Журнал «Моделист-конструктор» обычно публикует проверенные и испытанные проекты. Однако этот материал — особый случай. Мы предлагаем читателям самим включиться в доработку очень необычной идеи, которая пока не сделала последний шаг к полному успеху, но уже показала многообещающие результаты.
Мечта и законодательное препятствие
Автор материала, освоив азы радиоуправления, решил воплотить давнюю мечту — построить собственный радиоуправляемый самолёт. Изучив информацию в интернете, он заказал из Китая электродвигатель типа «аутраннер» и регулятор к нему. Однако пока посылка была в пути, произошло событие, изменившее планы: Государственная Дума приняла закон об обязательной регистрации всех летательных аппаратов массой более 250 граммов.
Это решение вызвало недоумение в среде моделистов. Авторы закона, судя по всему, не знакомы с реалиями авиамодельного спорта. Вес даже простой учебной модели из фанеры и реек гарантированно превышает установленный лимит. Возникают практические вопросы: как регистрировать модели у начинающих, чьи конструкции часто разбиваются в первом же полёте? Будет ли школьник бегать по инстанциям и платить пошлины, чтобы оформить «бумажку» для модели, которая может так и не взлететь из-за неподходящих комплектующих?
Фактически, закон ставит под вопрос будущее авиамоделизма как технического творчества, где молодёжь учится аэродинамике и конструированию на доступных материалах. Он может оставить в легальном поле только готовые лёгкие китайские игрушки, убивая саму идею создания моделей своими руками.
От электричества к реактивной тяге
Когда посылка с электродвигателем наконец прибыла, закон уже вступил в силу. Первым делом автор взвесил мотор и регулятор — 85 граммов без винта и аккумуляторов. С учётом необходимости мощной батареи общий вес силовой установки гарантированно превысил бы разрешённые 250 граммов. Это был приговор электрической концепции. Не тратя времени на испытания покупки, автор обратил внимание на пульсирующие воздушно-реактивные двигатели (ПуВРД).
Известные модельные ПуВРД, такие как GADO-300 или РАМ-1, весят около 300 граммов, требуют сложной обработки металла, сварки и жаропрочных сталей. Однако автор поставил перед собой амбициозную и «безумную» задачу: создать максимально лёгкий и технологичный двигатель. Техническое задание включало несколько ключевых пунктов:
- Прямоугольные, легко изготавливаемые каналы входной части.
- Основной материал корпуса — бумага! Идея почерпнута из пиротехники, где бумажные оболочки выдерживают высокие температуры. Корпус может быть одноразовым, но топливный модуль — многоразовым.
- Запуск простой резиновой грушей, а не сложным компрессором.
- Материалы из подручных средств, низкие требования к точности и трудоёмкости. Фактически, двигатель можно собрать из «содержимого мусорного ведра».
- Отказ от дефицитных и тяжёлых свечей зажигания.
- Целевая масса — не более 50 граммов.
Для справки: Первым отечественным серийным реактивным двигателем для моделей был ПуВРД РАМ-1, выпускавшийся в 1960-х годах. Он использовался на скоростных кордовых самолётах и глиссерах. Конструкция РАМ-1 относительно проста: головка с клапанами и диффузором, камера сгорания и резонансная труба, соединённые сваркой. Двигатель работал на бензине, воспламеняемом свечой, а для запуска требовалась струя воздуха от насоса. Нормальная работа сопровождалась ровным звуком, голубым факелом и сильным нагревом корпуса.
Схема двигателя РАМ-1 и пример его установки на палубе модели глиссера
Использование двигателя РАМ-1 на кордовой модели самолета (фото http://forum.rcdesign.ru)
От слов к делу: конструкция бумажного ПуВРД
Работа над двигателем, получившим название «Саяк», велась более года. Напомним принцип работы ПуВРД: вспышка топливной смеси в камере создаёт реактивную струю, выходящую через длинную трубу. Инерция газов создаёт разрежение, которое открывает впускные клапаны и всасывает новую порцию смеси — цикл повторяется. Электрическое зажигание нужно только для запуска, далее камера раскаляется и воспламеняет смесь сама.
Основной корпус двигателя изготовлен из ватмана, оклеенного в 3-4 слоя газетной бумаги на огнестойком силикатном клее. Несмотря на кажущуюся хрупкость, такая конструкция обладает достаточной прочностью, чтобы выдержать давление вспышек, а риск неконтролируемого горения минимален из-за ограниченного количества воздуха в камере.
Остальные узлы конструкции решали ряд 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
Самодельная свеча зажигания
Система воздухоснабжения и клапаны
Чтобы прокачать через клапаны застрявшие выхлопные газы и всосать свежую смесь, потребовалась очень длинная выхлопная труба. Это создало мощный импульс всасывания. Клапаны, первоначально сделанные из бритвенных лезвий, оказались слишком жёсткими. Более удачным материалом стала тонкая алюминиевая жесть от банок. Клапаны крепятся к фанерной решётке, установленной под наклоном для улучшения аэродинамики и увеличения хода лепестков. Для борьбы с завихрениями у основания клапанов в корпусе сделана специальная выемка.
Топливная система
После экспериментов с различными способами подачи топлива автор остановился на простейших карбюраторах, как в классических ПуВРД. Их два, что должно повысить надёжность запуска и устойчивость работы. Чтобы минимизировать впитывание бензина деревянными и бумажными деталями, а также направить поток смеси, в камере установлен фольгированный отражатель.
Вся топливная система объединена в компактный модуль, спаянный из белой жести. Его стенки одновременно являются стенками бензобака и каналов карбюраторов. Сами каналы имеют уникальную прямоугольную форму с плоскими стенками, что радикально упрощает изготовление по сравнению с традиционными круглыми. Подача топлива происходит через распылительные трубки, идущие от дна бака прямо в канал.
Важным нововведением стала система наддува бака. Часть выхлопных газов через специальный патрубок подаётся в верхнюю часть бака, создавая давление, которое помогает выталкивать бензин в карбюраторы именно в нужный момент рабочего цикла.
Регулировка и запуск
Диаметр распылителей подобран опытным путём и составляет 0,4 мм. Сечение карбюраторных каналов не должно превышать 5x7 мм, иначе не возникнет эффекта подсоса. Регулировать состав смеси можно, перемещая внешние фанерные стенки каналов или пережимая трубку наддува. Оптимальная смесь даёт громкую звонкую вспышку.
Запуск осуществляется просто: бак заправляется шприцем, включается зажигание, и к входу карбюратора приставляется резиновая груша для продувки. Крайне важно отвести грушу в сторону перед тем, как её отпустить, чтобы не втянуть горючую смесь назад.
Система зажигания
Вместо стандартной свечи используется самодельная: клинышек из стеклотекстолита с U-образной фольгированной дорожкой, образующей искровой промежуток. Свеча вставляется в боковую стенку камеры — установка сверху или снизу приводит к проблемам с копотью или утечке топлива. Положение свечи влияет на работу: смещение к клапанам облегчает запуск, но может снизить мощность.
Результаты и призыв к сотрудничеству
Внешний вид экспериментальной версии самодельного реактивного двигателя из бумаги
В ходе испытаний удалось добиться стабильных одиночных вспышек при каждой продувке воздухом. Однажды даже произошла повторная вспышка, хотя и слишком слабая для поддержания цикла. Важно, что даже одиночные вспышки создавали ощутимую тягу, толкая двигатель вперёд. Вес заправленного двигателя без системы зажигания составил фантастические 40 граммов!
Однако главная цель — переход к самостоятельной устойчивой работе — пока не достигнута. Вероятно, конфигурация факела смеси при запуске и при самостоятельном всасывании отличается, и точечное искровое зажигание не может обеспечить воспламенение во всех режимах.
Автор, Александр Лисов, признаёт, что, возможно, поставил слишком амбициозные задачи по простоте и доступности. Для завершения проекта, возможно, потребуется частично вернуться к более традиционным решениям. Тем не менее, многие из предложенных идей — бумажный корпус, прямоугольные каналы, система наддува — являются ценными наработками. Он выражает надежду, что эта работа пригодится другим энтузиастам, и в итоге авиамоделисты получат силовую установку невероятной лёгкости, простоты и дешевизны. Автор приглашает читателей, особенно имеющих опыт создания и эксплуатации модельных ДВС, подключиться к совместной доработке этого перспективного проекта.
Александр ЛИСОВ