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2008年3月17日 (月)

さらば ぐるぐる気化器

0079こだわっていた訳ではありませんが、他の方法がわからなかったので、ぐるぐる気化器を使おうと思ってましたが、ダメっぽかったので、やめました。
自分で言うのもなんですが、気化する気がしなかったんです・・・

そこで、「手作り模型エンジン工房」さんで、勉強した所長は、一般的な模型用ジェットエンジンの気化器とおんなじにしてみました。

新作!新型気化器
009300940096



ちょっと短めですが、なんだが気化しそうな気が・・・

Dsc08566新型気化器の素材は「韓国やきにく箸」
ハノイのスーパーで、28500ドンにて購入。
これで、日本円にして200円。

新型気化器製作過程
バイスに穴を開けて、アングル部分を削ります。
これを曲げ型にして曲げる!00830084
箸はステンレス製で、ちょっとやそっとじゃ曲らないので、オーソドックスに砂を詰めました。
上が砂が詰まってる箸。
ステンレスパイプを曲げるにはなかなか良い方法です。
(バイクのマフラーなんかも、こうやって曲げるそうです。)


00890090バーナーで熱しながら、チビチビ曲げます。
コツはあせらないことと、曲げ型の下側部分から徐々に曲げること。
曲げ型の上をいきなりあぶると、全然関係ない部分で曲ります。下側から、徐々に曲げ、曲げたい部分の根元が型に沿って曲ってきたら、最後に型より上の部分を熱して曲げる。
曲げの中心ばっかり熱して曲げると、曲げの外周側が、パカッと割れるので注意(割った)
そして、燃焼室に適当な穴を開けて取り付ければ完成!

ちんたら進化する自作ジェットエンジンですが、
いっこうに自立運転の報告ができませんねぇ・・・
一歩一歩進んでるんですがねぇ・・・
そろそろかなぁ・・・?

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コメント

グルグル気化器から新型気化器に変更了解です。私もこっちにしようかな。
ステンレスパイプ箸なんて優れもの?があるのですね。
曲げ方参考になります。

私の方はベアリングの問題は置いといてアルミ削り出しのディフューザーを作ろうと思っていますが、設計が・・・適当でいいかな・・・(^^;

投稿: ロックヒル | 2008年3月17日 (月) 午後 08時44分

ディフューザー設計の理屈ってどこかにあるんだろうか?所長は適当に作ってます。
FRPでいいんじゃないっ?

削り出しができる環境・・・
いいなぁ~

投稿: 所長 | 2008年3月17日 (月) 午後 11時06分

お邪魔します。
なかなか、意欲的なテーマだとは思います。が、苦言を呈するようで申し訳ないのですが、「ディフューザー設計の理屈」を知らないで、ジェット・エンジンを作ろうとしても、単なる火炎放射器しか作れないと思います。ご存知かも知れませんが、ジェット・エンジンは、この「ディフューザー」がないとまったく機能しません。よく勘違いされるのですが、ジェット・エンジン内部では燃料が燃焼しているのであり、爆発はしていません。
 で、エンジン内のもっとも圧力が高くなる部分は、コンプレッサ側ディフューザーの出口であり、他の部分ではありません。コンプレッサ・ローターにより運動エネルギーを与えられた流入空気は、ディフューザー内で減速されて、エネルギーを圧力に変換しています。またディフューザー内部で十分な減速を行わないと、燃焼器内の流速が速過ぎて、保炎が難しくなるなど、色々な影響が出てきます。逆に、タービン側ディフューザーは、燃焼によって得た熱エネルギー(=空気が膨張しようという圧力)を運動エネルギーに変換します。この辺の設計理論は、「Gas Turbine Engines for Model Aircraft」Kurt Schreckling著に(大雑把に)書かれていますので一読をお勧めします。
 また、「自作ジェット・エンジン」というと、燃料に灯油を使うことにこだわる人が多いのですが、当然液体燃料ですから、噴霧化もしくは気化させる必要があり、超小型のエンジンの場合、ノズルの関係から噴霧化はなかなか難しく、気化させる場合も、加熱の方法が難しいです。最初のうちは自立運転をさせるのが目標になりますし、要求される熱量も灯油を使わなければ達成できない訳ではありませんから、その辺のところを再考なさってはいかがでしょうか。なお、燃料がタービン部まで出てきて燃焼するのは、流入空気量に対して明らかに燃料量が過剰です。また、ジェットエンジンは、タービン入り口の温度制限により、流入空気の2/3は、冷却にしか使われません。(模型の場合は3/4が素通りです。)
 あと、テストする場合ですが、本格的にタービンが回転し始めれば、尋常ではない音が出ます。さらに模型エンジンの場合、アイドルでも毎分2万回転はします(というかそのぐらい回さないと推力が出ない)ので、万一、タービンが破損した場合、下手な手榴弾以上の速度で破片が飛び散ります。よく試運転と称して、室内で運転したり、アイドル運転以上の運転と称しながら、エンジンの真横から近づいて撮影したりした動画がアップされていますが、使う熱量からいっても、とても室内で回せるものではありませんし、タービン回転面に入るのは、はっきり言って自殺行為です。(まあ、これなの動画は撮影者は、お馬鹿さんか、フェイクの動画作家かのどちらかでしょうが。)くれぐれも、お気を付け下さい。

投稿: くり | 2008年4月20日 (日) 午後 01時39分

くりさん
するどいご指導ありがとうございます!
所長の目標は当然空に上げることですが、最近は目標が高すぎることに気づいており(気づくのが遅い?)まずは自立運転と思ってます。
しかーし、ここベトナムのハノイでは車のタービン等、必要な材料が手に入らないため、日本に帰国するまでは、制御系の完成を目指すのが関の山かもしれませんね。
こればっかりやっていると、飛行機を飛ばす時間もないし・・・
ジェットエンジンを作ろうと思っても、意外と情報が少なく、インターネットを探しているだけでは、できませんので、こうやって情報を提供してもらえると助かるんです!
(果報は寝て待て・・・)
まだまだ時間がかかりそうですが、のらりくらりと進めますので、よろしくお願いします!
ちなみに、室内でできるのは、火炎放射器の間だと思ってます。しかも、こんなこと日本の家でやったら家族に怒られるので、ハノイにいるうちですね・・・

投稿: 所長 | 2008年4月20日 (日) 午後 04時28分

 先にあげた、「Gas Turbine Engines for Model Aircraft」Kurt Schreckling著ですが、どうも版組みをした編集者が数式を扱った本に慣れていないせいかどうか知りませんが、圧縮率の変数Piが途中で円周率のπに化けていたりしていますので、数式を参照する場合は注意して下さい。ディフューザー設計の基本的なファクターは入り口と出口の断面積の比率です。
 で、改めて製造された2号機の写真を拝見したのですが(dsc08205_2.jpg dsc08217.jpg)…、これって、コンプレッサ側のディフューザーは付いてますが、タービン側にはディフューザーが付いていないんじゃないでしょか…^^;)。これでは、熱エネルギーをタービンの回転に変えることはまったくできません^^;;;)。コンプレッサ側とは逆に、入り口が大きく出口の狭い(静翼付きの)ディフューザーが必要なんですが…。

投稿: くり | 2008年4月20日 (日) 午後 07時04分

くりさん
ディフューザーってやっぱり出口にも必要なんですか?
圧縮機の外側が外気圧とおんなじでは、おかしいと思ってました。
NGVは排気を効率的な角度で吹き付けるものだと思っていましたが、あれは逆コンプレッサーの意味があるんですかね?
(いづれは、効率UPの為に、必要なものだとは思ってましたが・・・)

ところで、恥かきついでに教えてください。
私のディフューザーは、あれでよいのでしょうか?
自分では、全周に通気路があるよりも、半分くらいふさいでしまった方が、吸気スピードが上がり、効率が良くなるのではないかと思っていますが・・・
ディフューザーの厚さももっと薄いほうが良いのかな?
コンプレッサーのファンがちゃちいので、なかなか効率的とは思えませんがね。

投稿: 所長 | 2008年4月20日 (日) 午後 09時32分

>ディフューザーってやっぱり出口にも必要なんですか?
 正確には「ディフューザー」ではなく、タービン・ノズルもしくはタービン静翼(タービン・ステーター)部ですね。ディフューザーは言葉の乱用でした。ちなみにお作りになった「ディフューザー」(dsc07975.jpg)は、外周部分がディフューザーで、円盤面はコンプレッサー静翼部と呼ばれます。遠心式の場合はゴッチャにして共に「ディフューザー」と呼ぶ場合が多いですが。「ディフューザー」の本来の意味は、抑制の意味で、コンプレッサ・ローターにより乱れた旋回流になった空気を整流して、燃焼器に導くのが目的です。

>自分では、全周に通気路があるよりも、半分くらいふさいでしまった方が、吸気スピードが上がり、効率が良くなるのではないかと思っていますが・・・

 良く誤解される部分ですが、亜音速(=音速以下の速度)では先細ノズルに空気を流すと、流速は早くなり、圧力は逆に下がります。末広ノズルに流すと流速は遅くなり、逆に圧力は上がります。水は非圧縮性流体ですから、例えがまずいですが、ホースから水を遠くに飛ばす場合、先を押しつぶして細くしますよね。圧縮性流体の空気の場合は、このとき圧力も下がります。ラジコン用のレシプロ・エンジンでもキャブにこの原理が、ベンチェリ管として使われています。したがって、コンプレッサ側では、ローターにより得た流速を圧力に変換するために、必ず出口は入り口より広くなければなりません。流速そのものが圧力ではありません。
 タービン側は逆で、先が細くなったノズルを通して、燃焼によって得た膨張しようという圧力を流速に変換します。このとき圧力と共に温度も低下します。さらに先細ノズル中に静翼を設けて、ディフューザーとは逆にローター・シャフト周りの旋回流を作ります。

http://hpcgi3.nifty.com/rockhill/joy8/joyful.cgi?page:8=v

の 2007/11/28(Wed)にhottyさんが図面を載せていますが、タービンロータ前の翼が静翼(タービン・ステーター)です。が、図面を見る限りでは、これでもダメですね。燃焼器側の断面積>タービン側の断面積、となっている必要があります。
 また、燃焼器の写真などを拝見したのですが、コンプレッサ側の底面や外周側面の空気孔開口部と内周側の空気孔開口部との比率および位置などが、あまりよくないと思います。燃焼器内部、特に燃料ノズル付近は、ジェット・エンジン内部で最も流速の低い部分です。燃焼用の空気は内周側から取り入れると共に、一部はシャフトおよびベアリングの冷却のために振り分けます。外周から取り入れる空気は、ほぼ、冷却用(燃焼ガスの温度を800度以下に抑える、および外側ハウジングへの断熱)で、外周のタービン側に集中して設ける必要があります。特に、バポライザー付近の温度は高くする必要がありますし(バポライザー自体の冷却は、燃料の気化により行われる)、燃料ノズル近辺の流速を下げる意味からも底面の空気孔は不要と思います。
 長くなりましたので、続きはまた後日。ご質問があれば、何なりとお尋ね下さい。

投稿: くり | 2008年4月21日 (月) 午前 10時19分

くりさん
いろいろと参考になります。
>半分くらいふさいでしまった方が
のところですが、誤解があるようです。
私が言いたかったのは、吸気ブレードがしょぼいので、ディフューザーの口を半分塞ぐことで、初期スピードが上がるかな?
ということです。
いくらできの良いディフューザーでも、あまりに吸気スピードが遅ければ、圧縮効果も無いでしょうから・・・

>燃焼器の写真などを拝見したのですが
のところは、どの写真をごらんになっているのでしょう?

構想がまとまったら、ディフューザー、燃焼器を作り直したいと思います。
まともなインペラも欲しいんですけどね・・・
それは、日本に帰国してからかなぁ・・・

投稿: 所長 | 2008年4月21日 (月) 午後 07時00分

 こんばんは。

>私が言いたかったのは、吸気ブレードがしょぼいので、ディフューザーの口を半分塞ぐことで、初期スピードが上がるかな?
ということです。

 吸気ブレードはdsc08029.jpgのことでしょうか? いやー、すごい力作で、「良くここまでできるなー」というのが、正直な感想です(しょぼいとは思えません)。問題はバランスと、ロウ付け部の強度だけだと思いますよ。で、ローターで加速された吸気は、全周に渡って噴出されますから、これをわざわざディフューザー側の通路をふさいで受け取らないのは、単なるロスになります。「初期スピード」とはコンプレッサー・ロータからの(ディフューザー入り口に対する)流入速度のことと思いますが、これは主にコンプレッサー・ロータの周速に依存します。計画されている定格タービン回転数から、ロータの周速を計算してみて下さい。少なくとも流入速度は、これより大きくなります。例えば、コンプレッサ・ロータ径が6cm、定格回転数が70,000rpmとすると、少なくとも流速は220m/sec程度にはなるはずです。

>>燃焼器の写真などを拝見したのですが
>のところは、どの写真をごらんになっているのでしょう?

 例えば、0080.jpgあたりです。現物を拝見していないので、多分に憶測が含まれますが、これはタービン側から見た写真で、奥がコンプレッサー側、燃料はタービン側からコイル状の気化器を通り加熱されながら進み、一番奥で、燃焼室内に噴射され燃焼する構造と思います。レシプロでもそうですが、この手の燃焼の火炎伝播速度は、(条件にもよりますが)大体20~25m/sec以下で、したがって、これ以上の流速で流入空気が燃焼器室内を流れると、火炎の伝播が追いつかず、(=火炎がノズル方向にさかのぼれず)いわゆる吹き消される(=保炎ができない)状態になります。保炎のためには、特にノズル周りの流速を抑える(=ノズル周りの流入空気量を最小限に抑える)必要があります。また、燃焼室形状ですが、ジェットエンジンの場合、ほぼ定圧燃焼で、加熱された分、空気は膨張して行きますから、ノズル近辺の燃焼器断面積は小さく、出口に向かって大きく取る必要が出てきます。この辺もhottyさんの図面はちょっとおかしな部分があります。(お作りになった燃焼器は、内周側が円錐状のようですので、この辺はOKと思います。

>まともなインペラも欲しいんですけどね・・・

 日本は、ターボ車が腐るほどあふれてますから、解体屋に行けば、適当なサイズのインペラが手に入ると思います。ただ問題は、インペラ前面のカーブに合わせて、うまく適合するハウジングを作る所ですが。メーカー製は、この辺アルミの薄板(プレスor絞り?)で作っているようですが、FRPで行けないこともないと思います。ちなみにKurt Schreckling氏の製作した、FD3/67LSのプロトタイプは、コンプレッサー・ローターは、掃除機などでよく見かけるレトロ・タイプと呼ばれるもので、材質は、なんとベニヤ(+炭素繊維補強)です。

投稿: くり | 2008年4月21日 (月) 午後 10時14分

くりさん
こんばんわ

燃焼室の穴ですが、ご指摘の0080.jpgの後に作った改良型があります。
http://endless-radicon.air-nifty.com/blog/2008/03/post_9373.html
ここの、こんなやつです
dsc08554.jpg
コンプレッサー側の底には穴を開けていません。
これをこつこつと改良していこうかと思いますが、方向性としては、いかがなものでしょうか?

投稿: 所長 | 2008年4月21日 (月) 午後 11時18分

 再び、こんばんは。

>コンプレッサー側の底には穴を開けていません。
これをこつこつと改良していこうかと思いますが、方向性としては、いかがなものでしょうか?

 もちろん、こちらでは具体的な寸法が分かりませんので確約は致しかねますが、方向性としてはOKと思います。ただし、燃焼用空気は、すべて内周側から(この方が流速が落ちると思います)にして、外周側の開口部は全て冷却用(=すなわちタービン側の一番径の大きい穴)のみにした方が良いかも知れません。また、タービン側のベアリングの保持方法ですが、この部分から、タービン静翼部が始まりますので、それらと一体構造にして、特にタービンとハウジング間のクリアランスがなるべく小さく、かつ正確に保たれるような構造を再考された方がよろしいかと思います。
 私自身は、ジェット・エンジンを実際に設計したこともなく、運転も、小さな発電用のガスタービンを運転したことがあるだけなのですが、大学時代の友達はIHIで、本物の開発・設計をやっています。聞くところによると、中々、机上の計算だけでは上手く行かず、実際にやってみるしかない場合も多いそうです。が、やっぱり基本的な理論は理解してからでないと上手く行くはずもありません。
 参考:Webで見つけた基本をハズした例。

http://plaza.rakuten.co.jp/terurich/
 外で燃焼しています。(たま々リンク先ですが^^; 多分フェイク作家でしょう。)

http://www.youtube.com/watch?v=AKNAp-hHUSI

 もお、お馬鹿としか言いようがありません。赤熱した色と温度の関係さえ知らないのでしょうか?おそらくタービンは900度近くまで熱せられています。内部の部品が溶けて出て来ています。
  

投稿: くり | 2008年4月22日 (火) 午前 12時58分

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