Меню

Глушители для авиамодельных двигателей

Глушители для авиамодельных двигателей

Главная > Двигатели > А вместо сердца – пламенный мотор

Конструкции и формы глушителей очень разнообразны, так же, как и материалы для их изготовления. Промышленные глушители обычно изготавливаются из алюминиевых сплавов литьем под давлением, в кокиль или в выплавляемые формы. Встречаются глушители, изготовленные из тонкой листовой стали, и даже из углепластика. Расположение глушителя определяется направлением выхлопного окна двигателя. Чаще всего, глушитель располагается сзади или сбоку от двигателя. При заднем расположении глушителя, он соединяется с картером двигателя либо жестко, с помощью металлического патрубка, либо через гибкий термостойкий силиконовый переходник, позволяющий удобно расположить глушитель внутри модели. При боковом расположении выхлопного окна обычно применяется жесткое соединение глушителя и картера.



Различные конструкции глушителей для микродвигателей

Следовательно, если обеспечить не прерывистое «хлопающее», а плавное истекание в атмосферу выхлопных газов, то, в идеале, можно свести уровень шума выхлопа к нулю.

Этого можно добиться несколькими путями:

Очевидно, что чем больше будет объем глушащей камеры, тем меньшее влияние он будет оказывать на процесс выхлопа, и тем меньше будут потери мощности двигателя. Следует учесть так же, что для нормальной работы двигателя с подобным глушителем, сечение выходного отверстия глушителя должно обеспечить полное стравливание выхлопных газов из ресивера в атмосферу за время одного оборота коленчатого вала.

Опыт показывает, что минимальный объем глушителя, который позволит эффективно снизить уровень шума без существенного уменьшения мощности мотора должен быть, по крайней мере, в 20 раз больше рабочего объема двигателя (для 10 кубового двигателя это примерно 200 куб.см), при этом сечение выходного отверстия в глушителе должно быть примерно в 3-5 раз меньше сечения выхлопного окна в цилиндре. Конечно, это усредненные цифры, которые могу сильно варьироваться.

Очень хорошо «работает» выходное отверстие, которое само состоит из нескольких дырочек еще меньшего диаметра. Именно так и строятся многокамерные глушители: объем первой глушащей камеры соединяется с объемом второй камеры не одинственным отверстием, а несколькими мелкими отверстиями, которые, в принципе, можно заменить мелкоячеистой сеткой или длинной трубкой с глухим торцом, но с множеством мелких отверстий в цилиндрической стенке.

Очень часто глушитель используется еще и для создания избыточного давления в топливном баке, что позволяет улучшить стабильность работы двигателя на всех режимах. Для этого герметично закрытый топливный бак соединяют трубкой с глушителем.

К давлению наддува мы еще вернемся при рассмотрении систем питания двигателей.

Резонансные глушители применяются исключительно на спортивных моторах, предназначенных для установки на гоночные, скоростные или рекордные модели, и расчитаны они для достижения максимальных мощностей и оборотов двигателя, чаще всего в ущерб стабильной работы на переходных режимах.


Двигатель с полуволновым резонансным глушителем (дудкой)


Двигатель с четвертьволновым муффлером

Основной принцип работы резонансных глушителей заключается в том, что внутри них возникают сложные акустические колебания, которые при определенных оборотах коленвала приобретают характер стоячих волн, увеличивающих давление в плоскости выхлопного окна и внутри объема цилиндра непосредственно перед окончанием фазы выхлопа (перед закрытием окна поршнем). Это, во-первых, препятствует вытеканию из цилиндра свежей порции горючей смеси, а во-вторых, приводит к ее «утрамбовке», что эквивалентно увеличению наполнения цилиндра горючей смесью, а следовательно, и эффективной мощности двигателя.

Резонансные трубы или дудки имеют вытянутую веретенообразную форму, но условно состоят их пяти частей цилиндрической или конусной формы, плавно переходящих одна в другую. Изготавливаются дудки из тонкостенных алюминиевых труб чаще всего раскаткой на фасонных оправках.

Ориентировочные соотношения основных размеров для расчета резонансной трубы: L3 = 0-0,4L2, L4 = 0,15-0,3L7, d3 = 0,3d1, d2/d1= 1,6-3,0 Общая длина трубы от кромки выхлопного окна до середины обратного конуса L д

Красной линией показан профиль сечения реальной дудки.

Первая, цилиндрическая часть, непосредственно присоединяемая к выхлопному патрубку двигателя (выпускная труба) служит для точной настройки резонансных характеристик выпускной системы в целом.

Третья часть, центральный цилиндр, служит не только для дальнейшего расширения выхлопных газов, но так же, как и выпускная труба, участвует в «настройке» дудки в резонанс.

Четвертая часть, обратный конус, или конфузор, служит отражательной стенкой для волны выхлопных газов.

Пятая, цилиндрическая часть (выходная труба) глушителя соединяет полость глушителя с атмосферой.

Работает резонансная труба следующим образом. В момент начала фазы выхлопа из цилиндра, через выхлопное окно и выпускную трубу в полость глушителя устремляется поток отработанных газов. В диффузоре этот поток расширяется, теряет скорость и начинает интенсивно остывать, что приводит к еще большей потери потенциальной энергии газового потока. Фронт давления, движущийся перед фронтом расширяющихся выхлопных газов, проходит центральный цилиндр глушителя, достигает стенок конфузора, отражается от них, и начинает двигаться в обратном направлении. Через определенное время этот фронт давления попадает снова в диффузор, затем в выхлопную трубу, и к моменту завершения фазы выхлопа, через еще открытое выхлопное окно, проникает обратно в цилиндр двигателя, увеличивая в нем эффективное давление.

Таким образом, фронт давления совершает колебательные движения, период которых определяется формой и геометрическими размерами резонансной трубы. Как уже было сказано, при совпадении частоты резонанса трубы и частоты вращения коленвала возникает общий резонанс системы и стоячая волна давления, длина которой, грубо говоря, в два раза больше длины резонансной трубы. Поэтому такие системы и называют полуволновыми резонансными трубами.

Сразу скажу: невозможно создать такой глушитель, который бы увеличивал мощность двигателя во всем диапазоне оборотов коленвала. Законы природы и физики не позволяют сделать этого. Можно лишь изменить характер зависимости мощности мотора от оборотов коленвала. Следовательно, чем большую пиковую мощность развивает мотор на максимальных оборотах благодаря применению резонансного глушителя, тем меньшую мощность он будет способен отдать во всех других режимах работы.

Пиковые дудки, предназначенные для экстремальных режимов работы двигателей, имеют высокую добротность, в силу чего очень капризны в настройке и в работе.

В интернете есть несколько сайтов с описанием методик расчета и настройки резонансных труб. Одно из лучших автоматизированных решений расчета резонансных труб можно увидеть на сайте Мартина Хепперле (Martin Hepperle), посвященном гоночным радиоуправляемым моделям класса F3D. (543)

Разумеется, эта программа предназначена прежде всего для демонстрации общих зависимостей резонансных свойств дудки от параметров двигателя и его рабочих оборотов, и не может претендовать на роль точного математического инструмента.

Муффлер существенно отличается от дудки не только размерами, но и характером протекающих внутри него процессов. Выпускная труба муффлера гораздо длиннее, чем у дудки, она проходит внутри всего глушителя, и оканчивается на небольшом расстоянии от обратного конуса, но не касается его. Над выпускной трубой, и аксиально (соосно) ей, расположен такой же длинный центральный цилиндр, сзади переходящий в конфузор, а вместо прямого конуса (диффузора) у муффлера простая стенка. Конфузор муффлера, как и дудки, заканчивается выходной трубой малого диаметра.

Особенность работы муффлера состоит в том, что стоячая волна внутри него как бы сложена в четыре раза: первое отражение фронта давления происходит от конфузора, по центральному цилиндру фронт движется уже в обратном направлении к передней стенке, затем, отразившись от нее снова возвращается к конфузору, и только после третьего отражения вновь попадает в выпускную трубу, по которой и попадает в цилиндр перед окончанием фазы выхлопа.

Муффлеры имеют несколько меньшую добротность, чем дудки, в силу чего не могут обеспечить пиковых приростов мощности, но при этом они гораздо проще в настройке и менее критичны в работе.

Такими глушителями обычно комплектуются двигатели для пилотажных моделей и вертолетов. Рассчитывать на то, что применение подобного устройства значительно увеличит мощность или улучшит другие характеристики мотора, не имеет смысла.

Источник

Читайте также:  Как правильно отцентрировать раздатку на ниве