2006年5月18日 星期四

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

1 則留言:

Joey & Lynn 提到...

很高興看到Jack與Henry這麼深入的探討脈衝引擎!
這是個很有意思的題目,在我們週遭很難有類似的「個人」在進行類似的研究與探討,原因除了是錢與閒之外,更重要的是國人比較欠缺這股傻勁!
記得很久以前,一個學長告訴我,他在國外修博士的時候,系上有個老師朝思夜想的就是他的「冷融合」反應,這是個非常冷的題材,每個人都認為不可能,而這個奇人卻能堅持運用少少的研究經費,持續不斷的研究,數十年如一日;更重要的是那個政府還是願意提供經費給他研究ㄚ。
前些日子看到一部電影就講到冷融合,說不定那個理論有所突破了呢!