อ่าน 7 นาที
พัลส์เจ็ท
เครื่องยนต์ พัลส์เจ็ท (หรือ พัลส์เจ็ท ) เป็น เครื่องยนต์เจ็ท ชนิดหนึ่งที่การเผาไหม้เกิดขึ้นเป็น จังหวะ เครื่องยนต์พัลส์เจ็ทสามารถสร้างได้โดยมี ชิ้นส่วนเคลื่อนที่ น้อย [ 1 ]...
พัลส์เจ็ท
| ส่วนหนึ่งของชุดบทความเกี่ยวกับ |
| ระบบขับเคลื่อนอากาศยาน |
|---|
| เครื่องยนต์เพลา : ขับเคลื่อนใบพัด , โรเตอร์ , พัดลมแบบมีท่อหรือพัดลมใบพัด |
| เครื่องยนต์ปฏิกิริยา |
เครื่องยนต์พัลส์เจ็ท (หรือพัลส์เจ็ท ) เป็น เครื่องยนต์เจ็ทชนิดหนึ่งที่การเผาไหม้เกิดขึ้นเป็นจังหวะเครื่องยนต์พัลส์เจ็ทสามารถสร้างได้โดยมีชิ้นส่วนเคลื่อนที่ น้อย [ 1 ]หรือไม่มีเลย[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] และสามารถทำงานได้โดยไม่ต้องเคลื่อนที่ (นั่นคือ ไม่จำเป็นต้องบังคับอากาศเข้าไปในช่องรับอากาศ ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะใช้การเคลื่อนที่ไปข้างหน้า) [ 5 ]ตัวอย่างที่รู้จักกันดีที่สุดคือArgus As 109-014ที่ใช้ขับเคลื่อนระเบิด บิน V-1ของนาซีเยอรมนี
เครื่องยนต์พัลส์เจ็ทเป็นระบบขับเคลื่อนด้วยไอพ่นที่มีน้ำหนักเบา แต่โดยทั่วไปจะมีอัตราส่วนการอัด ต่ำ จึงทำให้มีแรงขับจำเพาะต่ำ
เครื่องยนต์พัลส์เจ็ทหลักสองประเภทใช้การเผาไหม้แบบเรโซแนนซ์และใช้ประโยชน์จากผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้เพื่อสร้างไอไอเสียที่สั่นเป็นจังหวะซึ่งสร้างแรงขับเป็นระยะๆ
เครื่องยนต์พัลส์เจ็ทแบบมีวาล์วแบบดั้งเดิมมีวาล์วทางเดียวซึ่งอากาศขาเข้าจะผ่านเข้าไป[ 6 ]เมื่อส่วนผสมเชื้อเพลิงถูกจุดติด วาล์วจะปิด ซึ่งหมายความว่าก๊าซที่ร้อนสามารถออกจากเครื่องยนต์ได้เฉพาะทางท่อไอเสียเท่านั้น จึงทำให้เกิดแรงขับไปข้างหน้า
ประเภทที่สองคือพัลส์เจ็ทแบบไม่มีวาล์ว[ 7 ]คำศัพท์ทางเทคนิคสำหรับเครื่องยนต์นี้คือพัลส์เจ็ทแบบอะคูสติก หรือพัลส์เจ็ทแบบมีวาล์วตามหลักอากาศพลศาสตร์
แนวทางการวิจัยที่น่าสนใจอย่างหนึ่งคือเครื่องยนต์ระเบิดแบบพัลส์ซึ่งเกี่ยวข้องกับการระเบิดซ้ำๆ ในเครื่องยนต์ และอาจให้กำลังอัดสูงและประสิทธิภาพที่ดีพอสมควร
ประวัติศาสตร์

นิโคไล อาฟานาซิเยวิช เทเลชอฟ นักประดิษฐ์ชาวรัสเซียและอดีตนายทหารปืนใหญ่ ได้จดสิทธิบัตรเครื่องยนต์ไอพ่นไอน้ำในปี 1867 ขณะที่มาร์ติน ไวเบิร์ก นักประดิษฐ์ชาวสวีเดน ก็อ้างว่าตนเองเป็นผู้ประดิษฐ์เครื่องยนต์ไอพ่นไอน้ำเครื่องแรกในสวีเดนเช่นกัน แต่รายละเอียดไม่ชัดเจน
เครื่องยนต์ไอพ่นแบบพัลส์เจ็ตที่ใช้งานได้จริงเครื่องแรกได้รับการจดสิทธิบัตรในปี 1906 โดยวิศวกรชาวรัสเซีย วี.วี. คาราโวดิน ซึ่งสร้างแบบจำลองที่ใช้งานได้จริงในปี 1907
จอร์จส์ มาร์คอนเนต์ นักประดิษฐ์ชาวฝรั่งเศส ได้จดสิทธิบัตรเครื่องยนต์พัลส์เจ็ทแบบไร้วาล์วของเขาในปี 1908 ซึ่งถือเป็นต้นกำเนิดของเครื่องยนต์พัลส์เจ็ทแบบไร้วาล์วทั้งหมด กลุ่มวิจัยด้านระบบขับเคลื่อนของฝรั่งเศส Société Nationale d'Étude et de Construction de Moteurs d'Aviation ( SNECMA ) ได้ทำการทดลองเครื่องยนต์พัลส์เจ็ทแบบไร้วาล์วนี้ในช่วงปลายทศวรรษ 1940
Ramón Casanova ในเมือง Ripollประเทศสเปนได้จดสิทธิบัตรเครื่องยนต์พัลส์เจ็ทในบาร์เซโลนาในปี 1917 โดยเริ่มสร้างเครื่องยนต์ดังกล่าวตั้งแต่ปี 1913 Robert Goddardได้ประดิษฐ์เครื่องยนต์พัลส์เจ็ทขึ้นในปี 1931 และสาธิตการใช้งานบนจักรยานที่ขับเคลื่อนด้วยไอพ่น[ 8 ]วิศวกรPaul Schmidtได้บุกเบิกการออกแบบที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยอาศัยการปรับเปลี่ยนวาล์วไอดี (หรือแผ่นปิด) ทำให้เขาได้รับการสนับสนุนจากกระทรวงการบินของเยอรมนีในปี 1933 [ 9 ]
การใช้งานแบบพัลส์เจ็ทที่ไม่มีวาล์วอย่างแพร่หลายครั้งแรกคือโดรนAviolanda AT-21 ของเนเธอร์แลนด์ [ 10 ]
อาร์กัส เอเอส 109-014

ในปี พ.ศ. 2477 Georg Hans Madelungและ Paul Schmidt ซึ่งประจำอยู่ที่มิวนิก ได้เสนอ "ระเบิดบิน" ที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์พัลส์เจ็ทของ Schmidt ให้กับกระทรวงการบินของเยอรมนี ต้นแบบระเบิดของ Schmidt ถูกกระทรวงการบินของเยอรมนีปฏิเสธ เนื่องจากพวกเขาไม่สนใจในมุมมองทางยุทธวิธี และประเมินว่ามันมีข้อสงสัยทางเทคนิค การออกแบบดั้งเดิมของ Schmidt มีเครื่องยนต์พัลส์เจ็ทติดตั้งอยู่ในลำตัวเครื่องบินเหมือนเครื่องบินขับไล่เจ็ทสมัยใหม่ ซึ่งแตกต่างจาก V-1 ในที่สุด ซึ่งมีเครื่องยนต์ติดตั้งอยู่เหนือหัวรบและลำตัวเครื่องบิน[ 11 ]
บริษัทArgusเริ่มดำเนินงานโดยอิงจากงานของ Schmidt ผู้ผลิตชาวเยอรมันรายอื่น ๆ ที่ทำงานเกี่ยวกับเครื่องยนต์ไอพ่นและระเบิดบินที่คล้ายกัน ได้แก่บริษัท Askania , Robert Lusserแห่งFieseler , ดร. Fritz Gosslauแห่ง Argus และ บริษัท Siemensซึ่งทั้งหมดได้รวมกันเพื่อทำงานเกี่ยวกับ V-1 [ 9 ]
เมื่อ Schmidt ทำงานให้กับ Argus แล้ว เครื่องยนต์พัลส์เจ็ทก็ได้รับการพัฒนาจนสมบูรณ์และเป็นที่รู้จักอย่างเป็นทางการตามการกำหนดของRLMว่าเป็น Argus As 109-014 การปล่อยแบบไม่ใช้พลังงานครั้งแรกเกิดขึ้นที่Peenemündeเมื่อวันที่ 28 ตุลาคม พ.ศ. 2485 การบินแบบใช้พลังงานครั้งแรกเกิดขึ้นเมื่อวันที่ 10 ธันวาคม พ.ศ. 2485 และการปล่อยแบบใช้พลังงานครั้งแรกเกิดขึ้นเมื่อวันที่ 24 ธันวาคม พ.ศ. 2485 [ 12 ]
เครื่องยนต์พัลส์เจ็ทได้รับการประเมินว่าเป็นความสมดุลที่ยอดเยี่ยมระหว่างต้นทุนและฟังก์ชันการทำงาน: การออกแบบที่เรียบง่ายซึ่งทำงานได้ดีด้วยต้นทุนที่น้อยที่สุด[ 9 ]สามารถทำงานได้ด้วยปิโตรเลียมทุกเกรด และระบบชัตเตอร์จุดระเบิดไม่ได้ออกแบบมาให้ใช้งานได้นานเกินกว่าอายุการใช้งานการบินปกติของ V-1 ซึ่งคือหนึ่งชั่วโมง แม้ว่าจะสร้างแรงขับไม่เพียงพอสำหรับการบินขึ้น แต่เจ็ทเรโซแนนซ์ของ V-1 สามารถทำงานได้ในขณะที่จอดนิ่งอยู่บนทางลาดปล่อย การออกแบบเรโซแนนซ์แบบง่ายโดยอิงจากอัตราส่วน (8.7:1) ของเส้นผ่านศูนย์กลางต่อความยาวของท่อไอเสีย ทำหน้าที่ในการทำให้วงจรการเผาไหม้ดำเนินต่อไป และบรรลุความถี่เรโซแนนซ์ที่เสถียรที่ 43 รอบต่อวินาทีเครื่องยนต์สร้างแรงขับสถิต 2,200 N (490 lb f ) และประมาณ 3,300 N (740 lb f ) ในระหว่างการบิน[ 9 ]
ระบบจุดระเบิดในเครื่องยนต์ Argus As 014 ใช้หัวเทียนรถยนต์แบบเดี่ยว ติดตั้งอยู่ห่างจากชุดวาล์วด้านหน้าประมาณ 75 เซนติเมตร (30 นิ้ว) ประกายไฟจะทำงานเฉพาะในขั้นตอนการสตาร์ทเครื่องยนต์เท่านั้น เครื่องยนต์ Argus As 014 เช่นเดียวกับเครื่องยนต์พัลส์เจ็ททั้งหมด ไม่จำเป็นต้องใช้คอยล์จุดระเบิดหรือแม็กนีโตในการจุดระเบิด แหล่งกำเนิดประกายไฟคือส่วนท้ายของลูกไฟที่เกิดขึ้นก่อนหน้านี้ในระหว่างการทำงาน ตัวเรือนเครื่องยนต์ไม่ได้ให้ความร้อนเพียงพอที่จะทำให้เกิดการจุดระเบิดเชื้อเพลิงแบบดีเซลเนื่องจากมีการอัดอากาศภายในเครื่องยนต์พัลส์เจ็ทน้อยมาก
ชุดวาล์ว Argus As 014 ใช้ระบบชัตเตอร์ที่ทำงานที่ 47 รอบต่อวินาที[ 12 ]
หัวฉีดอากาศสามหัวที่ด้านหน้าของเครื่องบิน Argus As 014 เชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายแรงดันสูงภายนอกเพื่อสตาร์ทเครื่องยนต์ เชื้อเพลิงที่ใช้ในการจุดระเบิดคืออะเซทิลีนโดยช่างเทคนิคต้องวางแผ่นกั้นที่ทำจากไม้หรือกระดาษแข็งไว้ในท่อไอเสียเพื่อป้องกันไม่ให้อะเซทิลีนแพร่กระจายก่อนที่จะจุดระเบิดอย่างสมบูรณ์ เมื่อเครื่องยนต์จุดระเบิดและอุณหภูมิการทำงาน ขั้นต่ำถึงระดับที่ กำหนดแล้ว ก็จะถอดท่อและข้อต่อภายนอกออก
เนื่องจาก V-1 เป็นขีปนาวุธนำวิถี จึงไม่มีล้อลงจอด แต่จรวด Argus As 014 จะถูกปล่อยจากทางลาดเอียงโดยใช้ เครื่องยิงไอน้ำแบบ ลูกสูบพลังงานไอน้ำที่ใช้ในการขับเคลื่อนลูกสูบนั้นเกิดจาก ปฏิกิริยาเคมี คายความ ร้อนรุนแรง ที่เกิดขึ้นเมื่อไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์และโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต (เรียกว่าT-StoffและZ-Stoff ) รวมกัน
การใช้งานทางทหารหลักของเครื่องยนต์พัลส์เจ็ท โดยมีการผลิตเครื่องยนต์ Argus As 014 ในปริมาณมาก (ซึ่งเป็นเครื่องยนต์พัลส์เจ็ทเครื่องแรกที่ผลิตในปริมาณมาก) คือการใช้กับระเบิดบิน V-1เสียงหึ่งๆ อันเป็นเอกลักษณ์ของเครื่องยนต์ทำให้มันได้รับฉายาว่า "ระเบิดเสียงหึ่ง" หรือ "ดูเดิลบัก" V-1 เป็นขีปนาวุธร่อน ของเยอรมัน ที่ใช้ในสงครามโลกครั้งที่สองซึ่งมีชื่อเสียงที่สุดในการทิ้งระเบิดกรุงลอนดอนในปี 1944 เครื่องยนต์พัลส์เจ็ทนั้นราคาถูกและสร้างง่าย จึงเป็นตัวเลือกที่ชัดเจนสำหรับผู้ออกแบบ V-1 เนื่องจากเยอรมันขาดแคลนวัสดุและอุตสาหกรรมกำลังทำงานหนักเกินไปในช่วงสงครามนั้น ผู้ออกแบบขีปนาวุธร่อนสมัยใหม่ไม่ได้เลือกใช้เครื่องยนต์พัลส์เจ็ทสำหรับการขับเคลื่อน แต่เลือกใช้เครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทหรือ เครื่องยนต์ จรวดแทน การใช้งานอื่นๆ ของเครื่องยนต์พัลส์เจ็ทที่ถึงขั้นผลิตเป็นฮาร์ดแวร์ในนาซีเยอรมนีมีเพียงเครื่องบินMesserschmitt Me 328และโครงการทดลองEinpersonenfluggerätสำหรับกองทัพบกเยอรมัน เท่านั้น
บุคลากรด้านเทคนิคของไรท์ฟิลด์ได้ทำการวิเคราะห์และสร้างแบบจำลองของจรวด V-1 ขึ้นใหม่จากซากของจรวดที่ระเบิดไม่สำเร็จในอังกฤษ ผลลัพธ์ที่ได้คือเครื่องบินJB-2 Loonโดยตัวเครื่องบินสร้างโดยRepublic Aviationและเครื่องยนต์ไอพ่นแบบพัลส์เจ็ท Argus As 014 ซึ่งรู้จักกันใน ชื่อ PJ31ในอเมริกา ผลิตโดยบริษัท Ford Motor Company
พลเอกแฮป อาร์โนลด์แห่งกองทัพอากาศสหรัฐฯ กังวลว่าอาวุธนี้สามารถสร้างจากเหล็กและไม้ได้ภายใน 2,000 ชั่วโมงแรงงาน และมีต้นทุนโดยประมาณ600 ดอลลาร์สหรัฐ (เทียบเท่า 11,163 ดอลลาร์สหรัฐในปี 2025) [ 9 ]
คลื่น
ในปี 2024 บริษัท Wave Engine Corporation ซึ่งเป็นบริษัทที่แยกตัวออกมาจากมหาวิทยาลัยแมริแลนด์ ได้ส่งมอบเครื่องยนต์ J-1 จำนวน 4 เครื่องให้กับลูกค้า เครื่องยนต์ J-1 เป็นเครื่องยนต์พัลส์เจ็ทที่ควบคุมด้วยระบบดิจิทัลสำหรับใช้ในยานบินไร้คนขับ (UAV) [ 13 ]
ออกแบบ

เครื่องยนต์พัลส์เจ็ทมีลักษณะเด่นคือความเรียบง่าย ต้นทุนการผลิตต่ำ และระดับเสียงดัง แม้ว่าอัตราส่วนแรงขับต่อน้ำหนักจะยอดเยี่ยม แต่การสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงจำเพาะต่อแรงขับ นั้น แย่มาก พัลส์เจ็ทใช้หลักการของวัฏจักรเลอนัวร์ซึ่งไม่มีตัวขับการอัดภายนอก เช่นลูกสูบของวัฏจักรออตโต หรือ กังหันอัดของวัฏจักรเบรย์ตัน จึงใช้การสั่น พ้องทางเสียงในท่อเพื่อขับเคลื่อนการอัด ซึ่งจำกัดอัตราส่วนความดันก่อนการเผาไหม้สูงสุดไว้ที่ประมาณ 1.2 ต่อ 1
ระดับเสียงที่สูงมักทำให้ไม่สามารถใช้งานได้จริงนอกเหนือจากการใช้งานทางทหารและการใช้งานอื่นๆ ที่มีข้อจำกัดคล้ายกัน[ 10 ]อย่างไรก็ตาม พัลส์เจ็ตถูกนำมาใช้ในวงกว้างในระบบอบแห้งทางอุตสาหกรรม และมีการกลับมาศึกษาเครื่องยนต์เหล่านี้อีกครั้งสำหรับการใช้งานต่างๆ เช่น การให้ความร้อนที่มีกำลังสูง การแปลงชีวมวล และระบบพลังงานทางเลือก เนื่องจากพัลส์เจ็ตสามารถทำงานได้กับเกือบทุกอย่างที่เผาไหม้ได้ รวมถึงเชื้อเพลิงที่เป็นอนุภาค เช่น ขี้เลื่อยหรือผงถ่านหิน
เครื่องยนต์พัลส์เจ็ทถูกนำมาใช้ในการขับเคลื่อนเฮลิคอปเตอร์ทดลอง โดยติดตั้งเครื่องยนต์ไว้ที่ปลายใบพัด ในการให้พลังงานแก่ใบพัดเฮลิคอปเตอร์ เครื่องยนต์พัลส์เจ็ทมีข้อได้เปรียบเหนือเครื่องยนต์กังหันหรือเครื่องยนต์ลูกสูบตรงที่ไม่สร้างแรงบิดบนลำตัวเครื่องบินเนื่องจากไม่ได้ออกแรงกระทำต่อเพลา แต่ดันที่ปลายใบพัด เฮลิคอปเตอร์จึงสามารถสร้างขึ้นได้โดยไม่ต้องมีใบพัดหางและระบบส่งกำลังและเพลาขับที่เกี่ยวข้อง ทำให้เครื่องบินง่ายขึ้น ( การควบคุม แบบไซคลิกและ คอ ลเลคทีฟของใบพัดหลักยังคงจำเป็น) แนวคิดนี้ได้รับการพิจารณามาตั้งแต่ปี 1947 เมื่อบริษัท American Helicopter Company เริ่มทำงานกับ ต้นแบบเฮลิคอปเตอร์ XA-5 Top Sergeantที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์พัลส์เจ็ทที่ปลายใบพัด[ 14 ] XA-5 บินครั้งแรกในเดือนมกราคม 1949 และตามมาด้วย XA-6 Buck Private ที่ใช้การออกแบบพัลส์เจ็ทแบบเดียวกัน นอกจากนี้ ในปี 1949 Hiller Helicoptersได้สร้างและทดสอบ Hiller Powerblade ซึ่งเป็นใบพัดเจ็ทแรงดันแบบวงจรร้อนเครื่องแรกของโลก Hiller เปลี่ยนไปใช้เครื่องยนต์แรมเจ็ตที่ติดตั้งที่ปลายใบพัด แต่ American Helicopter ยังคงพัฒนา XA-8 ภายใต้สัญญาของกองทัพสหรัฐฯ ต่อไป โดยบินครั้งแรกในปี 1952 และเป็นที่รู้จักในชื่อXH-26 Jet Jeepมันใช้เครื่องยนต์พัลส์เจ็ต XPJ49 ที่ติดตั้งที่ปลายใบพัด XH-26 บรรลุวัตถุประสงค์การออกแบบหลักทั้งหมด แต่กองทัพได้ยกเลิกโครงการเนื่องจากระดับเสียงของเครื่องยนต์พัลส์เจ็ตที่ไม่สามารถยอมรับได้ และความจริงที่ว่าแรงต้านของเครื่องยนต์พัลส์เจ็ตที่ปลายใบพัดทำให้ การลงจอดแบบออโตโรเทชั่ นเป็นปัญหาอย่างมาก มีการอ้างว่าการขับเคลื่อนที่ปลายใบพัดจะช่วยลดต้นทุนการผลิตของอากาศยานปีกหมุนลงเหลือ 1/10 ของอากาศยานปีกหมุนที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์แบบดั้งเดิม[ 10 ]
เครื่องยนต์พัลส์เจ็ทยังถูกนำมาใช้ในเครื่องบิน จำลองทั้งแบบ บังคับด้วยสายและ แบบบังคับด้วยวิทยุ สถิติความเร็วสูงสุดของเครื่องบินจำลองแบบบังคับด้วยสายที่ใช้เครื่องยนต์พัลส์เจ็ทนั้นสูงกว่า 200 ไมล์ต่อชั่วโมง (322 กิโลเมตรต่อชั่วโมง)
ความเร็วของเครื่องบินไอพ่นแบบบังคับวิทยุที่บินอิสระนั้นถูกจำกัดด้วยการออกแบบระบบไอดีของเครื่องยนต์ ที่ความเร็วประมาณ 450 กม./ชม. (280 ไมล์/ชม.) ระบบวาล์วของเครื่องยนต์แบบมีวาล์วส่วนใหญ่จะไม่สามารถปิดสนิทได้เนื่องจากแรงดันอากาศที่พุ่งเข้ามา ซึ่งส่งผลให้ประสิทธิภาพลดลง
ระบบไอดีแบบปรับเปลี่ยนรูปทรงได้ช่วยให้เครื่องยนต์สร้างกำลังสูงสุดได้ที่ความเร็วส่วนใหญ่ โดยปรับให้เหมาะสมกับความเร็วที่อากาศเข้าสู่ท่อไอดี การออกแบบที่ไม่มีวาล์วจะไม่ได้รับผลกระทบจากแรงดันอากาศจากการไหลเข้ามากเท่ากับการออกแบบอื่นๆ เนื่องจากไม่ได้ออกแบบมาเพื่อหยุดการไหลของอากาศออกจากท่อไอดี และสามารถเพิ่มกำลังได้อย่างมากที่ความเร็วสูง
อีกหนึ่งคุณสมบัติของเครื่องยนต์พัลส์เจ็ทคือ แรงขับสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยใช้ท่อรูปทรงพิเศษที่ติดตั้งอยู่ด้านหลังเครื่องยนต์ ท่อนี้ทำหน้าที่เหมือนปีกวงแหวนซึ่งช่วยปรับแรงขับที่ผันผวนให้สม่ำเสมอ โดยใช้ประโยชน์จากแรงทางอากาศพลศาสตร์ในไอเสียของพัลส์เจ็ท ท่อนี้ซึ่งโดยทั่วไปเรียกว่าตัวเพิ่มแรงขับ สามารถเพิ่มแรงขับของพัลส์เจ็ทได้อย่างมากโดยไม่ต้องสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงเพิ่มขึ้น สามารถเพิ่มแรงขับได้ถึง 100% ซึ่งส่งผลให้ประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิง สูงขึ้นมาก อย่างไรก็ตาม ยิ่งท่อเพิ่มแรงขับมีขนาดใหญ่เท่าใด ก็ยิ่งสร้างแรงต้านมากขึ้นเท่านั้น และจะมีประสิทธิภาพเฉพาะในช่วงความเร็วที่กำหนดเท่านั้น
คลื่น
J-1 เป็นอุปกรณ์รูปตัวยูที่ออกแบบมาสำหรับ UAV ที่มีน้ำหนักรวมสูงสุด 200 ปอนด์ (90 กิโลกรัม) มีน้ำหนัก 18 ปอนด์ (8.2 กิโลกรัม) และมีขนาด 5.5 x 12.5 x 64 นิ้ว (14 x 32 x 163 เซนติเมตร) สามารถใช้เชื้อเพลิงได้หลายชนิด เช่น น้ำมันเบนซิน ไบโอเอทานอล E85 หรือน้ำมันเชื้อเพลิงเครื่องบิน แรงขับสูงสุดถึง 55 ปอนด์ (240 นิวตัน) เมื่อเชื้อเพลิงติดไฟ อุณหภูมิและความดันที่เพิ่มขึ้นจะดันก๊าซร้อนออกจากอุปกรณ์ ทำให้เกิดแรงขับ สุญญากาศบางส่วนที่เกิดขึ้นจะดึงอากาศบริสุทธิ์เข้ามา เตรียมพร้อมสำหรับจังหวะต่อไป[ 13 ]เครื่องยนต์ตระกูลนี้ได้รับการทดสอบที่ความเร็วสูงสุด 200 ไมล์ต่อชั่วโมง (320 กิโลเมตรต่อชั่วโมง) [ 13 ]
บริษัท Wave กำลังพัฒนาเครื่องยนต์ตัวที่สองชื่อ K-1 ซึ่งมีแรงขับสูงสุด 220 ปอนด์ (980 นิวตัน) สำหรับน้ำหนักบรรทุกสูงสุด 1,000 ปอนด์ (450 กิโลกรัม) โดยอ้างว่าเครื่องยนต์นี้จะเป็นประโยชน์ต่อการใช้งานเชิงพาณิชย์ขนาดใหญ่และเครื่องบินขึ้นลงแนวดิ่ง(VTOL ) รุ่นใหม่
การดำเนินการ
การออกแบบวาล์ว

เครื่องยนต์พัลส์เจ็ทแบบมีวาล์วใช้กลไกวาล์วในการควบคุมการไหลของไอเสียที่ขยายตัว บังคับให้ก๊าซร้อนไหลออกทางด้านหลังของเครื่องยนต์ผ่านท่อไอเสียเท่านั้น และปล่อยให้อากาศบริสุทธิ์และเชื้อเพลิงเพิ่มเติมเข้าไปทางท่อไอดี เนื่องจากแรงเฉื่อยของไอเสียที่พุ่งออกมาจะสร้างสุญญากาศบางส่วนในช่วงเวลาสั้นๆ หลังจากการระเบิดแต่ละครั้ง ซึ่งจะดึงอากาศและเชื้อเพลิงเพิ่มเติมเข้ามาระหว่างพัลส์
เครื่องยนต์พัลส์เจ็ทแบบมีวาล์วประกอบด้วยช่องรับอากาศที่มีระบบวาล์วทางเดียว วาล์วเหล่านี้ป้องกันไม่ให้ก๊าซที่ระเบิดได้จากส่วนผสมเชื้อเพลิงที่จุดติดไฟในห้องเผาไหม้ไหลออกไปและรบกวนการไหลของอากาศในช่องรับอากาศ แม้ว่าในเครื่องยนต์พัลส์เจ็ทแบบมีวาล์วที่ใช้งานได้จริงทั้งหมด จะมี "การไหลย้อนกลับ" บ้างในขณะที่เครื่องยนต์ทำงานอยู่กับที่หรือที่ความเร็วต่ำ เนื่องจากวาล์วไม่สามารถปิดได้เร็วพอที่จะป้องกันไม่ให้ก๊าซบางส่วนไหลออกทางช่องรับอากาศได้ ก๊าซไอเสียที่ร้อนจัดจะไหลออกทางท่อไอเสีย ที่มีเสียง สะท้อน
วาล์วไอดีโดยทั่วไปจะเป็นวาล์วรีด รูปแบบที่พบได้บ่อยที่สุดสองแบบคือ วาล์วรูปดอกเดซี่ และวาล์วแบบตะแกรงสี่เหลี่ยม วาล์วรูปดอกเดซี่ประกอบด้วยแผ่นวัสดุบางๆ ทำหน้าที่เป็นรีด โดยตัดเป็นรูปทรงดอกเดซี่ที่ออกแบบมาอย่างมีสไตล์ โดยมี "กลีบ" ที่กว้างออกไปทางปลาย แต่ละ "กลีบ" ปิดรูไอดีทรงกลมที่ปลาย วาล์วรูปดอกเดซี่จะยึดติดกับท่อร่วมไอดีโดยยึดผ่านตรงกลาง แม้ว่าจะสร้างได้ง่ายกว่าในขนาดเล็ก แต่ก็มีประสิทธิภาพน้อยกว่าวาล์วแบบตะแกรง
ความถี่ของจังหวะการทำงานขึ้นอยู่กับความยาวของเครื่องยนต์เป็นหลัก สำหรับเครื่องยนต์ขนาดเล็กแบบจำลอง ความถี่อาจอยู่ที่ประมาณ 250 พัลส์ต่อวินาที ในขณะที่เครื่องยนต์ขนาดใหญ่ เช่น เครื่องยนต์ที่ใช้ในระเบิดบิน V-1 ของเยอรมัน ความถี่จะใกล้เคียงกับ 45 พัลส์ต่อวินาที เสียงความถี่ต่ำที่เกิดขึ้นทำให้ขีปนาวุธเหล่านี้ได้รับฉายาว่า "ระเบิดเสียงหึ่ง"
การออกแบบที่ไม่มีวาล์ว
เครื่องยนต์พัลส์เจ็ทแบบไร้วาล์วไม่มีชิ้นส่วนเคลื่อนที่ และใช้เพียงรูปทรงเรขาคณิตในการควบคุมการไหลของไอเสียออกจากเครื่องยนต์ เครื่องยนต์พัลส์เจ็ทแบบไร้วาล์วจะปล่อยไอเสียออกทั้งทางท่อไอดีและท่อไอเสีย แต่แรงส่วนใหญ่จะออกจากเครื่องยนต์ผ่านทางท่อไอเสียที่มีหน้าตัดกว้างกว่า มวลที่มากกว่าที่ออกจากท่อไอเสียที่มีหน้าตัดกว้างกว่าจะมีแรงเฉื่อยมากกว่าการไหลย้อนกลับออกจากท่อไอดี ทำให้เกิดสุญญากาศบางส่วนในช่วงเวลาสั้นๆ หลังจากการระเบิดแต่ละครั้ง ซึ่งจะทำให้การไหลของไอดีกลับทิศทางไปในทิศทางที่ถูกต้อง และดูดอากาศและเชื้อเพลิงเข้าไปมากขึ้น กระบวนการนี้เกิดขึ้นหลายสิบครั้งต่อวินาที
เครื่องยนต์พัลส์เจ็ทแบบไร้ลิ้นทำงานบนหลักการเดียวกับเครื่องยนต์พัลส์เจ็ทแบบมีลิ้น แต่ "ลิ้น" ในที่นี้คือรูปทรงเรขาคณิตของเครื่องยนต์ เชื้อเพลิงในรูปของก๊าซหรือ ละออง ของเหลวจะถูกผสมกับอากาศในท่อไอดีหรือฉีดเข้าไปในห้องเผาไหม้ โดยตรง การสตาร์ทเครื่องยนต์โดยปกติแล้วต้องใช้ลมเป่าและแหล่งกำเนิดประกายไฟ เช่น หัวเทียน เพื่อผสมเชื้อเพลิงกับอากาศ แต่ด้วยการออกแบบเครื่องยนต์สมัยใหม่ แทบทุกแบบสามารถทำให้สตาร์ทได้เองโดยการป้อนเชื้อเพลิงและประกายไฟ ทำให้เครื่องยนต์สตาร์ทได้โดยไม่ต้องใช้ลมอัด เมื่อเครื่องยนต์ทำงานแล้ว ก็ต้องการเพียงเชื้อเพลิงเพิ่มเติมเพื่อรักษาวงจรการเผาไหม้ที่ต่อเนื่อง
วัฏจักรการเผาไหม้ประกอบด้วยห้าหรือหกขั้นตอน ขึ้นอยู่กับเครื่องยนต์ ได้แก่ การดูดอากาศ การอัด การฉีดเชื้อเพลิง (ถ้ามี) การจุดระเบิด การเผาไหม้ และการระบายไอเสีย
เริ่มต้นจากการจุดระเบิดภายในห้องเผาไหม้ ความดันสูงจะเกิดขึ้นจากการเผาไหม้ของส่วนผสมเชื้อเพลิงและอากาศ
แรงเฉื่อยของการไหลของก๊าซนี้ทำให้เครื่องยนต์สร้างแรงขับ ซึ่งแรงนี้ถูกนำไปใช้ในการขับเคลื่อนลำตัวเครื่องบินหรือใบพัด แรงเฉื่อยของก๊าซไอเสียที่เคลื่อนที่ทำให้ความดันในห้องเผาไหม้ลดลง ความดันนี้ต่ำกว่าความดันขาเข้า (ก่อนถึงวาล์วทางเดียว) ดังนั้นระยะการดูดของวัฏจักรจึงเริ่มต้นขึ้น
ในเครื่องยนต์ไอพ่นแบบพัลส์ที่ง่ายที่สุด การดูดอากาศจะใช้ท่อเวนทูรีซึ่งทำให้เชื้อเพลิงถูกดูดจากแหล่งจ่ายเชื้อเพลิง ในเครื่องยนต์ที่ซับซ้อนกว่านั้น เชื้อเพลิงอาจถูกฉีดเข้าไปในห้องเผาไหม้โดยตรง เมื่ออยู่ในช่วงการดูด เชื้อเพลิงในรูปละอองจะถูกฉีดเข้าไปในห้องเผาไหม้เพื่อเติมเต็มสุญญากาศที่เกิดจากการลุกไหม้ของลูกไฟก่อนหน้า เชื้อเพลิงในรูปละอองจะพยายามเติมเต็มท่อทั้งหมดรวมถึงท่อไอเสีย สิ่งนี้ทำให้เชื้อเพลิงในรูปละอองที่ด้านหลังของห้องเผาไหม้ "วาบไฟ" เมื่อสัมผัสกับก๊าซร้อนของคอลัมน์ก๊าซก่อนหน้า การวาบไฟที่เกิดขึ้นนี้จะ "กระแทก" วาล์วรีดให้ปิด หรือในกรณีของการออกแบบที่ไม่มีวาล์ว จะหยุดการไหลของเชื้อเพลิงจนกว่าจะเกิดสุญญากาศและวงจรจะเริ่มต้นใหม่
เครื่องยนต์เจ็ทแบบไร้ลิ้นวาล์วมีหลายรูปทรงและขนาด โดยแต่ละแบบจะเหมาะกับการใช้งานที่แตกต่างกันไป โดยทั่วไปแล้ว เครื่องยนต์ไร้ลิ้นวาล์วจะมีท่อไอดีหนึ่งท่อหรือมากกว่านั้น ส่วนห้องเผาไหม้ และส่วนท่อไอเสียหนึ่งท่อหรือมากกว่านั้น
ท่อดูดอากาศทำหน้าที่ดูดอากาศเข้าไปผสมกับเชื้อเพลิงเพื่อเผาไหม้ และยังควบคุมการระบายก๊าซไอเสียเหมือนวาล์ว โดยจำกัดการไหลแต่ไม่ได้หยุดการไหลโดยสิ้นเชิง ในขณะที่ส่วนผสมของเชื้อเพลิงและอากาศกำลังเผาไหม้ ก๊าซที่ขยายตัวส่วนใหญ่จะถูกดันออกทางท่อไอเสียของเครื่องยนต์ เนื่องจากท่อดูดอากาศยังระบายก๊าซออกในระหว่างรอบการทำงานของเครื่องยนต์ด้วย เครื่องยนต์ที่ไม่มีวาล์วส่วนใหญ่จึงมีท่อดูดอากาศหันไปด้านหลัง เพื่อให้แรงขับที่เกิดขึ้นไปเสริมแรงขับโดยรวม แทนที่จะลดลง
การเผาไหม้ก่อให้เกิดคลื่นความดันสองระลอก ระลอกหนึ่งเคลื่อนที่ไปตามท่อไอเสียที่ยาวกว่า และอีกระลอกหนึ่งเคลื่อนที่ไปตามท่อไอดีที่สั้นกว่า การปรับแต่งระบบอย่างเหมาะสม (โดยการออกแบบขนาดของเครื่องยนต์ให้ถูกต้อง) จะทำให้เกิดกระบวนการเผาไหม้แบบเรโซแนนซ์ได้
เครื่องยนต์ไร้ลิ้นที่ออกแบบมาอย่างเหมาะสมจะทำงานได้ดีเยี่ยมในการบิน เนื่องจากไม่มีลิ้น และแรงดันอากาศจากการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงจะไม่ทำให้เครื่องยนต์หยุดทำงานเหมือนเครื่องยนต์ที่มีลิ้น เครื่องยนต์ไร้ลิ้นสามารถทำความเร็วสูงสุดได้สูงกว่า โดยบางรุ่นที่ออกแบบมาขั้นสูงสามารถทำงานได้ที่ความเร็ว Mach 0.7 หรืออาจสูงกว่านั้น
ข้อดีของเครื่องยนต์ไอพ่นแบบพัลส์ไอพ่นชนิดอะคูสติกคือความเรียบง่าย เนื่องจากไม่มีชิ้นส่วนเคลื่อนที่ที่อาจสึกหรอ จึงบำรุงรักษาง่ายกว่าและสร้างได้ง่ายกว่า
โรตารี
เจ็ทพัลส์แบบหมุนประกอบด้วยล้อหมุนที่มีเจ็ทพัลส์หลายตัวติดอยู่กับโรเตอร์ วาล์วเชื้อเพลิงจะปิด/เปิดและจุดระเบิดทุกครั้งที่หมุนซึ่งขับเคลื่อนเพลา[ 15 ]
แอปพลิเคชัน
ปัจจุบันมีการใช้พัลส์เจ็ตในเครื่องบินโดรนเป้าหมายเครื่องบินจำลองแบบควบคุมด้วยสาย (รวมถึงเครื่องบินบังคับวิทยุ) เครื่องกำเนิดหมอก[ 16 ]และอุปกรณ์อบแห้งทางอุตสาหกรรม[ 17 ]และอุปกรณ์ทำความร้อนในบ้าน เนื่องจากพัลส์เจ็ตเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพและเรียบง่ายในการแปลงเชื้อเพลิงเป็นความร้อน นักทดลองจึงนำไปใช้ในงานอุตสาหกรรมใหม่ๆ เช่น การแปลง เชื้อเพลิงชีวมวลและระบบหม้อไอน้ำและเครื่องทำความร้อน
ข้อเสนอแนะในการปรับปรุง
นักทดลองบางกลุ่มยังคงทำงานเพื่อปรับปรุงการออกแบบต่อไป เครื่องยนต์เหล่านี้ยากที่จะนำไปติดตั้งในเครื่องบินโดยสารที่มีคนขับ เนื่องจากเสียงดังและการสั่นสะเทือน แม้ว่าจะทำงานได้ดีเยี่ยมในยานพาหนะไร้คนขับขนาดเล็กก็ตาม
เครื่องยนต์ระเบิดแบบพัลส์ (PDE) ถือเป็นแนวทางใหม่ในการพัฒนาเครื่องยนต์เจ็ทแบบไม่ต่อเนื่อง และมีแนวโน้มว่าจะประหยัดเชื้อเพลิงได้ดีกว่า เครื่องยนต์เจ็ท แบบเทอร์โบแฟนโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ความเร็วสูงมากบริษัท Pratt & WhitneyและGeneral Electricกำลังดำเนินโครงการวิจัย PDE อย่างจริงจัง โครงการวิจัย PDE ส่วนใหญ่ใช้เครื่องยนต์เจ็ทแบบพัลส์เพื่อทดสอบแนวคิดในช่วงเริ่มต้นของขั้นตอนการออกแบบ
โบอิ้งมีเทคโนโลยีเครื่องยนต์พัลส์เจ็ทที่เป็นกรรมสิทธิ์เรียกว่าPulse Ejector Thrust Augmentor (PETA) ซึ่งเสนอให้ใช้เครื่องยนต์พัลส์เจ็ทสำหรับการยกตัวในแนวดิ่งในเครื่องบินVTOL ทางทหารและเชิงพาณิชย์ [ 18 ]
ดูเพิ่มเติม
อ่านเพิ่มเติม
- วารสารวิศวกรรมการบิน , สถาบันวิทยาศาสตร์การบิน (สหรัฐอเมริกา): 1948, เล่มที่ 7.
- George Mindling, Robert Bolton: ขีปนาวุธทางยุทธวิธีของกองทัพอากาศสหรัฐฯ: 1949–1969: ผู้บุกเบิก , Lulu.com, 200: ISBN 0-557-00029-7หน้า 6–31
- โคคุ กิจุสึ โนะ เซนโบ 1953
- เอกสารทางเทคนิคหมายเลข Pr.4 "โครงการปลาหมึก" เรื่อง "ระบบขับเคลื่อนแอโรเรโซเนเตอร์ของระเบิดบิน V-1" โดย วิศวกร กุนเธอร์ ดีดริช แปลโดย เอ. คาฮาเม 30 มิถุนายน 1948
ลิงก์ภายนอก
- pulse-jets.com: เว็บไซต์ระดับนานาชาติที่อุทิศให้กับเครื่องยนต์ไอพ่นแบบพัลส์ รวมถึงการออกแบบและการทดลอง มีฟอรัมที่คึกคักมากซึ่งประกอบด้วยผู้เชี่ยวชาญที่มีความรู้มากมาย
- วิดีโอการทดสอบเครื่องยนต์พัลส์เจ็ท Argus As 014 ที่สร้างขึ้นใหม่ในศตวรรษที่ 21 โดยประเทศเยอรมนี
- เครื่องยนต์ไอพ่นแบบพัลส์ในโมเดลเครื่องบิน
- สมาคมเฮลิคอปเตอร์ยอดนิยม (Popular Rotorcraft Association) เก็บถาวรเมื่อวันที่ 7 กุมภาพันธ์ 2011 ที่Wayback Machine
- จักรยานพัลส์เจ็ท
- กลุ่มแสดงหุ่นยนต์แนววันสิ้นโลก Survival Research Labs ใช้เครื่องยนต์พัลส์เจ็ทหลายแบบในสิ่งประดิษฐ์ของพวกเขา รวมถึงเรือโฮเวอร์คราฟต์ V1 และพายุเพลิงเพลิง
- บทความของ PETA (Pulse-Ejector-Thrust-Augmentors) ถูกเก็บถาวรไว้เมื่อวันที่ 12 ตุลาคม 2012 ในWayback Machine
- พัลส์เจ็ทของราโมน คาซาโนวา
- เที่ยวบินเฮลิคอปเตอร์อเมริกัน XA-5
- เครื่องยนต์เจ็ทแบบพัลส์สามารถนำมาใช้กับจักรยานเพื่อขับเคลื่อนด้วยความเร็วสูงโดยใช้ท่อรูปตัวยู
- การออกแบบระบบพัลส์เจ็ทและการกำหนดค่าพัลส์เจ็ทแบบไร้วาล์ว
- พฤติกรรมการปฏิสัมพันธ์ของเครื่องยนต์พัลส์เจ็ท
- การประเมินเชิงทฤษฎีและเชิงทดลองของเครื่องยนต์เจ็ทพัลส์
- กองทัพอากาศสหรัฐฯ ให้ทุนสนับสนุนการพัฒนาเครื่องล่อเป้าทางอากาศที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์พัลส์เจ็ท
สรุปเนื้อหา
ข้อมูลสำคัญจากบทความ
ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ พัลส์เจ็ท
เครื่องยนต์ พัลส์เจ็ท (หรือ พัลส์เจ็ท ) เป็น เครื่องยนต์เจ็ท ชนิดหนึ่งที่การเผาไหม้เกิดขึ้นเป็น จังหวะ เครื่องยนต์พัลส์เจ็ทสามารถสร้างได้โดยมี ชิ้นส่วนเคลื่อนที่ น้อย [ 1 ]...
ประวัติศาสตร์
นิโคไล อาฟานาซิเยวิช เทเลชอฟ นักประดิษฐ์ชาวรัสเซียและอดีตนายทหารปืนใหญ่ ได้จดสิทธิบัตรเครื่องยนต์ไอพ่นไอน้ำในปี 1867 ขณะที่ มาร์ติน ไวเบิร์ก นักประดิษฐ์ชาวสวีเดน ก็อ้างว่าตนเองเป็นผู้ประดิษฐ์เครื่องยนต์ไอพ่นไอน้ำเครื่องแรกในสวีเดนเช่นกัน แต่รายละเอียดไม่ชัดเจน
อาร์กัส เอเอส 109-014
ในปี พ.ศ. 2477 Georg Hans Madelung และ Paul Schmidt ซึ่งประจำอยู่ที่มิวนิก ได้เสนอ "ระเบิดบิน" ที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์พัลส์เจ็ทของ Schmidt ให้กับ กระทรวงการบิน ของเยอรมนี ต้นแบบระเบิดของ Schmidt ถูกกระทรวงการบินของเยอรมนีปฏิเสธ...
คลื่น
ในปี 2024 บริษัท Wave Engine Corporation ซึ่งเป็นบริษัทที่แยกตัวออกมาจากมหาวิทยาลัยแมริแลนด์ ได้ส่งมอบเครื่องยนต์ J-1 จำนวน 4 เครื่องให้กับลูกค้า เครื่องยนต์ J-1 เป็นเครื่องยนต์พัลส์เจ็ทที่ควบคุมด้วยระบบดิจิทัลสำหรับใช้ใน ยานบินไร้คนขับ (UAV) [ 13 ]