Реактивный пульсирующий водомет

Мы с сыном увлекаемся водно-моторным спортом и туризмом, занимаемся изготовлением и модернизацией спортивных лодок. У нас родилась идея реактивного пульсирующего водомета (РПВ), который, по нашему мнению, может найти применение на СПК, СВП, экранопланах. Эти движители выгодно отличаются от традиционных благодаря меньшему весу, большей экономичности, надежности и простоте. Кроме того, они могут быть установлены на катерах, работающих на мелководье в сильно засоренных водоемах и использующихся в народно-хозяйственных нуждах.

РПВ представляет собой видоизмененный пульсирующий воздушно-реактивный двигатель (ПуВРД). Известно, что ПуВРД имеет низкий (ок. 7%) КПД, чем, собственно, и ограничено его практическое применение. Тяга ПуВРД определяется по формуле: P=(p·t)·n, где p·t — импульс силы; n — число циклов; рt=m₂·С_ср; где С_ср — средняя скорость истечения газов; m₂ — масса продуктов выброса.

Таким образом, при прочих равных условиях, чем больше m₂, тем выше Р. В предлагаемом РПВ КПД=28%, т. е. в 4 раза выше, чем у ПуВРД (для сравнения; КПД поршневого 2-тактного двигателя составляет 21%). Достигается такой КПД за счет впрыска в рабочую трубу забортной воды в количестве, равном 4 m₂ (исходя из условий устойчивой работы и теплового баланса), чем увеличивается в 4 раза тяга двигателя на одну и ту же единицу сжигаемого топлива.

Конструктивное выполнение РПВ изображено на рис. 1.

На рис. 2 показана последовательность работы двигателя за один цикл:

а — заполнение камеры сгорания свежей смесью при открытых клапанах в период запуска;


б — момент воспламенения смеси (образовавшиеся газы расширяются, давление возрастает, клапаны закрываются и газы устремляются через реактивное сопло в рабочую трубу;

в — продукты сгорания в виде газового «поршня» движутся к выходу и создают за собою разряжение, клапаны открываются, и происходит наполнение камеры сгорания свежей смесью;

г — в камеру сгорания продолжает поступать свежая смесь. Основная масса газов - газовый «поршень» покинула рабочую трубу, и разряжение распространилось до обреза рабочей трубы, через который начинается всасывание части остаточных газов. Через жиклеры происходит всасывание забортной воды, которая, попадая на нагретую до 350°С поверхность рабочей трубы, испаряется;

д — наполнение камеры сгорания свежей смесью заканчивается, клапаны закрываются, и со стороны рабочей трубы по направлению к клапанной решетке движется столб горячих остаточных газов и пара, который при дальнейшем движении по нагретой трубе расширяется и поджимает смесь в камере сгорания до 1,5 кг/см², что гораздо выше, чем это имеет место в ПуВРД (0,8—0,9 кг/см²);

е — в камере сгорания происходит воспламенение и сгорание рабочей смеси. Газы, выталкивая пар, устремляются через реактивное сопло в рабочую трубу, и цикл повторяется, причем давление в камере сгорания благодаря значительному предварительному поджатию смеси также поднимается выше (до 4—5 кг/см²) против 1,45—1,65 кг/см² у ПуВРД. Свеча необходима лишь в момент запуска, когда же двигатель выйдет на рабочий режим (с частотой ок. 200 циклов в секунду), рабочая смесь воспламеняется от обратных горячих газов. Этим, собственно, и ограничено количество впрыскиваемой воды (4 m₂) чтобы не сбить пламя полностью.

---

Ваша идея реактивного пульсирующего водомета (РПВ) интересна. Вы правильно делаете вывод о том, что впрыск в рабочую трубу забортной воды повысит эффективность РПВ. Здесь можно сослаться на описанные в книге В. А. Башкатова и др. «Гидрореантивные пропульсивные установки» (Ленинград, «Судостроение», 1977 г.) эксперименты Ю. Г. Мокеева, который в 1973 г. добился увеличения тяги воздушно-реактивного пропульсивного комплекса (ПК) до 80% за счет подачи распыленной воды в сопло. Имеются и зарубежные исследования в этой области. Однако обеспечить подачу воды, ее распыление и перемешивание с потоком воздуха, без чего положительный эффект, естественно, теряется, очень сложно. Во всяком случае, можно заранее утверждать, что при пульсациях потока в РПВ это будет сделать сложнее, чем у непрерывно действующего воздушно реактивного ПК. По данным Ю. Г. Мокеева, даже в этом случае удается добиться такой интенсивности перемешивания, что тяга увеличивается лишь на 80%, а не в 4 раза, как надеетесь получить вы. Значит, вместо 28% вы получите, скорее всего, не более 12%.