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