密閉容器爆炸後的負壓現象與無閥脈衝式噴射引擎

Jack為了設計一個無閥脈衝式噴射引擎 (Valveless Pulse-Jet)，做了一個簡單的實驗，來驗證一個有開口的密閉容器，在爆炸噴出熱空氣後，會產生一個負壓的現象，將外界新鮮的空氣再吸回密閉容器，以填充容器於爆炸後所遺留的的低密度的空間。

用一個洗髮精空瓶，將噴漆灌進去，先準備好一張浸濕的統一發票 (當然是沒對到中獎號碼的)，置於空瓶開口前方，發票後面又放了一片鐵片，避免發票被爆炸衝擊波吹走；然後，捲一張衛生紙成為長條型，點燃後，去引燃洗髮精空瓶內的噴漆，噴漆點燃噴出火舌後，會將前方的統一發票吸回來，塞住了瓶口，而此時空瓶因為吸不到足夠的空氣，呈現出內凹的現象，足以證明密閉容器爆炸後的負壓現象。

昨晚我們讀了半篇介紹無閥脈衝式噴射引擎的一篇論文，為了克服傳統脈衝式噴射引擎 (Schmidt type Pulse-Jet) 的諸多問題，包含：噪音、耐用性、壽命、效率-質能轉換率 (Energy-Mass Transfer Ratio) 等根本的問題，有一些研究人員提出一種革命性的設計，去除了脈衝式噴射引擎最關鍵的零件-閥門，利用油氣混合爆炸後所產生的負壓現象，自動從進氣口吸入足量的新鮮空氣，以進行下一回合的爆炸產生推力的循環。

有趣的是，幾乎所有無閥脈衝式噴射引擎的設計，它的進氣管(Intake Tube)直徑小而短，而排氣管(Exhaust Tube)直徑大而長。Jack提出來的問題是，位於底部的燃燒室 (Combustion Chamber) 爆炸後，急速膨脹的熱空氣應該會同時從進氣管與排氣管排出，但是爆炸後所產生的負壓現象，是否也會從進氣管與排氣管同時吸入空氣，這樣可能會中斷持續性的爆炸循環，造成效率不佳的問題。

半夜他躺在床上反覆思考這個問題睡不著，就來找人討論。一個管子細而短，另一個管子粗而長，爆炸後空氣分子會怎麼運動呢？

或許可以用巴斯卡的壓力原理來說明這個現象。細的管子面積小而壓力大，所以流速快；粗的管子面積大而壓力小，所以流速較慢。爆炸後，燃燒室內急速膨脹的熱空氣會同時從進氣管與排氣管噴出，進氣管噴出的氣流速度會比排氣管噴出的速度快很多。當燃燒室的熱空氣往外噴出產生負壓現象時，排氣管的熱空氣還未完全排出，但此時進氣管已經沒有任何殘留的熱空氣了，因此，燃燒室的負壓現象會從進氣管吸入新鮮的空氣，補充燃燒室爆炸後所遺留的空間。如此，即可持續進行爆炸循環。

他若有所悟的說，了解了這個原理，可以好好的睡一覺，明天早上起來就可以設計自己的無閥式脈衝噴射引擎了。

Jack、Henry兩人經過密集的設計過程，多方參考德國人 Paul Schmidt 所設計的 V-1 Argus Pulse-Jet engine，Peter Laymann 改良的 Pulse-Jet、與美國人設計的 Pulse-Jet，各自完成了一具相當精巧的脈衝式噴射引擎的3D模型的設計。但是他們也很擔心材料的耐用性、加工的方法、與引擎的效率等問題。會不會好不容易做出來後，無法啟動、啟動後馬上就被高溫融化了、閥門幾分鐘就撞壞了、或是推力不佳等等問題。於是就找了幾篇探討無閥脈衝式噴射引擎的論文，我負責口譯，Jack和Henry則邊思索、邊提問、討論，不懂的地方就看圖說故事一起討論。

這又是一個豐富的夜晚。 S 20060518

自行設計脈衝式噴射引擎 (The Design of a Pulse-Jet Engine) Jack

脈衝式噴射引擎的起源

脈衝式噴射引擎起源於二次世界大戰，Paul Schmidt 所發明，第一次使用脈衝式噴射引擎的時間是1944年6月，德國用V-1脈衝式噴射引擎的飛彈轟炸英國。


圖一、V-1 脈衝式噴射引擎的飛彈，Photo by Michael Benolkin

脈衝式噴射引擎的構造

脈衝式噴射引擎的三大構造：有一根排氣管、一個單向閥、一個燃料噴霧器。









圖2、V-1 脈衝式噴射引擎的構造圖

脈衝式噴射引擎的原理

脈衝式噴射引擎與其他噴射引擎有很大的差別，不同之處乃其使用間歇燃燒產生推力。間歇燃燒主要是靠油霧在脈衝式噴射引擎的進氣口進行混合，然後單向閥會開啟讓油霧進入排氣管的燃燒室點火爆炸，爆炸時單向閥會關閉，使得空氣向後壓縮排出，然後會以以上方式進行燃燒。啟動引擎時，要先用高壓空氣吹開單向活門，然後開啟燃料閥，讓燃料進入燃燒室，在開啟火星塞這時引擎就會被啟動。

自製脈衝式噴射引擎

我設計脈衝式噴射引擎（見圖三、圖四）的目的，在我想了解脈衝式噴射引擎的結構及原理，還有想把飛機飆到時速五百公里以上。眾多噴射引擎之中此引擎算是結構及原理較簡單的，還有這是我最了解的噴射引擎。這脈衝式噴射引擎的部分設計是參考德國於1957年12月發表的PL-35脈衝式噴射引擎，還有蘇聯BRAUNER脈衝式噴射引擎來做改良。

我設計的脈衝式噴射引擎分為四大部分，第一部分是單向閥、第二部分是燃料噴霧器、第三部分是進氣系統、第四部分是排氣系統。


圖三、自製脈衝式噴射引擎


最先設計的部分是進氣系統，原因是因為它是引擎的中心。進氣系統的用途是讓空氣和燃料混合，然後經由單向閥進入引擎排氣系統。這進氣系統是採用十孔式花瓣狀活門孔設計，總進氣面積是502.654816平方公厘。

























圖四、自製脈衝式噴射引擎爆炸圖

第三設計部分是燃料噴霧器，這燃料噴霧器是用讓燃油衝至燃料噴霧器底部，然後再回衝，產生霧狀燃料。

第四設計部分是排氣管，這排氣管主要是為了讓油氣在前端的燃燒室進行燃燒，燃燒過後的廢氣會在漸縮的排氣管中到達超音速，然後從漸闊端排出。

參考資料：
1. PL-35脈衝式噴射引擎設計文件
2. BRAUNER脈衝式噴射引擎設計圖

設計期間，感謝各位長輩提供寶貴的經驗與建議。
1. 林克明先生
2. 鄭崢任先生
3. 廖修毅先生
4. 黃宗賢先生

作者：Jack（九年級）

飛上青天 Henry

我對飛行的感覺，在不同的天氣飛行，有不一樣的感覺，駕駛不一樣的機型也有不同的體驗，還有著不一樣的飛行方式。在一個不熟悉的場地，當然也有不一樣的感受！

各種天氣，例如：晴天、雨天，強風、無風…等。晴天可以自由自在的飛行，但若遇到雨天，大老遠跑到機場，又怎能不飛呢？只好穿著雨衣，遙控器罩著防水套。其實，雨天飛行對飛機來講差不多，只是多了一點水；但若強風，就需要有一定的飛行技巧；沒風，也不一定好飛。

各型各樣的飛機，都有著不同的體驗。像特技機、競速機、滑翔機還有練習機。練習機很穩又很慢，不像競速機飛的又快又靈敏；特技機雖然不算很快但它可以做出很多複雜的特技動作，像落葉飄…等；滑翔機飛的很慢但可以靠熱氣流爬的很高飛的很久，還會飛到遙控器沒電；競速機飛起來快又靈敏，得要非常集中精神，要不然，一個不注意飛機就不見了。

從平地到山上，從室內到機場，不管什麼樣的飛機，都有它適合的場地。機場、懸崖、室內，都有著合適的飛機。機場，只要會飛，大部分的飛機都能飛，都適合；室內的飛行都要看技術，因為空間通常不會很大，所以適合飛小型3D特技機或直昇機。山上的懸崖，只要有上升氣流就適合熱氣流滑翔機；如果，這裡飛特技機的話，可能就要下山撿飛機了。

我從一開始飛遙控飛機直到現在，已經有兩年五個月了，在製作和飛行都進步了不少。我在玩遙控飛機的時間裡，也學到了很多知識與常識，不管是馬達還是引擎或者是機械和電子，都對它有了進一步的了解。我也希望，我可以做出最頂尖的引擎或馬達、飛機和直昇機，當然，要做出這些尖端的科技，需要更努力。 作者：Henry（七年級）

打造我心中第一架引擎飛機 Jack

打造我的雙槳飛機 Henry

老人與海心得報告 Henry

我覺得老人與海這一本書寫的很好，別看他只是一本薄薄小小的書，但他從頭到尾都很精采的。故事在單調的情境，簡鍊的情節，卻描述出動人故事。

海面很大，但老人在充滿孤獨與寂寞的小船上和魚群搏鬥。他有一次，把船划到離陸地很遠的地方，他用魚耳勾到一尾十八尺來長的魚，那尾魚把老人和小船拖到很遠很遠的地方，最後老人勝利了，就把那尾魚綁在船外拖回去。但在回去的路上一直遇到鯊魚，鯊魚一口接著一口的咬，回到岸邊時，魚已經被吃的差不多了。

這個老人充滿了堅強的意志，儘管刮風下雨，也未能擊敗它的意志。這個老人是一個不會受到其他人言語影響的人，他不會在乎別人怎麼說。如果是我在船上的話，我也會像他一樣堅持到底，不會半途而廢。 作者：Henry（七年級）

我讀＜三國演義＞之心得報告 Jack

讀三國演義是一件很痛苦的事。因為，字很多書太厚又重，共有1036頁。還有剛開始的時候，比較難進入，因為它是文言文不容易懂。當閱讀進行到100頁的地方，開始看懂書中的內容，到了500頁之後豁然開朗，對於書中人物個性的描述和情節的掌握變得簡單而且容易。

這本書中，我最喜歡也最佩服的人物是諸葛亮，因為他最厲害：智勇雙全、料敵如神、百戰百勝。簡單舉三個例子來說：燒甲藤七擒孟獲，武鄉侯罵死王朗，見木像魏督都喪膽。而書中最討厭人嫌的人是董卓。因為他一點都不光明磊落而且心理變態，殺人如草菅，還將人放進油鍋油炸、挖人眼睛鑿人耳朵、截肢斷臂等等惡行盡出。罪惡深重，天地不容。

＜三國演義＞書中所描述的事件情節和我們現代生活中所見如出一轍。比如說：貪官、收賄、元首昏庸懦弱，盜賊風起，地震海嘯天災人禍不斷。種種不祥，非止一端。

作者：Jack（九年級）