Оказывается, правильно спроектированный глушитель может не только снижать уровень шума, но и повышать мощность двигателя. Например, эксперименты с моделью «Супер-Тигр 6/15» показали, что установка специального резонансного глушителя позволила поднять максимальные обороты с 23500 до 24100 об/мин, что эквивалентно приросту мощности примерно на 7%. Это кажется парадоксальным, ведь обычно выхлопная система создаёт сопротивление потоку отработавших газов, что приводит к потере энергии.
Принцип работы резонансной трубы
Чтобы понять этот эффект, нужно разобраться в процессах выхлопа. При работе двигателя без глушителя, после открытия выхлопного окна, газы с высокой скоростью вырываются в атмосферу, создавая резкий скачок давления (до 1,8 кг/см² выше атмосферного). Именно эти импульсы, или волны давления, и воспринимаются нашим ухом как громкий шум.
Если же на выхлопной патрубок установить специальную веретенообразную трубу (резонансный глушитель), картина меняется. Волна давления оказывается внутри замкнутого объёма и начинает колебаться, отражаясь от стенок. В расширяющейся части трубы давление у среза выхлопного окна даже немного падает, так как газы получают возможность «растечься». Затем волна, двигаясь со скоростью звука (около 460 м/с для выхлопных газов), достигает сужающейся части, отражается и возвращается обратно к цилиндру. Это явление называется резонансом.
Секрет увеличения мощности
Ключевая задача — точно рассчитать геометрию трубы так, чтобы частота возвращающихся (обратных) волн давления совпала с частотой рабочих циклов двигателя. При достижении резонанса, давление у выхлопного окна перед самым его закрытием резко возрастает (примерно до 1,3 кг/см²). Эта волна давления фактически «подталкивает» отработавшие газы обратно в цилиндр, уплотняя там свежую топливно-воздушную смесь. В результате улучшается наполнение цилиндра, и эффективность сгорания повышается, что и приводит к росту мощности на валу двигателя.
Диаграмма давления на срезе выхлопного окна, построенная на основе экспериментальных данных: А — момент открытия выхлопного окна; Б — момент закрытия окна; В — начало воздействия сужающегося конуса; Г — начало воздействия расширяющегося конуса; Д — фаза выхлопа; Е — фаза нагнетания (поджатия смеси).
Оптимальная конструкция и применение
Теоретические расчёты и практические испытания позволили определить наилучшую форму резонансной трубы (её также называют трубой-веретеном). Её внутренний объём должен примерно в 14 раз превышать объём рабочей камеры двигателя. Конкретные пропорции показаны на иллюстрации.
Такие глушители изготавливают сваркой из тонкого (около 0,75 мм) алюминия или дюралюминия, либо выклеивают из стеклопластика. Для двигателя рабочим объёмом 2,5 см³ оптимальная длина трубы составляет около 210 мм при максимальном диаметре 30 мм.
Важным аспектом является и монтаж глушителя на модели. Его необходимо разместить на фюзеляже таким образом, чтобы минимизировать аэродинамическое сопротивление. Удачные примеры такой компоновки демонстрируют модели Б. Джексона и И. Роффи.
Переведено из журнала «Aero Modeller»