Двигатель без турбин и поршней: как работает шумный и простой ПуВРД

Несмотря на почтенный возраст, в авиации ПуВРД — вечная экзотика. Он не вымер, но и не покорил небеса. Его царство сегодня — это скоростные модели да беспилотники. Почему так? Ответ кроется в его сути.

Внешне он похож на обычный реактивный двигатель: спереди воздухозаборник, сзади — сопло. Но зажгите его, и из сопла вырвется огромный хвост пламени, а вместо рёва турбины вы услышите прерывистый, навязчивый треск. Именно этот звук наводил ужас на лондонцев во время Второй мировой — так жужжали немецкие крылатые снаряды «Фау-1». Кстати, это был единственный в истории случай массового применения ПуВРД на полноразмерных летательных аппаратах. Довольно мрачное наследие, согласитесь.

Магия простоты: как это работает?

Устройство до безобразия простое. Передняя часть — это отверстие-диффузор. За ним — камера сгорания со свечами и форсунками. А дальше — длинная труба-сопло. Вот, собственно, и всё. Как же эта примитивная конструкция создаёт тягу?

Давайте по шагам. Сделайте глубокий вдох. Это поможет настроиться на цикл, который повторяется десятки раз в секунду.

Всё начинается с искры. В камеру подаётся топливо, свеча поджигает смесь. Происходит мини-взрыв. Газы резко расширяются, давление взлетает. Первым делом оно захлопывает обратные клапаны на топливных форсунках — подача горючего прекращается.

Куда же деваться раскалённым газам? Они с силой выталкиваются через единственный свободный выход — длинное сопло. Это и есть реактивный импульс, который толкает аппарат вперёд.

«Стоп! — скажете вы. — Почему газы не вырвутся обратно через воздухозаборник?» А там стоит хитрая решётка с лепестками. Когда нужно вдохнуть воздух — лепестки открываются. А когда давление пытается вытолкнуть газы наружу — они захлопываются, как дверь на сильном сквозняке. Элегантно и без электроники.

Теперь самое интересное. Когда газы с рёвом покидают сопло, в опустевшей камере возникает разрежение. Давление падает ниже атмосферного. И что происходит? Клапаны снова открываются, всасывая свежую порцию воздуха и топлива! Цикл повторяется. Снова искра, взрыв, выхлоп. И так десятки раз в секунду, создавая то самое пульсирующее жужжание.

Самое удивительное, что после нескольких таких циклов камера раскаляется докрасна. Свечи становятся не нужны — топливо вспыхивает само, едва коснувшись раскалённых стенок. Двигатель входит в режим автоколебаний и работает, пока есть горючее. Простота, граничащая с гениальностью, не правда ли?

Вечный аутсайдер с потенциалом

Прошло уже больше 160 лет с тех пор, как француз Шарль де Луврье и русский инженер Николай Телешов независимо друг от друга изобрели этот двигатель. С тех пор авиаконструкторы периодически к нему возвращаются, но быстро отходят.

ПуВРД манит своей дешевизной и простотой. Это идеальный движок для «камикадзе» — одноразовых дронов или ракет. Но его убийственные недостатки — чудовищный шум, сильнейшая вибрация и прожорливость — не позволяют использовать его в чём-то более серьёзном. КПД оставляет желать лучшего.

Но значит ли это, что ему никогда не найти свою нишу? Вовсе нет. Вспомните спираль Архимеда. Ей больше двух тысяч лет, но недавно её модифицировали, создав эффективную гидротурбину. Старые идеи иногда ждут своего часа и нового взгляда.

То же может случиться и с этим шумным, неэффективным, но невероятно простым двигателем. Он ждёт своего изобретателя, который найдёт способ обуздать его дикий нрав. Так что вычеркивать ПуВРД из истории техники рано. Он ещё может удивить.