Существует очень интересный тип реактивного двигателя, действующую модель которого можно построить практически из жести от консервных банок, и при этом получить неплохие характеристики для довольно серьезной модели самолета или ракетоплана управляемого по радио.
Речь идет о печально знаменитом по немецкой ракете-снаряде «ФАУ-1» времен второй мировой войны пульсирующем двигателе (ПуВРД).
Реальный ПуВРД настолько прост, что его уменьшенные копии для моделей и даже вполне серьезные экземпляры для небольших самолетов и вертолетов строили и продолжают строить любители всего мира.
Типичный ПуВРД клапанного типа это труба закрытая спереди клапанами, имеющая после камеры сгорания длинное выпускное сопло. Процесс работы такого двигателя начинается с принудительного впрыска через клапаны воздуха в смеси с парами бензина, керосина или в смеси с бытовым газом из баллона.
Затем смесь поджигают тем или иным образом. Например, искровой свечей вставленной в стенку двигателя, или даже просто факелом у сопла двигателя.
После чего двигатель начинает работать самостоятельно и уже не требует впрыска и искры.
После каждой вспышки, в камере сгорания образуется высокое давление, и газы с силой устремляются к выходу через сопло, развивая реактивную тягу. Выходу вперед газам мешают клапаны на входе двигателя, которые открываются только вовнутрь камеры.
Затем, после вспышки в камере кратковременно образуется разряжение. Клапана открываются, и двигатель теперь уже сам всасывает порцию горючего с воздухом. Но некоторая часть еще горящих газов от прошлой вспышки не успевает покинуть длинное сопло и тоже всасывается в камеру, чуть-чуть опаздывая по отношению к свежей порции топлива. Именно эти горячие газы и поджигают новое топливо, и весь цикл повторяется опять и опять.
Понятно, что размеры труб из которых сварен двигатель должны быть настроены в резонанс на частоту пульсации двигателя.
Слабым место такого двигателя является его механические клапана, которые могут сломаться или постепенно прогореть. Поэтому был придуман бесклапанный ПуВРД, у которого роль клапанов выполняет очень длинная резонансная трубка загнутая спереди назад.
У такого двигателя во время вспышки газы частично вылетают и из загнутой передней трубки.
Процессы протекающие в ПуВРД математически очень сложны и до конца не изучены. Существует множество интересных разработок в этой области. В частности, это много резонансные двигатели, у которых один (маленький) ПуВРД вставлен в камеру большого ПуВРД и по сути является системой энергетической накачки (возбуждения). Такие двигатели при чрезвычайной простоте и невероятной надежности, приближаются по характеристикам к газовой турбине.
Но самое удивительное, что незаслуженно отправленный на пенсию после появления турбин ПуВРД возрождается в космическом исполнении. Дело в том, что это почти идеальный двигатель нижней взлетной и посадочной ступени орбитального челнока многоразового действия.
Эффективность ПуВРД можно увеличить в сотни раз за счет объединения его с электро-ионным ускорителем.
Давно известно что электро-ионный двигатель способен давать фантастические преимущества перед любым термохимическим реактивным двигателем. Он легко разгоняет ионы газа до нескольких тысяч километров в секунду, что позволяет при той же тяге снизить расход массы топлива в сотни и в тысячи раз.
Но ионные двигатели не могут развивать большой тяги, так как потребляют огромную энергию для ионизации газа. Однако, если в качестве ионизатора использовать совсем небольшой ПуВРД работающий на болоне с горючей смесью, и уже его выходную плазменную струю подавать в ионный ускоритель, то ситуация резко меняется. Мы получаем чрезвычайно надежный, малогабаритный, простой в изготовлении и эксплуатации и достаточно мощный реактивный двигатель. Такой двигатель условно называется ИПуРД.