脈動式噴氣發動機競速模型飛機

紅　雨

在世界航空模型運動中，模型家和運動員們也和航空事業中的工人、設計師、飛行員一樣，隨時隨地都在為提高飛行速度、飛行高度和續航時間而頑強斗爭著。在我們國家里，黨和政府給予航空模型運動的發展以極大的關切。解放僅僅十年的時間，我國的航空模型運動員們就已經在很多項目上取得了優秀的成績。解放軍的直升機模型曾在留空時間和飛行距離方面創造了世界紀錄。二級活塞圓周競速模型也跨過了216.8公里/小時的關口，正向236公里/小時的世界紀錄挺進。

目前，模型飛機所創造的最快速度是由脈動式噴氣發動機完成的，著名的蘇聯運動員依萬尼柯夫在1858年國際競賽中就用這種發動機創造了301公里/小時的世界絕對紀錄，大大超過了匈牙利運動員班尼迪克在1957年所創造的281公里/小時的世界紀錄。這個速度快到這樣一個程度：若把這架模型飛機和“雅克－18”飛機并肩飛行，結果“雅克－18”開足馬力也要落到后邊！這架模型可以和一般活塞式旅客機比翼齊飛。

我國的航空模型運動員們迫切要求學習他們的先進技術提高本領，把‘速度推到更高水平。匈牙利、捷克，蘇聯的優秀運動員們應邀先后來到我國訪問，表演并傳授他們寶貴的經驗。這正是一股強烈的東風，在這熾烈的技術革命運動中，為我國航空模型運動員和航模愛好者借來，可以預料，不久定會出現驚人的“高速度”。

脈沖式發動機同樣也是該種競速模型的心臟。這里首先介紹發動機的結構、工作原理和制作方法，然后再介紹一下這種模型飛機的設計和制作以及在向蘇聯和匈牙利運動員學習中如何提高飛行速度方面的其他一些經驗的體會。

一、脈沖式噴氣發動機

發動機各零件的形狀，一般都是沿圓周均稱分布，對稱于縱軸的。構造上與其他各種發動機比較，是最簡單的，僅由十一、二個簡單的零件組成(圖1)

圖1PAM－И2的結構

1.環形油箱2.油門3.振動片和彈簧片4.導流錐體5.火花塞6.燃燒室7.氣化器8.錐形圓環9.10.賽璐珞11.干酪素材料

工作原理

脈沖發動機工作原理為：工作過程是包括起動進氣、燃料霧化、混合氣的點燃爆發，排氣再進氣。實際上完成這樣一個循環的時間并不超過幾百分之一秒，一般它的循環頻率是200－300次/秒。下面分述其過程：

起動：用打氣筒等工具把空氣高速地壓入進氣道。高速氣流經過氣化器，油箱中燃料被吸出氣化，同時與空氣混合經過單向活門進入燃燒室。

點燃爆發：磁電機使火花塞發生火花，點燃沖入燃燒室的混合氣，燃氣膨脹的壓力關閉了單向活門。高溫高壓的燃氣受到室壁的限制僅能從尾噴管高速射出。與此同時，由于高速燃氣射出具有慣性的結果而使燃燒室形成低壓區(甚至真空)，低壓區迅速向外擴張，由于單向活門的作用原理低壓區僅能向發動機頭部擴展，因而在氣化器處的壓力和油面壓力又產生了壓力差，這樣，再使油氣化……。如此往復便形成工作循環(一經開始工作，混合氣的點燃便不再依靠火花塞，而是由高熱的器壁和殘留的高溫燃氣自行點燃；磁電機即可移開)。

從上面工作過程可以知道，脈沖發動機是在高頻率振動下工作的。對于振動元件——單向活門的振動片，極易磨損，工作壽命一般只有2－3分鐘，也就是由于這個關鍵問題沒被解決，故在被作為飛機的動力方案中淘汰。但又由于這種發動機對于遠比飛機為小的模型來說，推力大、結構簡單、使用方便、輕、小。所以為模型飛機制造者所喜用。并且用它奪取了航空模型中的最高速度。

性能的改善

怎樣提高脈沖式噴氣發動機的工作性能，怎樣才能提高飛行速度，這是個較復雜的問題。很多實踐、改善遲混合氣與高溫的室壁接觸，提高燃燒室混合氣的充滿度，在每次吸氣過程中混合氣停留在錐形圓環后面，待充滿到一定程度沿著整個燃燒室同時急速起燃——燃燒過程被縮短。錐形圓環還有助于活門振動片工作順利。

提高充滿度和縮短每次燃燒時間使燃燒室內壓力提高，推力增大，但這樣會使振動片的工作產生不良影響。為了避免這些，降低壓力提高噴燃速度，便采用了較大直徑的噴管。這時，推力已增加到1.9公斤，1954年國際競賽中模型用該發動機飛到230公里/小時的速度。

又經過了一年多，PAM－И2制成了。

РАМ－И2和PAM－И1的主要不同點在于：活門瓣在直徑由54毫米增加到58毫米，相應的增大了“活門柵欄”上的“窗口”。PAM－И2的活門瓣是由耐熱鋼片剪成，厚0.2毫米，一般常用材料有3И100、Я1T等。為了合理的減輕活門瓣的折轉而又能緊緊壓在“窗口”上，在活門瓣后面重疊了三片彈簧片(尺寸見圖)。喇叭口長20毫米，噴管也縮短成450毫米。PAM－И2的推力是2.4－2.5公斤。

采用PAM－И2發動機的噴氣式模型，在1955年捷克舉行的國際競賽的飛行中創造了最高速度——275.00 4公里/小時。(模型飛機的結構后面將談到)。

發動機工作的可靠與否主要取決于進入發動機的混合氣量的多少和活門瓣的工作性能?；旌蠚饬康亩嗌儆譀Q定于進氣道的形狀、位置安排和油咀孔的大小、數目和分布。

經過試驗企圖在選用燃料方面來提高速度的辦法，目前還沒得到顯見的效果。一般常用的是Б－70航空汽油。(未完待續)過程，目前還沒能夠從理論上得到完善的闡述。不過從依萬尼柯夫所介紹的蘇聯脈沖噴氣發動機的演變和發展過程中可以找到一些提高速度的規律(見圖2)。

圖2脈沖式噴氣發動機幾種型式的比較圖

圖－2中注明了同一種發動機五類不同形式的制成日期、推力和飛行速度。

下面簡述一下以上五種的主要不同點：

油箱：由機身外部移到發動機機頭內，由金屬材料改用塑性材料。環形油箱沿飛行的內側加大儲油量。

進氣道加長。氣化器更靠近活門。

導流錐體表面光潔度更高，表面形狀更流線。

燃燒室直徑D增加，(前三種D=64毫米，第四、五種D=68毫米)，并有了流線形的曲度，前面加了燃燒室輔助環形罩(錐形圓環)。

振動片后面加上了三、四片彈簧片，用以增加振動片的根部剛度和使它開啟曲度勻稱。

火花塞前移。

尾噴管長度1逐漸減小直徑d增加。第一種1約為610毫米長，而最后一種的1=450毫米。直徑則由d1=34毫米變為d5=39毫米。

發動機的改善和制作

蘇聯運動健將伊萬尼柯夫的第一架噴氣式模型飛機是極普通的形式，有機身、機翼、尾翼并在機身上面裝有一臺PAM－1發動機。其速度只是110－150公里/小時，發動機在滑跑階段經常出現停車的現象。經過一系列的試驗后證明，由于進氣道過短，迎面氣流進入不夠穩定(尤其是在滑跑過程中)，在飛行中產生貧油，當貧油較重時便會停車。此外，由于模型滑跑過程中的顛簸，造成油箱內油面的變化，有時油面會低于油咀孔，因而會使汽油從燃料導管中退回油箱造成發動機停車。

根據上面的分析，把發動機加以改善作成了第二臺PAM－1噴氣發動機(見圖)。主要是加長了進氣道，裝上了環形油箱。

環形油箱的外殼是三層亞麻布圍成以干酪膠或透布油粘在一起，內殼是賽璐珞卷成，制作時需要有一根加熱的木棒作芯軸。油箱全部外表面都最好涂上一層耐火漆。

氣化器和油管是利用斷面3×2毫米的銅管做成，外面卷上一、二層涂上膠的紙然后再粘牢在油箱壁上。氣化器油咀橫在進氣道最后面，它兩側各有一排7個直徑0.4毫米的小孔。在油管的圖示部位上用直徑2.6毫米的小螺釘作為油門閥。環形油箱的輸油管大大的縮短了，只需要70毫來長。

由于油箱裝在發動機的頭部，使模型飛機的方案大大改善。發動機代替了機身，用鋼片做的箍圈把機翼和尾翼固定在機身(發動機)上，起落架很短小，它被固定在“活門柵欄”(擋鈑)上。這架模型飛機的速度達到了200公里/小時。

在環形油箱內，油面環繞為油咀孔，當模型滑跑和飛行中發生顛簸時，供油不會受到影響。這是因為經常有不多的燃料液面高于油咀孔，燃料從輸油管退回油箱已不可能。隨著速度的增加，貧油現象也因進入更大量的混合氣而被消除。

蘇聯曾經成批生產的PAM－1發動機，開始時在試驗臺上只產生1.2－1.3公斤的推力，當換上環形油箱后推力增加到1.5－1.6公斤。

推力的增加，主要是進氣道加長，控制了雜亂的迎面氣流，使其穩定的通過擴散和氣化器進入燃燒室，進氣量增加了，大量的混合氣進入燃燒室。

除了進行了上面一些試驗外，還在尾噴管的末端加了60毫米長的喇叭口，它和噴管壁的角度小于7°，并把原有PAM－1的活門孔擴大。這些改變又使模型速度上升到210公里/小時。

以后，伊萬尼柯夫又制造了新的噴氣發動機PAM－И1，發動機尾噴管是用厚0.3毫米不銹鋼片卷起點焊成的?！盎铋T柵欄”仍采用PAM－1型的，但“活門窗口”經過了強烈的鏜孔擴大。燃燒室開始直徑是64毫米，以后把它套在型胎上延展到68毫米，從燃燒室到尾噴管的過渡改為圓滑曲面。

尾噴管直徑是39毫米，末端喇叭口長70毫米，和噴管壁成7°角。特殊改善性能的方法是在燃燒室內焊上了錐形圓環。它與室壁7°角，長15毫米。目的在于延