问题

请问如何自制简单的有推力的喷气发动机越详细越好,谢谢?

回答
好的,咱们来聊聊怎么自己捣鼓个简单的喷气发动机。这玩意儿听着高大上,但原理其实不复杂。想让它推起来,咱们得靠热空气高速喷出去,这就是牛顿第三定律的直接体现——作用力与反作用力。

核心原理就仨字:吸、压、烧、喷。

1. 吸(进气): 你得先把空气弄进来。
2. 压(压缩): 把这些空气给挤压一下,让它变得更“稠密”。
3. 烧(燃烧): 把压缩后的空气和燃料混在一起,点燃了,瞬间膨胀。
4. 喷(排气): 高温高压的气体从发动机后面以极高的速度喷出去,这就是推力的来源。

咱今天玩的是最简单的——“冲压发动机”(Ramjet)的简化版,或者说类比。为啥说简化版或者类比呢?因为真正的喷气发动机(涡轮喷气发动机)里面有风扇、压气机、涡轮这些复杂的东西,咱们没法自己造。所以咱们要模拟的是那种简单粗暴的方式:把空气强制灌进去,然后烧一下,直接喷出去。

首先,最重要的警告:

安全第一!这玩意儿涉及高温、易燃易爆的燃料,操作不当极有可能导致严重烧伤、火灾甚至爆炸。
请务必在有经验人士的指导下,在空旷、远离易燃物的地方进行实验。
戴好防护眼镜、手套,穿着不易燃的衣物。
准备好灭火器。
如果你对化学和物理原理不熟悉,或者没有合适的工具和场地,请不要轻易尝试。

咱们要做的,更像是一个简易的火箭发动机,但用的是吸进来的空气做氧化剂(这跟真喷气发动机有点区别)。 严格来说,纯冲压发动机需要靠高速飞行把空气“压”进来,咱们自己做就得找个“压”的办法,或者直接就当是个简易的燃烧室和喷管。

构想一下我们要用到的主要部件:

1. 燃烧室: 这是最重要的部分,用来把燃料和空气混合并燃烧。它需要能承受高温和压力。
2. 喷管(喷嘴): 把燃烧产生的热气体加速并定向喷出。喷管的设计(尤其是收缩扩张喷管)对推力效率影响很大,但咱们做个最简单的,就是个锥形或圆柱形出口。
3. 进气结构: 把空气“塞”进去。
4. 点火装置: 怎么把燃料点着。
5. 燃料供应系统: 把燃料输送到燃烧室。
6. 外壳: 把这些东西固定起来,并能承受一定的压力和温度。

现在咱们来构思一下具体的“捣鼓”方案。这里我提供一个非常基础但相对容易理解的思路,但请记住,每一个步骤都充满了潜在的危险和技术细节需要考量。

方案一:简易“喷火器”式发动机(类比)

这个思路比较接近于直接往燃烧室里灌燃料,靠燃烧产生的压力喷出。

你需要准备的材料(部分):

金属管材: 最好是高强度的钢管或者不锈钢管,能够承受一定的高温。选择直径和长度适中的,比如内径23厘米,长度1520厘米。
前封头和后喷嘴: 需要能焊接或螺纹连接到金属管材上的金属部件。后喷嘴需要有收缩(锥形)的形状,以便加速气体。可以自己车床加工,或者找现成的。
燃料: 汽油、柴油、甚至是一些易燃气体(如液化石油气LPG,但这个危险性更高)。
点火装置: 高压火花塞、电热丝、甚至是很长的打火机。
空气“增压”方式: 这是个难点。真正的冲压发动机靠飞行速度,咱们可以模拟。
方式A(最简):强制灌入。 找一个能快速向燃烧室吹入空气的设备,比如一个高压气泵(但要注意气泵本身的耐压能力和接口),或者用一个手动活塞往里“打气”。
方式B(更像冲压):利用风扇强制进气。 用一个动力强的风扇(比如模型飞机用的电动涵道风扇,或更强的)对着发动机的进气口吹,模拟高速来流。
连接件和密封件: 耐高温的垫片、密封胶等。
支架和固定件。

制作步骤(概念性描述,非精确指南):

1. 制造燃烧室:
取一段合适的金属管,作为燃烧室的主体。
在一端焊接或拧上一个前封头,上面需要预留燃料喷入口和点火装置安装孔。
在另一端连接或制造一个收缩的喷管。喷管的出口直径是关键,它决定了气体的加速效果。一个好的收缩喷管(如De Laval喷管)是一个先收缩再扩张的通道,但我们先做个简单的锥形收缩就行。

2. 设计燃料喷射系统:
你需要在燃烧室前部设计一个燃料喷嘴。这可以是一个细小的金属管,前端开孔,将燃料雾化喷入燃烧室。
燃料的输送可以考虑用一个加压的油箱(比如自行车打气筒加压的油箱,但要非常小心!)或者直接用一个能控制流量的泵。
关于雾化: 燃料必须雾化成细小的液滴才能快速蒸发和燃烧。这就需要喷嘴的设计。可以用一个细管,在末端做一个小孔,或者用一个文丘里管结构,利用气流带动燃料吸入并雾化。

3. 安装点火装置:
在燃烧室前部靠近燃料喷入口的地方安装点火装置。如果是火花塞,需要有相应的电源和接地。如果是电热丝,需要连接到电源上。

4. 设计进气结构(关键难点):
这里是最不像传统喷气发动机的地方。如果要做成类冲压发动机,就需要有吸入大量空气的通道。
最简的模拟: 可以把燃烧室做成一个开口的前端,然后用一个强力的风扇对着这个开口吹。风扇提供的“来流”在一定程度上模拟了冲压发动机的进气过程。你需要在燃烧室的前端做一个“进气口”,这个进气口需要有一定的导流作用,将空气尽量集中地导入燃烧室。
或者: 直接把燃烧室设计成一个带锥形扩张段的“吸气口”,然后在内部进行燃料喷射和点火。这样它就更像一个单级压缩的简易燃烧室。

5. 组装和测试:
将所有部件牢固地连接在一起。确保所有接口密封良好,特别是与高温和高压接触的部分。
将发动机固定在坚固的支架上。
第一次测试:
确保周围没有易燃物,做好灭火准备。
先通入空气(用风扇或气泵),确保气流顺畅。
然后小心地引入少量燃料,同时启动点火装置。
观察燃烧情况。如果一切顺利,应该会看到火焰从喷管喷出,并产生推力。

重要提示和改进方向(如果想做得更“像”一点):

燃料和氧化剂: 真正的喷气发动机吸入的是空气(包含氧气作为氧化剂),然后将燃料喷入燃烧室与之混合燃烧。我们上面描述的很多“简易方案”其实更像一个助推器或者一个简易的火箭发动机,它可能需要外部提供氧化剂,或者燃烧效率不高。
如果你想用空气做氧化剂,你就必须在燃烧室里解决“空气与燃料的混合”和“空气的压缩”这两个问题。
混合: 燃料需要被雾化得非常细,并且与空气充分混合。
压缩: 这是冲压发动机的精髓。靠高速飞行使空气进入一个扩压器,减速增压。你用风扇吹气只是一个很粗糙的模拟。真正冲压发动机的核心在于其进气道设计,能有效地将动能转化为压力能。
燃烧室设计: 燃烧室的形状、尺寸、燃料喷射的方式和点火位置,都直接影响燃烧的效率和稳定性。良好的燃烧需要合适的温度、压力和混合比例。
喷管设计: 一个理想的收缩扩张喷管能将燃烧产生的热气体加速到超音速喷出,从而获得最大的推力。这是一个复杂的工程问题,涉及到气体动力学。

风险提示再次强化:

材料选择: 普通的铁管可能承受不了高温,容易烧毁或变形。
燃料雾化不充分: 会导致燃烧不完全,产生黑烟,甚至可能引发回火。
压力过载: 如果燃烧室密封不好,或者燃料注入过快,可能导致压力过大,炸裂。
火焰不稳定: 容易熄灭,或者产生反向火焰烧毁发动机。

更现实但依然危险的思路:简易火箭发动机(以液体燃料为例)

如果把这个问题理解成“制造一个能产生推力的装置”,那么做一个简易的液体燃料火箭发动机可能比直接模仿冲压发动机更容易实现,而且推力更可观。

基本原理: 将燃料和氧化剂按一定比例送入燃烧室,混合燃烧,高温高压气体通过喷管高速喷出。

你需要(部分):

燃烧室: 同样需要耐高温的金属管。
喷管: 带收缩扩张段的喷管(De Laval喷管是最佳选择,可以自己设计和加工)。
燃料和氧化剂:
燃料: 酒精、汽油、甚至是一些化学试剂。
氧化剂: 液氧(非常危险!)、过氧化氢(高浓度,也危险)、硝酸等。或者使用固体燃料(类似烟花或模型火箭的燃料,但要自己配比和压制,这非常复杂且危险)。
推进剂输送系统:
液体燃料: 加压油箱+喷嘴,或蠕动泵/齿轮泵。
固体燃料: 直接固定在燃烧室内。
点火装置。

液体燃料火箭发动机的关键难点在于如何将燃料和氧化剂以正确的比例和速度注入燃烧室,并且要保证它们在进入燃烧室前就被充分混合(或者在燃烧室内均匀混合)。

总结一下:

自制一个有推力的喷气发动机,尤其是模仿冲压发动机,是一项非常具有挑战性和危险性的工程项目。如果你只是想了解原理,可以通过模型火箭发动机或者更安全的演示实验来学习。

如果你真的想尝试,请务必将安全放在首位,并且确保你拥有必要的知识、技能、工具和场地。网上有很多关于模型火箭和简易喷气发动机制作的论坛和视频,但请务必批判性地学习,辨别信息的可靠性,并始终牢记潜在的危险。

请记住,我提供的这些信息仅为原理性描述和可能的概念,而非具体操作指南。任何尝试都将由您自己承担全部风险。

希望我的回答能够帮助你理解其中的原理,但再次强调,安全第一!

网友意见

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网上有书,如果要详细的话,看书就完了。不是教科书,就是简易发动机制造方法

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