ТРУБА — ДЕЛО ТОНКОЕ

Как известно, в большинстве классов спортивного моделизма успех на соревнованиях в определяющей степени зависит от мощности и надежности работы установленного на микромашине двигателя. Одним из весьма эффективных способов повышения мощности мотора является использование энергии выхлопных газов с помощью резонансных труб. Они широко .применяются спортсменами для улучшения сно-ростных характеристик моделей. В предлагаемом материале рассматриваются методы расчета длины, объема и других геометрических параметров, позволяющие улучшить характеристики резонансных труб (в конце статьи см. списон использованной литературы).

Надо отметить, что существует несколько способов расчетной оптимизации параметров труб. Тан, в одной из методин (1) указывается, что длину трубы можно рассчитать по формуле

ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ РЕЗОНАНСНЫХ ТРУБ

(Нумераций соответствует последовательности перечня исследованных труб, приведенного -в статье)

Буквенная индексация элементов соответствует общепринятой системе обмера резонансных труб.

Таким образом, сегодня достаточно популярны несколько методик; однако определяемая по ним длина трубы получается примерно одинаковой.

Теперь рассмотрим газодинамику трубы двигателя «Росси-1Fi» при фазах выпус-на/перепуска, равных 186/130 град, и длине трубы 0,25 м. Быстроходность, рассчитанная по методике (3), оказывается равна примерно 30 000 об/мин. При этом время поворота ко-ленвала на 1 ° составляет 5,66-10-6 с. Указывается, что заталнивание свежей смеси происходит за 50° — 60° поворота коленвала, то есть примерно с (f=1360, считая с начала выхлопа. Тогда с учетом приведенной скорости волны сжатия 560 м/с получим расстояние, пройденное волной за f=1360, равное 0,43 м. Таким образом, заталкивание свежей смеси происходит с начала цилиндрической части трубы и заканчивается при f= 157o. Задержка же выхода свежей смеси из цилиндра составляет 29o (при уравнивании давления).

Возможен и иной вариант расчета, при котором скорость волны сжатия отличается от указанной. Отметим, что коленвал поворачивается на f=186° за время 1,05-10-3 с. В этом случае скорость волны будет равна 474 м/с (при температуре около 290° С). В приведенном варианте расчета волна сжатия будет заталкивать свежую смесь до конца выхлопа, и формула, предложенная в (1), становится более правдоподобной.

Если внимательно разобраться в процессах, происходящих в работающей выхлопной резонансной трубе, то станет ясно — при выхлопе образуется компактная газовая пробка, которая имеет начальную скорость порядка 623 м/с, уменьшающуюся потом за счет охлаждения и потерь, связанных с газодинамикой. При выходе пробни в диффузор за ней образуется интенсивная волна разрежения. Последняя, достигнув выхлопного окна, отражается от него либо как волна давления, либо разрежения, в зависимости от степени его раскрытия. Следует также отметить, что распространяющаяся по трубе волна разрежения может встретиться со стенкой трубы и при определенных углах встречи будет не отражаться, а гаситься. Поэтому разрежение при некоторых условиях затухает не до окончания процесса перепуска, а раньше (6).

Газовая пробка отражается от конфузора как волна давления или, частично, разрежения, в зависимости от диаметра концевого патрубка (7). Труба является реальной системой, и поэтому при движении и отражении волн сжатия или разрежения происходит потеря энергии, и амплитуда волны давления, заталкивающей свежую смесь в двигатель, оказывается меньше амплитуды выхлопной волны — колебание затухает под действием однократного импульса выхлопа, но при его повторении возобновляется (8).

Также отмечается, что геометрия диффузора влияет на формирование волны разрежения и коэффициент восстановления статического давления. Геометрия центральной вставки и конфузора оказывает влияние на фронт и амплитуду волны давления, коэффициент затухания волны разрежения и коэффициент восстановления статического давления волны сжатия (9, 6).

Вышесказанное дает возможность понять, что различия в подходе к расчету геометрии трубы вызывают необходимость в сравнительном анализе и выборе оптимального варианта нан самой трубы, тан и метода ее расчета.

С целью определения наилучшей трубы исследована возможность экспериментального метода выбора по ее звуковым характеристикам — АЧХ. Проведены испытания шести типов труб: «Росси-.15», «Росси-. 15 Fi», ЦСТКАМ-2,5, самодельная труба с тупым конфузором, самодельная труба с центральной вставной и самодельная труба типа «пузырь». Геометрические параметры приведенных труб даны в таблице.

Для проверки предложенного метода использовались такие приборы, как звуковой генератор (ЗГ) прямоугольных импульсов с плавной регулировкой частоты в диапазоне 800—2500 Гц, осциллограф с масштабной сетной, микрофон и телефон. Сама методика достаточно проста. Телефон подсоединяется к ЗГ, а один вывод — к входу «X» осциллографа; микрофон через электролитический конденсатор — к питанию и входу «У»; телефон с помощью пластилина крепится на начале трубы, а микрофон — на конце выхлопного патрубка.

При изменении частоты генератора на экране осциллографа появляются фигуры Лисажу, что позволяет сравнивать фазы колебаний в начале и конце трубы, а танже отслеживать амплитуду резонансов. Для исследований бралась нечетная фаза колебаний. При появлении на экране фигуры, соответствующей требуемой фазе, осциллограф переводился в обычный режим измерений, что позволяло точно определить амплитуду резонансного колебания. Одновременно с целью фиксации формы резонансной кривой считывалась амплитуда волны в диапазоне 800—2500 Гц. По полученным данным строится графин зависимости A=f(U). На основании этих данных выбирается труба, имеющая максимальную амплитуду нечетной фазы нолебаний; причем наличие третьей полуволны позволяет судить (при частоте ее около 1500 Гц) о стабильности работы трубы.

Предлагаемая методика дает возможность выбрать резонансную трубу для модельного двигателя внутреннего сгорания по наилучшим мощностным характеристикам без трудоемких летных испытаний, на результаты которых — а это очень трудно учесть — практически всегда накладывается влияние посторонних внешних случайных факторов.

В. ФОНКИЧ, мастер спорта Украинв, г. Черкассы.