат «От моделей ученических – до кораблей космических!» Времена, правда, были другие.

На первый взгляд, идея использования реактивного двигателя кажется бесполезной в нынешних условиях. Ведь известные конструкции весят около 300 г, требуют сложных станочных работ, сварки, жаропрочных сталей. Плюс необходим источник сжатого воздуха и высокого напряжения для запуска. Тем не менее, мною было сформировано «безумное» техзадание со следующими особенностями.

1. Технологичные прямоугольные формы каналов входной части

2. Основной материал корпуса двигателя… бумага! Ведь всем известна пиротехника с бумажными оболочками, выдерживающими немалые тепловые и механические нагрузки. Да, корпус, скорее всего, окажется одноразовым, но его наиболее сложная деталь – топливный модуль может использоваться многократно.

3. Запуск – прокачкой воздуха обычной резиновой грушей.

4. Доступность материалов, низкие требования к точности изготовления и низкая трудоемкость. Фактически, двигатель большей частью изготавливается из содержимого мусорного ведра!

5. Отсутствие дефицитных и тяжелых заводских свечей зажигания.

6. Масса – не более 50 г.

Первым отечественным серийным реактивным двигателем, который выпускался в 1960-х годах, был воздушно-реактивный двигатель РАМ-1. В основном он использовался для установки на скоростных кордовых моделях самолетов и моделях глиссеров. Конструкция РАМ-1 проста и количество его деталей невелико. Головка обтекаемой формы состоит из корпуса, в котором спереди находится диффузорная часть жиклера и проходных каналов. Каждый лепесток клапана плотно закрывает одно проходное отверстие. Вся головка заключена в капот, а ее задняя часть имеет наружную резьбу, которая ввинчивается в корпус камеры сгорания.

Труба двигателя состоит из камеры сгорания, реактивного сопла и резонансной выхлопной трубы. Все они соединены точечной электросваркой. Корпус двигателя изготовлен из жаростойкой нержавеющей стали толщиной 0,2 мм, головка из дюралюминия. Топливо в двигатель поступает в виде смеси паров бензина с воздухом. Воспламенение – от запальной свечи. Разрежение, создаваемое при движении воздуха в узкой части диффузора, приводит к тому, что топливо самостоятельно поднимается из бачка по трубопроводу к жиклерным отверстиям, а выходя из них, топливо смешивается с воздухом.

Для запуска двигателя необходимо убедиться в непрерывной подаче электрического тока, наличии искры между электродами свечи и поступлении топлива, после чего следует направить струю воздуха от насоса под отверстие жиклера. Как только двигатель заработает, зажигание нужно отсоединить.

Нормальная работа РАМ-1 сопровождается выделением большого количества тепла (стенки корпуса накаляются докрасна), ровным высоким звуком и длинным голубым «языком» пламени выхлопных газов. Красное или оранжевое пламя означает, что топлива поступает слишком много – нужно понизить уровень горючего. И наоборот, если пламени почти нет, а выхлопы резкие и звонкие, значит смеси недостаточно – надо повысить уровень топлива. Остановка двигателя осуществляется перекрыванием подачи горючего.

По материалам книги «Авиамодельные двигатели», О. К. Гаевский, 1958 г.
Схема двигателя РАМ-1 и пример его установки на палубе модели глиссера Использование двигателя РАМ-1 на кордовой модели самолета (фото https://forum.rcdesign.ru)
ОТ СЛОВ – К ДЕЛУ!

Работы над двигателем продолжались более года, свидетельством чему стала эта ни на что не похожая конструкция. Но начну с «телеграфного» напоминания принципов действия ПуВРД. Бензо-воздушная смесь воспламеняется искрой в рабочей камере. Продукты сгорания выбрасываются через длинную выхлопную трубу, создавая реактивную тягу. Инерция потока газа приводит к тому, что он продолжает двигаться назад по трубе и после вспышки. Это создает разрежение в рабочей камере, которое открывает клапаны. Происходит всасывание свежей порции смеси, после чего цикл повторяется. Электрическая система зажигания требуется только при запуске. В камере работающего двигателя быстро появляются раскаленные (а в нашем двигателе – и тлеющие!) части, обеспечивающие дальнейшее зажигание.

Основная часть корпуса предлагаемого двигателя изготавливается из ватмана, после чего она оклеивается в 3-4 слоя обычной газетной бумагой на огнестойком силикатном клее. Конструкция вроде кажется устрашающей с точки зрения безопасности. Однако практика показала, что прочности такого корпуса более чем достаточно, чтобы выдерживать давление вспышки. А бесконтрольное горение в рабочей камере невозможно из-за малого количества находящегося там воздуха.

Остальные части конструкции опишу в порядке уже успешно решенных технических проблем.
Самодельный реактивный двигатель: 1 – бензобак (белая жесть); 2 – распылительная трубка; 3 – заливная горловина; 4 – верх входной части канала (бумага); 5 – канал карбюратора (белая жесть); 6 – клапанная решетка (фанера толщиной 3 мм); 7 – клапан (Al-жесть); 8 – рабочая камера (бумага); 9 – трубка наддува (термоусадочная трубка); 10 – выхлопная труба (бумага); 11 – патрубок наддува; 12 – уголок крепления патрубка (бумага); 13 – свеча зажигания; 14 – отражатель (фольга); 15 – выемка; 16 – внешняя стенка канала карбюратора Клапаны Топливный модуль: 1 – бензобак; 2 – заправочная горловина; 3 – канал карбюратора; 4 – трубка наддува; 5 – монтажная закраина; 6 – распылительная трубка Конфигурация внешней стенки канала Свеча
СНАБЖЕНИЕ ВОЗДУХОМ

Обратное движение клапанов плюс утечки из-за невысокой точности их изготовления приводят к тому, что при вспышке задняя часть каналов карбюраторов заполняется выхлопными газами. Поэтому импульс всасывания должен быть очень мощным, чтобы прокачать эту грязь и далее всосать свежую смесь в достаточном объеме. Поэтому длину выхлопной трубы пришлось сделать даже большей, чем у известных, более мощных конструкций. Зато импульс всасывания оказался настолько сильным, что если бы на входе не было суживающихся каналов карбюратора, то он бы деформировал клапаны (проверено!).

Классические конструкции двигателей используют для клапанов тонкую пружинную сталь, и я очень гордился тем, что нашел ее источник – лезвия для безопасной бритвы. Но такие клапаны, похоже, оказались «туговаты». Поэтому я перешел на их изготовление из стенок алюминиевых банок из-под напитков. При сборке двигателя клапаны сначала «прихватываются» клеем «Момент» за нижнюю поперечину к фанерной клапанной решетке, а затем, при установке клапанной решетки, заливаются там силикатным клеем.

Также довольно скоро я пришел к идее наклонной клапанной решетки. Ведь клапаны – это плоские пружины, а их недостаток – небольшое, по сравнению с длиной, перемещение. Наклонное расположение клапанной решетки также улучшает аэродинамику, как для потоков газа внутри двигателя, так и с точки зрения его внешних форм.

У основания клапанов имеется застойная зона, создающая завихрения и неопределенности в направлении течения смеси. Ее выключение с помощью выемки в корпусе дало благоприятные результаты.

СНАБЖЕНИЕ БЕНЗИНОМ

Теоретически мною рассматривались несколько систем снабжения двигателя топливом, а именно: 1 – простейшие карбюраторы; 2 – естественное испарение бензина с развитой пористой поверхности; 3 – принудительное испарение бензина электрическим нагревателем; 4 – разбрызгивание бензина вращающимся от микромоторчика диском. Эксперименты проводились по первым трем пунктам, и ни один из них не оказался совсем уж безнадежным. Но я все же остановился на первом, так как в известных конструкциях двигателей применяется именно он. Кроме того, только этот вариант увеличивает подачу бензина, когда она нужна – при увеличении мощности и скорости модели.

Примитивных карбюраторов – два. Как я надеялся, это должно было облегчить «схватывание» двигателя после стартовой продувки одного из них. Также это должно было сделать работу двигателя более устойчивой в случае обратной вспышки в одном из карбюраторов.

Стоит отметить, что соприкосновение потока смеси с бумажными или фанерными деталями приводит к впитыванию некоторой части бензина, которая оказывается потерянной для рабочего процесса. Так как наклонные клапаны сильно отклоняют поток смеси вверх, я наклеил на верхнюю часть камеры отражатель из фольги. Это полезно и для ресурса двигателя (когда он заработает, конечно). С этой же целью концы распылительных трубок загнуты строго горизонтально. А металлические стенки каналов карбюраторов было решено совместить со… стенками топливного бака. Таким образом, имеющая дело с бензином часть двигателя превратилась в компактный топливный модуль, собранный на пайке из белой жести. Распылительные трубки идут от дна бензобака прямо в канал карбюратора.

В известных двигателях каналы карбюратора имеют круглое сечение, что требует токарных работ. В «Саяке» каналы – прямоугольные. Более того, две из четырех стенок канала – еще и плоские. Представляете, как это упрощает технологию! Каналы имеют закраины, вставляющиеся в отверстия клапанной решетки, что фиксирует топливный модуль и уменьшает соприкосновение потока смеси с фанерой. И только верхняя часть каналов карбюраторов перед распылителями сделана из бумаги.

Наружные стенки каналов выполнены из 3-мм фанеры (можно использовать пластик). Благодаря тому, что верхние и нижние стенки каналов плоскопараллельные, наружные стенки можно двигать, изменяя сечение канала, а, следовательно, регулируя и состав смеси.

Обратный заброс некоторой части выхлопных газов через клапаны в карбюратор может привести еще и к вытеснению бензина из распылительных трубок, что дополнительно увеличивает требования к всасываемому объему. В большой авиации в таких двигателях применялись обратные клапаны в топливной системе. Но в наших микроскопических объемах они бесполезны, да и трудновоспроизводимы. Единственный выход – противопоставить давлению прорвавшихся газов… это же самое давление, но со стороны бензобака. Так в двигателе появился патрубок наддува на выходе, соединенный с верхней частью бака. Патрубок приклеивается уголками из бумаги в несколько слоев на силикатном клее.

Задержка давления на удвоенной длине двигателя приводит к тому, что импульс наддува поступает в бак не во время вспышки, а как раз тогда, когда и требуется подача топлива. Именно после этого усовершенствования топливо, наконец-то, стало поступать в достаточных количествах. Дугообразно изогнутые отрезки хорошо паяющихся металлических трубок можно приобрести в магазинах товаров для рукоделия. Для распылительных трубок используются заготовки диаметром 1,5 мм, для системы наддува – диаметром 2,5 мм. Заливной горловиной служит припаянная к отверстию в баке гайка М2,5. Бак заправляется шприцем, после чего в горловину вкручивается винт. Затем включается зажигание, к входу одного из карбюраторов приставляется резиновая груша и подается поток воздуха для запуска. Но, внимание! Не отпускайте грушу, не отведя ее от карбюратора, во избежание всасывания взрывоопасной бензовоздушной смеси.

РЕГУЛИРОВКА ТОПЛИВНОЙ СИСТЕМЫ

Опытным путем мною был подобран диаметр распылителей в 0,4 мм. Делаются они просто – в конец трубки вставляется обмоточный провод соответствующего диаметра и обжимается плоскогубцами. Сечение каналов каждого из карбюраторов для двигателей данной размерности и конструкции не должно быть больше, чем 5×7 мм, иначе не произойдет подсасывания бензина. Наружные стенки каналов удобнее вклеивать на прозрачном «Моменте». Клей этот вязкий и хорошо герметизирует даже большие щели. Но в то же время он не очень прочный, так что переставить стенку будет нетрудно. Конечно, такая регулировка не очень удобна. Но можно использовать также пережатие трубки наддува для уменьшения подачи бензина.

Оптимальная смесь дает очень громкую и звонкую вспышку. Глухая вспышка с выбросом пламени на выходе двигателя – свидетельство переобогащенной смеси. А глухая вспышка без выброса пламени сообщает о том, что смесь нормальная, но плохо перемешанная (такое было характерно для систем с испарением бензина электронагревателем).

Щелчки искр зажигания также несут информацию. Звонкие звуки говорят, что камера двигателя заполнена воздухом. В заполненной смесью или выхлопными газами они глуше.

Судя по максимально достигнутому результату (о нем – ниже), система питания двигателя налажена удовлетворительно.

ЗАЖИГАНИЕ

Основой для системы зажигания послужила батарейная газовая зажигалка. Свечой же служит клинышек из стеклотекстолита, по краю которого проходит U-образная дорожка фольги. На конце его сделан пропил – это искровой промежуток. Экспериментально выявлено, что свеча может быть вставлена только в боковую стенку. Верхняя стенка быстро покрывается копотью или обугливается, что приводит к утечке искры на это углеродистое покрытие. Внизу же возможно попадание бензина с его протечкой наружу через прорезь для свечи и риском пожара.

Работа двигателя сильно зависит от положения свечи. Двинув ее вперед к клапанной решетке, мы увеличиваем вероятность «схватывания» двигателя даже при недостаточном всасывании. Но мощность вспышки уменьшится из-за того, что вспышка произойдет раньше, чем камера в должной мере заполнится смесью.

РЕЗУЛЬТАТЫ
Внешний вид экспериментальной версии самодельного реактивного двигателя из бумаги
В одной из серий экспериментов мне удалось получить надежные вспышки при каждой прокачке воздуха. Однажды даже была повторная вспышка. Правда, слишком слабая, чтобы вызвать следующие. Но даже при этих одиночных вспышках двигатель ощутимо подавался вперед, что свидетельствует о потенциально высокой тяге. Общий вес же заправленного двигателя без системы зажигания составил феерические 40 граммов! Однако для дальнейшей самостоятельной работы двигатель «не схватывает».

По-видимому, конфигурация факела смеси при стартовой продувке и при самостоятельном всасывании сильно различаются и искровое зажигание в одной точке не обеспечивает работу во всех режимах.

Возможно, я поставил перед собой слишком высокую планку в смысле доступности и технологичности этого мотора, и для получения работоспособной конструкции требуется частичный возврат к более традиционным решениям. Но я надеюсь, что-то из моих идей и наработок пригодится, и авиамоделисты получат силовую установку неслыханной легкости, простоты в изготовлении и дешевизны. Предлагаю читателям, имеющим практический опыт эксплуатации и создания модельных ДВС, подключиться к этой работе.

Александр ЛИСОВ

Рекомендуем почитать

• ШКОЛА АВИАКОНСТРУКТОРА Вы решили построить самолёт. И сразу перед вами первая проблема — каким ему быть? Одноместным или двухместным? Чаще всего это зависит от мощности имеющегося двигателя, наличия…
• СКРОМНЫЙ, НО — КРЕПКИЙ Мастерить люблю и занимаюсь этим давно; во многом помогает ваш журнал. Вот и я решил поделиться с читателями своим скромным опытом. Несколько лет назад сконструировал себе в дом столик….

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

Самодельный двигатель: назначение, устройство и принцип работы. Как сделать двигатель

Самодельный двигатель можно изготовить несколькими способами. Обзор начнем с биполярного или шагового варианта, который представляет собой электрический мотор с двойным полюсом без щеток. Он имеет питание постоянного тока, разделяет полный оборот на равные доли. Для функционирования данного прибора потребуется специальный контроллер. Кроме того, в конструкцию приспособления входит обмотка, магнитные элементы, передатчики, сигнализаторы и узел управления с панелью приборов. Основное предназначение агрегата – обустройство фрезеровочных и шлифовальных станков, а также обеспечение работы различных бытовых, производственных и транспортных механизмов.

Типы моторов

Самодельный двигатель может иметь несколько конфигураций. Среди них:

• Варианты с магнитом постоянного действия.
• Комбинированная синхронная модель.
• Переменный двигатель.

Привод с постоянным магнитом оборудуется основным элементом в роторной части. Функционирование таких приборов основано на принципе притяжения или отталкивания между статором и ротором приспособления. Такой шаговый электродвигатель оснащен роторной частью из железа. Принцип его работы заключается на фундаментальной основе, согласно которой, предельно допустимое отталкивание производится с минимальным зазором. Это способствует притяжению точек ротора к полюсам статора. Комбинированные устройства сочетают в себе оба параметра.

Еще один вариант – это двухфазные моторы шагового типа. Прибор представляет собой простую конструкцию, может иметь два типа обмотки, легко устанавливается в необходимом месте.

Монополярные модификации

Самодельный двигатель этого типа состоит из единой обмотки и центрального магнитного крана, влияющего на все фазы. Каждый отсек обмотки активируется для обеспечения определенного магнитного поля. Так как в подобной схеме полюс в состоянии функционировать без дополнительного переключения, коммутация пути и направления тока имеет элементарное устройство. Для стандартного мотора со средней мощностью хватает одного транзистора, предусмотренного в оснащении каждой обмотки. Типичная схема двухфазного двигателя предполагает шесть проводов на выходном сигнале и три аналогичных элемента на фазе.

Микроконтроллер агрегата может использоваться для активизации транзистора в автоматически определенной последовательности. При этом обмотки подключаются посредством соединения выходных проводов и постоянного магнита. При взаимодействии клемм катушки вал блокируется для проворачивания. Показатель сопротивления между общим проводом и торцовой частью катушки пропорционален аналогичному аспекту между торцами проводки. В связи с этим длина общего провода в два раза больше, чем соединительная половина катушки.

Биполярные варианты

Самодельный шаговый двигатель этого типа оборудован одной обмоткой фазы. Поступление тока в нее осуществляется переломным способом при помощи магнитного полюса, что обуславливает усложнение схемы. Она обычно агрегирует с соединяющим мостом. Имеется пара дополнительных проводов, которые не являются общими. При смешивании сигнала такого мотора на повышенных частотах эффективность трения системы снижается.

Создаются также трехфазные аналоги, имеющие узкую специализацию. Они применяются в конструкции станков с ЧПУ, а также в некоторых автомобильных бортовых компьютерах и принтерах.

Устройство и принцип работы

При передаче напряжения клеммам щетки двигателя приводятся в непрерывное вращение. Установка на холостом ходу уникальна, поскольку преобразовывает входящие импульсы в заранее определенную позицию имеющегося ведущего вала.

Любой импульсный сигнал воздействует на вал под конкретным углом. Такой редуктор максимально эффективен, если ряд магнитных зубцов размещен вокруг центрального зубчатого железного стержня или его аналога. Электрические магниты активируются от наружной контрольной цепи, состоящей из микрорегулятора. Для начала поворота вала двигателя один активный электромагнит притягивает к своей поверхности зубчики колеса. При их выравнивании по отношению к ведущему элементу они немного перемещаются к очередной магнитной детали.

В шаговом электродвигателе первый магнит должен включаться, а следующий элемент – деактивироваться. В результате шестерня начнет вращение, постепенно выравниваясь с предыдущим колесиком. Процесс повторяется поочередно требуемое число раз. Такие обороты и получили название «постоянный шаг». Скорость вращения мотора можно определить путем подсчета количества шагов для полного оборота агрегата.

Подключение

Подсоединение мини-двигателя, сделанного своими руками, осуществляется по определенной схеме. Основное внимание обращается на количество проводов привода, а также предназначение прибора. Моторы шагового типа могут оснащаться 4, 5, 6 или 8 проводами. Модификация с четырьмя элементами проводки может эксплуатироваться исключительно с биполярным приспособлением. Любая фазная обмотка имеет два провода. Для определения необходимой длины подключения в пошаговом режиме рекомендовано использовать обычный метр, позволяющий достаточно точно установить необходимый параметр.

На мощном шестипроводном двигателе предусмотрена пара проводов для каждой обмотки и центрирующий кран, который может подключаться к моно или биполярному устройству. Для агрегации с одиночным приспособлением используются все шесть проводов, а для парного аналога достаточно будет одного конца провода и центрального крана каждой обмотки.

Как сделать двигатель своими руками?

Для создания элементарного мотора потребуется кусок магнита, сверло, фторопласт, проволока из меди, микрочип, провод. Вместо магнита можно использовать ненужный виброзвонок сотового телефона.

В качестве детали вращения используется сверло, поскольку инструмент оптимально подходит по техническим параметрам. Если внутренний радиус магнита не соответствует аналогичному аспекту вала, можно использовать медную проволоку, намотав ее таким образом, чтобы убрать люфт вала. Такая операция дает возможность увеличить диаметр вала в точке соединения с ротором.

В дальнейшем создании самодельного двигателя потребуется сделать втулки из фторопласта. Для этого возьмите подготовленный лист и проделайте отверстие диаметром 3 мм. Затем сконструируйте трубку-втулку. Вал необходимо отшлифовать до диаметра, обеспечивающего свободное перемещение. Это позволит избежать излишнего трения.

Финальная стадия

Далее производится намотка катушек. Каркас требуемого размера зажимается в тисах. Чтобы намотать 60 витков, понадобится 0,9 метра провода. После проведения процедуры катушка обрабатывается клеевым составом. Лучше всего эту деликатную процедуру проводить с микроскопом или увеличительным стеклом. После каждой двойной обмотки каплю клея внедряют между втулкой и проволокой. Один край каждой обмотки спаивается между собой, что даст возможность получить единый узел с парой выходов, которые паяются к микрочипу.

Параметры технического плана

Мини-двигатель, сделанный своими руками, в зависимости от конструкционных особенностей, может иметь различные характеристики. Ниже приведены параметры самых популярных шаговых модификаций:

1. ШД-1 – обладает шагом 15 градусов, имеет 4 фазы и крутящий момент 40 Нт.
2. ДШ-0,04 А – шаг составляет 22,5 градуса, количество фаз – 4, оборотистость – 100 Нт.
3. ДШИ-200 – 1,8 градуса; 4 фазы; 0,25 Нт крутящего момента.
4. ДШ-6 – 18/4/2300 (значения указаны по аналогии с предыдущими параметрами).

Зная, как сделать двигатель в домашних условиях, необходимо помнить о том, что скорость крутящего показателя шагового мотора будет трансформироваться прямо пропорционально аналогичному параметру тока. Понижение линейного момента на высоких скоростях напрямую зависит от схемы привода и индуктивности обмоток. Двигатели со степенью защиты IP 65 рассчитаны на суровые условия работы. По сравнению с серверами, шаговые модели работают намного дольше и продуктивнее, не требуют частого ремонта. Однако у серводвигателей немного другая направленность, поэтому сравнение этих типов не имеет особого смысла.

Делаем самодельный ДВС

Мотор своими руками также можно сделать на жидком топливе. При этом не потребуется сложное оборудование и профессиональный инструментарий. Необходима плунжерная пара, которую можно взять из тракторного или автомобильного топливного насоса. Цилиндр плунжерной втулки создается путем обрезки утолщенного элемента шлефа. Затем следует проделать отверстия для выхлопного и перепускного окна, припаять пару гаек в верхней части, предназначенных для свечей зажигания. Тип элементов – М-6. Поршень вырезается из плунжера.

Самодельный дизель-двигатель потребует установки картера. Он делается из жести с припаянными подшипниками. Дополнительную прочность позволит создать ткань, покрытая эпоксидной смолой, которой покрывается элемент.

Коленчатый вал собирается из утолщенной шайбы с парой отверстий. В одно из них необходимо запрессовать вал, а второе крайнее гнездо служит для монтажа шпильки с шатуном. Операция также производится методом прессовки.

Завершающие работы по сборке самодельного дизельного мотора

Ниже приведен порядок сборки катушки зажигания:

• Используется деталь от авто или мотоцикла.
• Устанавливается подходящая свеча.
• Монтируются изоляторы, фиксируемые при помощи «эпоксидки».

Альтернативой мотору с системой ДВС может служить бесконтактный мотор замкнутого типа, устройство и принцип работы которого представляют систему обратного обмена газов. Он устроен из двухсекционной камеры, поршня, коленвала, передаточной коробки, системы зажигания. Зная, как сделать двигатель своими руками, вы можете существенно сэкономить и получить в хозяйстве нужную и полезную вещь.

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.

Помпа для калильного топлива

Топливная помпа служит для заправки радиоуправляемой модели и обычно представляет собой небольшой электрический топливный насос шестеренчатого типа. У некоторых помп есть комплект креплений на канистру с топливом. Помпа используется не только для заправки радиомодели, но и для откачки топлива после окончания эксплуатации.

Особенностью шестеренчатых насосов выступает тот факт, что они не требуют заполнения топливом корпуса насоса — разряжение создается автоматически. Категория ручных помп представлена всевозможными емкостями для заправки и специализированными помпами для перекачки калильного топлива с ручным приводом.

При ограниченном бюджете на стартовое оборудование помпу для топлива можно изготовить своими руками из старого насоса омывателя стекла для автомобилей ВАЗ. В этом случае стоит учесть, что насосы шестеренчатого типа устанавливались на модели ВАЗ 2108 и располагались рядом с бачком омывателя. Встроенные центробежные насосы более поздних моделей для заправки RC-вертолетов или машин не походят.

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.

Создание и тестирование бесколлекторного мотора

В этой статье мы хотели бы рассказать о том, как мы с нуля создали электрический мотор: от появления идеи и первого прототипа до полноценного мотора, прошедшего все испытания. Если данная статья покажется вам интересной, мы отдельно, более подробно, расскажем о наиболее заинтересовавших вас этапах нашей работы.

На картинке слева направо: ротор, статор, частичная сборка мотора, мотор в сборе

Вступление

Электрические моторы появились более 150 лет назад, однако за это время их конструкция не претерпела особых изменений: вращающийся ротор, медные обмотки статора, подшипники. С годами происходило лишь снижение веса электромоторов, увеличение КПД, а также точности управления скоростью.
Сегодня, благодаря развитию современной электроники и появлению мощных магнитов на основе редкоземельных металлов, удаётся создавать как никогда мощные и в то же время компактные и легкие “Бесколлекторные” электромоторы. При этом, благодаря простоте своей конструкции они являются наиболее надежными среди когда-либо созданных электродвигателей. Про создание такого мотора и пойдет речь в данной статье.

Описание мотора

В “Бесколлекторных моторах” отсутствует знакомый всем по разборке электроинструмента элемент “Щетки”, роль которых заключается в передаче тока на обмотку вращающегося ротора. В бесколлекторных двигателях ток подается на обмотки не-двигающегося статора, который, создавая магнитное поле поочередно на отдельных своих полюсах, раскручивает ротор, на котором закреплены магниты.
Первый такой мотор был напечатан нами 3D принтере как эксперимент. Вместо специальных пластин из электротехнической стали, для корпуса ротора и сердечника статора, на который наматывалась медная катушка, мы использовали обычный пластик. На роторе были закреплены неодимовые магниты прямоугольного сечения. Естественно такой мотор был не способен выдать максимальную мощность. Однако этого хватило, что бы мотор раскрутился до 20к rpm, после чего пластик не выдержал и ротор мотора разорвало, а магниты раскидало вокруг. Данный эксперимент сподвиг нас на создание полноценного мотора.
Несколько первых прототипов

Узнав мнение любителей радиоуправляемых моделей, в качестве задачи, мы выбрали мотор для гоночных машинок типоразмера “540”, как наиболее востребованного. Данный мотор имеет габариты 54мм в длину и 36мм в диаметре.

Ротор нового мотора мы сделали из единого неодимового магнита в форме цилиндра. Магнит эпоксидкой приклеили на вал выточенный из инструментальной стали на опытном производстве.

Статор мы вырезали лазером из набора пластин трансформаторной стали толщиной 0.5мм. Каждая пластина затем была тщательно покрыта лаком и затем из примерно 50 пластин склеивался готовый статор. Лаком пластины покрывались чтобы избежать замыкания между ними и исключить потери энергии на токах Фуко, которые могли бы возникнуть в статоре.

Корпус мотора был выполнен из двух алюминиевых частей в форме контейнера. Статор плотно входит в алюминиевый корпус и хорошо прилегает к стенкам. Такая конструкция обеспечивает хорошее охлаждение мотора.

Измерение характеристик

Для достижения максимальных характеристик своих разработок, необходимо проводить адекватную оценку и точное измерение характеристик. Для этого нами был спроектирован и собран специальный диностенд.

Основным элементом стенда является тяжёлый груз в виде шайбы. Во время измерений, мотор раскручивает данный груз и по угловой скорости и ускорению рассчитываются выходная мощность и момент мотора.

Для измерения скорости вращения груза используется пара магнитов на валу и магнитный цифровой датчик A3144 на основе эффекта холла. Конечно, можно было бы измерять обороты по импульсам непосредственно с обмоток мотора, поскольку данный мотор является синхронным. Однако вариант с датчиком является более надёжным и он будет работать даже на очень малых оборотах, на которых импульсы будут нечитаемы.

Кроме оборотов наш стенд способен измерять ещё несколько важных параметров:

• ток питания (до 30А) с помощью датчика тока на основе эффекта холла ACS712;
• напряжение питания. Измеряется непосредственно через АЦП микроконтроллера, через делитель напряжения;
• температуру внутри/снаружи мотора. Температура измеряется посредством полупроводникового термосопротивления;

Для сбора всех параметров с датчиков и передачи их на компьютер используется микроконтроллер серии AVR mega на плате Arduino nano. Общение микроконтроллера с компьютером осуществляется посредством COM порта. Для обработки показаний была написана специальная программа записывающая, усредняющая и демонстрирующая результаты измерений.

В результате наш стенд способен измерять в произвольный момент времени следующие характеристики мотора:

• потребляемый ток;
• потребляемое напряжение;
• потребляемая мощность;
• выходная мощность;
• обороты вала;
• момент на валу;
• КПД;
• мощность уходящая в тепло;
• температура внутри мотора.

Видео демонстрирующее работу стенда:

Результаты тестирования

Для проверки работоспособности стенда мы сначала испытали его на обычном коллекторном моторе R540-6022. Параметров для этого мотора известно достаточно мало, однако этого хватило, чтобы оценить результаты измерения, которые получились достаточно близкими к заводским.
Затем уже был испытан наш мотор. Естественно он смог показать лучшее КПД(65% против 45%) и при этом больший момент(1200 против 250 г на см), чем обычный мотор. Измерение температуры тоже дало достаточно хорошие результаты, во время тестирования мотор не нагревался выше 80 градусов.

Но на данный момент измерения пока не окончательны. Нам не удалось измерить мотор в полном диапазоне оборотов из-за ограничения мощности источника питания. Также предстоит сравнить наш мотор с аналогичными моторами конкурентов и испытать его “в бою”, поставив на гоночную радиоуправляемую машину и выступить на соревнованиях.

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.

Как сделать самодельный мотор

Элементарные навыки и умение превращать энергию в движение предметов обязательно пригодятся в будущем. Невероятно увлекательный процесс создания самодельного мотора не займет много времени и финансовых трат, однако поспособствует приобретению полезных навыков при совместном времяпрепровождении.

Заранее подготовьте следующие элементы:

• кусочек магнита или старый, ненужный виброзвонок мобильного телефона;
• сверло;
• фторопласт;
• медная проволока;
• провод;
• микрочип.

Если кусочка магнита у вас нет, тогда подготовьте тиски, зажмите виброзвонок при помощи тонкого острого предмета (шила), изымите вал. После разожмите шилом вмятины на корпусе и снимите щеточный узел. Вот и показался магнит, теперь при помощи сверла подходящего диаметра извлеките его.

В качестве вала вращения используем сверло, так как данный инструмент подходит нам по техническим свойствам, сверла прочны к изгибам, износостойкие. Если вы заметили несоответствие внутреннего радиуса магнита к валу, тогда воспользуйтесь медной проволокой и намотайте её так, чтобы вал не болтался. Подобная манипуляция позволяет увеличить диаметр вала в месте соединения с ротором.

При помощи фторопласта сообразите втулки. Возьмите лист и просверлите отверстие около 3 мм, соорудите втулку, схожую на трубку. Отшлифуйте вал до соответствующего диаметра для свободного перемещения. Подобными действиями вы предотвратите трение.

Далее необходимо намотать катушки. Для этого закажите на токарном станке каркас нужного размера. Для наматывания 60-ти витков вам понадобится 90 см провода. После пропитываем катушку клеем, не снимая с каркаса. Но следите, чтобы катушка не приклеилась к каркасу. Если у вас есть микроскоп, то задача существенно облегчится. Когда вы выполните 2 подобных обмотки, приклейте их, используя капельку клея, между обмоткой и втулкой.

Спаяйте один конец каждой обмотки между собой, получая единую с двумя выходами, которые припаиваются к микрочипу.

На самом деле, это лишь один вариант из многих, как можно самостоятельно сделать мотор. Если вам интересны подобные опыты, начните с малого, а после, возможно, именно вы откроете миру новые достижения в области физики.