自制涡喷引擎的设计参数

如题所述

1.
油气比
喷气发动机依靠油气燃烧产生反作用力,根据油品的爆炸极限,
燃油与空气重量比,一般在15-20%。即一升空气约需一克的油。
2.喷气频率,
喷气发动机喷气频率与机身长度有关,同一直径下,机身越长频率越低。
3.
机身直径与长度比 L/D
发动机长度与直径是发动机设计的重要步聚,长度与比直径一般在10-17。
4.计算公式
发动机的推力是由许多因素决定的,如下公式可说明:m*va=F*t
V = 发动机体积 (dm^3.)
f = 喷气频率. (Hz)
va = 喷气速度. (m/s)
F = 推力 (N, Newton)
fc = 油耗 (gram/second)
m = 空气质量 kg
t =时间s秒.
以时间一秒,m=实际进入发动机的油气量X换算得出
m*v=F*t. m = mass = X %
实际推力:F (Newton) = (X * D^2 * 3.1415 * L * v^2 )/(L * 8)
由以上公式可以得出尾喷管直径越大,发动机的推力越大,同时进入的油气X越多就能产生更大的推力。
5.尾喷管长度
根据国外爱好者的实际经验,尾喷长度与对推力的影响较小,而对发动机工作的可靠性有较大影响。
发动机的尾喷管较长,阀片的工作频率f 较低,但每次吸入油气较多,使每次做功增大。长的喷管可以使发动机接近最大理论推力。同时空气吸入性能较好,使发动机容易发动。
短的尾喷会使发动机喷气频率f 加大,,同时间吸入的油气较少,因此,推力并没增加。并会使发动机不易发动,工作不稳定。
(提示:为了调节发动机方便起见,实际制作长度要比理论设计长些,因为长一些可以锯短。当短了要加长可就麻烦些,但不要太长,太长了结果会一样不工作)
计算公式是:
Y = 0.152 * X + 470 (mm) ,公制单位
(或Y = 3.88* X + 18,66 (inc)-英制单位
参考数据: 发动机名 Y=总长 X=尾喷管截面积 Brauner 490 907 Alpha 485 531 B-12 600 531 Aerojet 610 1075 PAM 810 907 Sov faa 670 1195 6.喷气速度
由于高温高压下喷气发动机喷气速度计算是一个复杂的过程,对于爱好者来说可用一个简化公式计算
va=2*L*f
p90的计算为例:
喷气速度为:150*2*0.86= 258 m/s.
7.单向阀通风孔面积
单向阀通风孔面积是发动设计最关键部,因为它关系到进入发动机的油与空气比.
计算公式
Y = 0.4922*X – 37 (平方mm)
在这里(X=尾喷管截面积,Y=单向阀通风孔面积,如果是大的发动机可不减37) .
另在设计中要考虑到阀片安装后会使通风孔面积减小10-20%,因此要留一定的余量。
计算结果大约是尾喷管截面积的50-60%,一般设计可取55%
(提示,稍大的通风面积可以让发动机更易点火)。
外国发动机设计参考: 发动机名 阀通风面积Y 尾喷截面积X Brauner 452 907 Alpha 381 531 B-12 221 531 Aerojet 603 1075 PAM 506 907 Sov faa 661 1195 也可以已手册加工图自己验算一下,一般误差5%之间
8.进气口面积
位于发动机前端的进气孔最小面积不能小于单向阀通风孔面积。
为了雾化燃料,空气在缩小部速度加大,因此进气通道被设计为喇叭状,也称为空气节流阀。
9.如何设计自己的发动机
一、首先确定发动机的推力,
根据上述公式,以实际油气进入系数X=0.75计算简化得到
发动机推力与尾喷截面积的关系,设计公式为
F(磅)=4.2磅*平方英寸(喷管面积)
或者是:
F(牛顿)=2.65牛*平方厘米
(一千克力=9.8牛顿)
根据外国的设计为列:
如果要制作产生25磅推力的发动机,25/4.2 = 5.95 s平方英寸得到尾喷管直径约2.75英寸。
阀孔的面积为5.95*0.6552=3.9平方英寸。(这里系数0.6552设计者计算是取经验值)

由于阀加工形状的限制,那么单向阀的截面积可用3.9/0.55 = 7.1 sqr inc,,以阀上开十个孔计算每个孔的面积为0.39 sqr inc,燃烧室截面积与单向阀的面积大致相同,能装进单向阀。
喷管长度可简化计算 L=5.95*3.88+18.66 = 41.8,留余量,可取50英寸,如果喷管尾部采用扩张部分,长度为0.2*41=8,总长50的情况下,那么实际尾喷管长为50-8=42英寸.
最小空气入口面积为阀孔面积,即3.9平方英寸
国外P-90发动机实验数据(供参考)
各参数如下
V = 2.9 litre
fc = 6.7 gram/sec
f = 150 Hz
va = 258 m/s
F = 85 Newton

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