Đề xuất ý tưởng thiết kế và sản xuất động cơ Turbin-jet mini trong điều kiện Việt Nam để trang bị ch

Đề xuất ý tưởng thiết kế và sản xuất động cơ Turbin-jet mini trong điều kiện Việt Nam để trang bị cho UAV và tên lửa

Trước khi bắt đầu, tôi xin phép có vài lời với những ai có quan tâm
- Thứ nhất, tôi biết có thế tôi đang điên. Những ai có suy nghĩ như thế chỉ cần đóng cửa sổ này lại và đọc tiếp các chủ đề khác và không cần bình luận thêm gì. Xin làm ơn cho phép tôi được trình bày hết ý tưởng của mình.
- Đây là một dự án hoàn toàn khả thi dựa trên các dự án tương tự được làm tại gia trên thế giới dựa trên yêu cầu về thiết kế động cơ siêu rẻ cho các UAV cỡ nhỏ của USAF năm 1978. Chương trình này dự kiến sử dụng các chi tiết có từ các động cơ ô tô nên giá thành rất rẻ do được sản xuất hàng loạt lớn. Đến năm 1997, thiết kế này được đưa vào sử dụng rộng rãi trong các máy bay mô hình cao cấp thay thế cho các động cơ duct fan sử dụng cho các mô hình thu nhỏ của các máy bay phản lực như hình dưới


Các động cơ này có thể có ứng dụng rất tốt trong quân sự trong điều kiện Việt Nam: làm mục tiêu bay cơ động cao cho phòng không, đặc biệt là để tập bắn tên lửa vác vai, UAV do thám tầm ngắn, mục tiêu mồi nhử hệ thống phòng không đối phương hay các tên lửa hành trình siêu nhẹ (mang đầu đạn cỡ 5 đến 10kg) để tiềm nhập tấn công các mục tiêu quan trọng như Rada cảnh giới...

Tôi hiện thu thập được khá nhiều tài liệu về chủ đề này. sau khi tôi trình bày hết, tôi mong nhận được sự hợp tác tham gia của nhiều bạn có cùng đam mê để thành lập nhóm dự án. Mục tiêu đầu tiên của chúng ta sẽ là cái này đây

Trước hết dự án sẽ nhắm vào thiết kế 1 động cơ turbo-jet có cấu hình như sau:
- Thiết kế đơn giản, chỉ bao gồm 1 tầng nén và 1 tầng turbin
- Lực đẩy khoảng 8 đến 12kg, nặng khảng 1 đến 2 kg, đường kính dưới 10 cm.
Đây là cấu hình chuẩn cho động cơ thế hệ đầu (từ năm 1997 trở lại đây) cho các máy bay phản lực điều khiển từ xa hiện đại. Các dòng động cơ thế hệ 2 có lực đẩy lên tới 20kg với kích thước tương đương đòi hỏi thiết kế phức tạp hơn cũng như trình độ gia công cao. Còn cấu hình như trên có thể thực hiện được với các máy gia công đơn giản, một số chi tiết quá phức tạp có thể đặt gia công hoặc đặt mua. Các bạn dân cơ khí chuyên nghiệp mà tham gia được vụ này thì quá tuyệt. Tặng các bạn vài tấm hình nữa cho nó máu (lạy trời dụ khị được vài người nữa có máu điên như mình thì tốt )

PS: Sau nhiều ngày lăn lộn tìm kiếm, tôi đã xin được bản thiết kế chi tiết nhưng dạng bản cứng khá mờ nhưng vẫn đọc được. Bác nào dân thiết kế vác về phang ra CAD được thì tốt. Tôi là dân lập trình nên mù mờ vụ này lắm.

Điểm qua chút sơ đồ nguyên lý của turbin khí (gas turbine)
Một gas turbine là một động cơ mà trong đó nhiên liệu được đốt liên tục với không khí nén mật độ cao để sản sinh ra dòng khí nóng có tốc độ cao. Dòng khí này sẽ làm quay cánh turbine, cánh turbin ở trên cùng 1 trục với cánh máy nén nên năng lượng này cũng đồng thời làm quay cánh máy nén để nén không khí vào. Động cơ turbin bao gồm 3 phần chính.
- Máy nén -compressor
- Buồng đốt - combustor chamber
- Turbine.
Máy nén -compressor - thường nằm ở phần đầu động cơ. Nó sẽ hút không khí vào, nén lại rồi tống thẳng vào buồng đốt -combustion chamber. Máy nén có dạng cánh quay và được dẫn động bởi 1 trục nối chung với turbine.
Buồng đốt -combustion chamber-là nơi nhiên liệu được phun vào, hòa trộn với không khí áp suất cao cung cấp bởi máy nén và đốt cháy nhằm sản sinh khí cháy có tốc độ cao. Có 1 hoặc nhiều igniter (kiểu như bugi ấy) làm nhiệm vụ đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu+ không khí này. Việc đốt cháy nhiên liệu sẽ được duy trì mà không cần đến các igniter này nữa khi động cơ đã khởi động.
Turbine nhận luồng khí nóng tốc độ cao từ buồng đốt, luồng khí này sẽ làm quay turbine. Vì turbine và compressor được gắn chung 1 trục quay nên khi turbine quay nó sẽ làm compressor quay theo. Phần khí thải sẽ thóat khỏi đáy động cơ để cung cấp lực đẩy - thrust - đối với động jet hoặc sẽ có thêm 1 hoặc nhiều tầng turbine khác được sử dụng để dẫn động các thiết bị khác như rotor của máy bay trực thăng, cánh quạt - propeller- hoặc máy phát điện.

Tất nhiên đây chỉ là mô hình đơn giản ban đầu. Các động cơ ngày nay thường có tối thiểu 8 tầng máy nén để tăng tỷ số nén, 2 đến 4 tầng turbine để tận dụng tối đa hiệu suất của dòng khí nóng. Nhưng chúng quá phức tạp để ta có thể để mắt tới . Gửi các bạn sơ đồ nguyên lý do cha đẻ của động cơ turbin là Frank Whittle vẽ:

Với 1 tầng máy nén và 1 tầng turbin, khi được giới thiệu nó không được quan tâm lắm và chính phủ Anh không đánh giá đúng tầm quan trọng của nó mà cho phép công bố rộng rãi. Các kỹ sư Đức đã tiếp tục ý tưởng này để sản xuất các máy bay chiến đấu sử dụng động cơ phản lực đầu tiên. Các động cơ phản lực sau này đều xuất phát từ nâng cấp ý tưởng của bản vẽ này
Mời các bạn đọc thêm về cha đẻ của động cơ turbo jet
http://en.wikipedia.org/wiki/Frank_Whittle
Được mig19farmer sửa chữa / chuyển vào 14:17 ngày 30/12/2005

Phần tiếp theo, tôi xin trình bày về nguyên lý cấu tạo của một thiết bị hết sức quan trọng trong các động cơ ô tô, máy kéo hiện đại- máy nén tăng áp hay turbocharger. Tại sao đang nói về động cơ phản lực lại quàng xiên sang động cơ ô tô, lão Mig này điên thật rồi chăng, rất có thể, để nghe hết xem sao đã

Vậy turbocharger là cái quái gì, nó hoạt động như thế nào và dùng để làm gì.
Turbocharger là một thiết bị được sử dụng trong các động cơ nổ 4 thì hiện đại dựa trên nguyên tắc tăp áp suất khí nạp để tăng hiệu suất động cơ, nó tận dụng luồng khí thải nóng có áp suất cao thải ra tại kỳ thứ 4 trong chu trình của động cơ đốt trong để làm quay 1 cánh turbin, cánh turbin này lại gắn trên cùng 1 trục với 1 cánh máy nén, máy nén quay sẽ nén không khí hút vào để nạp cho động cơ đốt trong.
Turbocharger có 1 phần. Thứ nhất là 1 máy nén -compressor, nó bao gồm 1 cánh quay (hình giống múi khế xoắn) quay với vận tốc rất cao để hút và nén không khí. Compressor phải quay với tốc độ rất cao (tới trên 100.000 vòng/phút) để có lực nén chấp nhận được. Máy nén compressor được lắp chung trên 1 trục quay của turbocharger. Phần phía bên kia của trục quay gắn một cánh turbine. Luồng khí thải nóng của động cơ làm quay cánh turbin đồng thời làm quay luôn máy nén, máy nén sẽ cung cấp không khí áp suất cao cho động cơ, chu trình cứ thế tiếp diễn.

Ta có thể thấy turbocharger có cấu trúc nghe qua tương đối giống một động cơ gas turbine nhỉ, cũng máy nén, cũng turbin,... ah phải rồi, nó thiếu buồng đốt do nó xài buồng đốt của chính động cơ đốt trong mà. Thêm một khác biệt nho nhỏ nữa là theo cái sơ đồ động cơ gas turbin mà lão Mig bốt trên kia thì luồng khí từ máy nén dông tuốt theo hướng trục quay vào turbin còn trong này thì lại ra theo hướng vuông góc, không sao, tại vì có chúng sử dụng 2 loại thiết kế máy nén khác nhau là centrifugal compressor và axial compressor mà thôi.
Ý tưởng ở đây là gì, nếu turbocharger thiếu buồng đốt thì ta chỉ cần làm cho nó 1 cái buồng đốt, vậy là ta có ngay 1 cái turbin jet rồi. Lão Mig điên rồi chăng, không, Mig làm quái bao giờ có ý tưởng, Mig chỉ chuyên đi nhặt nhạnh ý tưởng hay ho của người khác về xào nấu thôi
. Ý tưởng này là của Frank Whittle- cha đẻ của turo jet, thiết kế ban đùa của ông cũng sử dụng máy nén và turbin theo kiểu vuông góc này và bị chính phủ Anh đánh giá là quá cồng kềnh, không thể lắp trên máy bay, ông chỉnh sửa lại thiết kế theo kiểu axial và có hình vẽ chính thức trên.
Như vậy ta sẽ có sơ đồ thiết kế cho một động cơ phản lực turbo jet thế hệ thứ nhất của box KTQS:
- Một turbocharger tháo ra từ 1 động cơ xe cũ
- Một buồng đốt tự hàn từ ống nước. Thiết kế ư, lên Web search ra vài trăm thiết kế của những kẻ điên rồ như Mig trên thế giới.
Trông nó sẽ đại loại thế này đây

Thế cái động cơ của nợ này dùng làm vào việc gì chứ:
- Cái của nợ này đúng là không thể lắp lên UAV hay máy nay mô hình do nó quá cồng kềnh và nặng nề so với lực đẩy mà nó sinh ra. Có người đã lắp nó lên cano, lên xe trượt tuyết và nói là chơi rất vui. Mig thì rất sợ chết nên không khóai mấy trò đó. Mig chủ trương nó chỉ là bước đệm để thiết kế động cơ thực sự. Với bước đi đầu tiên này, anh em box KTQS có thể hiểu thêm về động cơ phản lực và cách chế tạo nó cũng như chuẩn bị các tiền đề kỹ thuật đầu tiên như kỹ năng thiết kế, làm việc theo nhóm, gia công kim loại, cách đo nhiệt độ khí khải, tốc độ vòng quay động cơ,... để dùng cho phiên bản chính thức của động cơ phản lực KTQS-01. Thêm nữa nó được quảng cáo bởi những người đã làm thành công là cực kỳ dễ làm, có vậy anh em ta mới có khí thế làm tiếp chứ.
Gửi anh em vài hình ảnh của một số động cơ kiểu này


Ai muốn tham gia với Mig thì hô lên đi nào

Chưa thấy ai lên tiếng ủng hộ hết dù số lần đọc đã khá nhiều, chắc là ai cũng nghĩ mình bị điên đây . Không sao, nhiều lúc mình cũng thấy là điên rồ thật .
Bản thiết kế ngon nhất mà Mig tìm được về kiểu động cơ này cho bản thử nghiệm của chúng ta. Không cần hàn, tiện, phay, bào gì hết, càng không cần máy CNC, tất cả làm bằng ống nước. Đã thế đã được test thử và chạy khá ngon (dù khói lửa không hoành tráng lắm do tác giả sợ cháy nhà nên chưa dám chạy hết ga )

Chạy thử nghiệm

chào bác .
em rất vui khi gặp được 1 người có đầu óc thực tế như bác < tuy thế nhưng mà có khối kẻ ác mồm nó bảo là điên đấy>.Em nghĩ rằng đã đến lúc chúng ta nên làm 1 thứ gì đó có ý nghĩa 1 chút < chứ không nên cứ mãi tranh luận khen chê vũ khí nước khác rồi thì mình cũng chẳng giúp gì cho nước mình được cả . em thấy trên mang bọn nghiên cứu amatuer nước ngoài nó làm được khối thứ to tát ra phết .tuy là điều kiện KT, Ktế nó hơn mình nhưng ko phải là ta cái gì cũng không làm được cả .tất cả phải bắt đầu ngay từ ngày hôm nay .anh em ta ai có tài liệu , ý tưởng thì cứ post lên diễn đàn này . <biết đâu các bác nhà mình lại thấy hay hay rồi làm theo thì sao >.
1 thực tế cho thấy QP yêu cầu phải bắt buộc phải tự lực.chứ cứ mua mãi VK thế này thì đến lúc chúng nó cấm vận thì có mà nguy to .
bữa nay bận kô nói nhiều được mong các bác cho thêm ý kiến

bác mig ơi,bác cho em hỏi làm sao cánh quạt máy nén(của Turbocharger) co thể quay được 100.000 vòng/phút.quay vậy hình như nhanh quá chăng,em nghĩ chi khoảng 15000 vòng/phút là nhiều.với lại bác cho em hỏi về hệ thống làm mát với,nhiêt đô trong buồng đốt lên đến 1500 độ C thì ống nước nào chịu nổi,cánh quạt turbin làm bằng chất liệu gì vậy bác.

Ôi, người đầu tiên ủng hộ, phải mời bác 1 ly mới được . Đúng là nhờ có cái Gú gờ mà tôi mới biết bọn thiết kế nghiệp dư nước ngoài làm được nhiều thứ thực sự đáng kinh ngạc. Nhìn những động cơ họ làm đã choáng nhưng nhìng các bản thiết kế, sơ đồ 3D của họ thì chóang luôn, rất chuyên nghiệp dù họ làm chỉ để giải trí. Với những tay chuyên nghiệp hơn chút thì đo đạc các thông số thử nghiệm các bản chế thử hàng chục lần trong nhiều năm (nhìn nhật ký kỹ thuật online của họ mới thấy nể) để cải tiến thiết kế- dù rằng chỉ để chơi- CHOÁNG.
Nhưng tôi nói luôn, mục đích của dự án tôi đề ra còn có cả khía cạnh kinh tế nữa, ta hoàn toàn có thể kiếm tiền từ dự án này bên cạnh yếu tố vui chơi giải trí. Một động cơ như phiên bản động cơ KTQS do tôi đề xuất là cấu hình tiêu chuẩn cho các máy bay mô hình hiện đại trên thế giới (bay động cơ cánh quạt máy 25cc 2 thì kiểu nhà ta là xưa như Diễm rồi). Rất nhiều công ty TNHH nhỏ được sáng lập bởi các nghiên cứu viên nghiệp dư đã copy và cải tiến các phiên bản động cơ này (hoặc lớn hơn) và bán giá khoảng 1500 USD một chiếc trở lên, một số hãng làm ăn phát đạt đã đầu tư trở lại cho R&D để làm các động cơ turbo jet có lực đẩy tới 100 kg chuyên lắp cho UAV quân sự của chính phủ nước đó, thậm chí có hãng còn đang chào động cơ turbo fan lực đẩy 200 kg cho bên quân sự, quá hay. Nhưng trên các forum lớn về động cơ phản lực tự tạo này đang nhao nhao xu hướng đặt gia công tại cái xưởng cơ khí của Khựa cho rẻ vì dù sao thiết kế cũng không quá phức tạp mà đặt gia công chi tiết máy của Khựa thì giá rẻ hơn nhiều. Ta nên đón đầu xu thế này mà phát triển các động cơ phản lực, trước hết nhắm vào thị trường dân chơi mô hình máy bay, tàu thủy cao tốc trong nước (tôi đề nghị thành lập thêm CLB máy bay mô hình box KTQS để đảm bảo đầu ra cho sản phẩm sau này , còn trong giai đoạn đầu anh em đội thiết kế sẽ có chỗ thử nghiệm luôn, tôi sẽ là thành viên đầu tiên của CLB). Sau đó có thể lập Web site để bán các chi tiết gia công của động cơ hoặc cả động cơ hoàn chỉnh cho các tay chơi khác trên thế giới.

Ôi người thứ 2 quan tâm này, mừng rơi nước mắt. Em mù tịt về sức bền vật liệu, cơ khí, chế tạo máy nhưng khoảng hoạt động của tất cả các Turbocharger đều là 100.000 đến 150.000 vòng/phút. Sở dĩ như vậy là vì trục quay -shaft - sử dụng loại vòng bi được tiếp dầu liên tục và ổn định. Dầu loại đặc biệt được bơm dưới áp suất cao vào liên tục. Khi quay, trục gần như quay trong môi trường dầu bôi trơn. Thêm nữa dầu lại được dẫn tuần hoàn trở lại tank dầu để dẫn nhiệt phát sinh do ma sát của trục quay và làm mát trước khi bơm trở lại. Không có hệ thống này thì trục quay sẽ hỏng ngay tức khắc. Với tốc độ dưới 30.000 vòng/phút thì hầu hết các động cơ "phản lực" kiểu tự chế đơn sơ từ các Turbocharger này sẽ không thể chạy nổi do động năng sinh ra không thắng nổi ma sát và lực cản của máy nén, động cơ sẽ lịm dần. Để khởi động động cơ phản lực nói chung người ta cần dùng 1 động cơ khác quay trục quay của nó đến 1 tốc độ giới hạn (mỗi động cơ có chỉ số này khác nhau) rồi mới mở van nhiên liệu để khởi động, tăng từ từ mức nhiên liệu để duy trì chu trình hoạt động động cơ. Ví dụ như động cơ của F-4 được khởi động bằng 1 động cơ phản lực nhỏ khác , thằng này lại được khởi động bằng 1 động cơ điện. Còn với các động cơ tự chế như của ta sắp làm thì dùng động cơ máy sấy tóc hoặc máy khoan cầm tay để chơi thôi.
Buồng đốt thì không thể nóng đến 1500 độ được, thế thì vật liệu nào chịu nổi, luồng không khí được tuàn hoàn liên tục cũng góp phần tải nhiệt mà. Nhiệt độ khí xả bao giờ cũng bị giới hạn dưới 600 độ C (bọn chúng nó lập biểu đồ theo dõi chỉ số này ghê lắm), các buồng đốt nhìn lúc chạy hết ga cũng vẫn đen xì, một số trường hợp cá biệt (do thiết kế lởm) thì hơi hồng hào chút thôi.
Cánh turbin với cánh máy nén toàn chơi nguyên cả cụm turbocharger hoặc tháo cánh máy nén và cánh turbin ra xài thôi, nó làm bằng gì cũng không đáng quan tâm lắm. Đến các công ty tương đối lớn về sản xuất động cơ này cũng phải thiết kế động cơ dựa trên các cánh máy nén và cánh turbin của các turbocharger thông dụng nhất cho dễ kiếm chứ không dám (hoặc không dại gì) mà thiết kế và sản xuất. Các chi tiết này tuân thủ chuẩn công nghiệp rất khắt khe nhưng giá lại không quá đắt do sản xuất hàng loạt lớn chứ không với số lượng nhỏ như các động cơ hàng không. Ý tưởng sử dụng các chi tiết thông dụng giá rẻ này bắt đầu từ USAF với dự án Ultra Low Cost Turbojet cho các UAV của họ năm 1978, đến năm 1997 thì Kurt Schreckling đưa ý tưởng này sang dân sự với thiết kế động cơ nhỏ cho các máy bay mô hình, thiết kế này được copy, cải tiến và trở thành nền tảng cho tất cả các động cơ phản lực nhỏ lắp trên máy bay điều khiển từ xa dân dụng hiện nay.
Vài hình ảnh nữa, ôi thèm quá
Đầu tiên là F-4 (thằng này chơi ăn gian chỉ lắp 1 động cơ rồi tẽ đôi dìng khí xả )

Tiếp theo là Mig-15

Sau đó là Rafale

Bổ con Rafale xem 2 con động cơ của nó

Nếu cái này đã là Pre-turbo-jet-engine thì nó cần 1 cơ chế khởi động kiểu turbo-jet engine, nghĩa là ban đầu compressor ko tự quay mà phải nhờ máy phát điện ở bên ngoài => ở đây chắc phải dùng bình ắc quy loại nhỏ nhét vào trong mấy cái mô hình làm đề pa cho nó khởi động, nếu kích điện ở ngoài thì dùng điện gia dụng cũng được.
Tiếp theo là quá trình khởi động, khi động cơ đạt khoảng vài chục % công suất (50-80 % gì đó em ko nhớ) thì hệ thống đánh lửa hoạt động, các kim phun nhiên liệu phun vào liên tục => cái này cần có 1 hệ thống cơ học + mạch điện để có thể tính toán chính xác thời điểm đánh lửa + phun nhiên liệu. Rất tiếc cả 2 cái em cũng mù tịt.
Vật liệu làm động cơ, cái này ko biết chọn gì? Vừa nhẹ, vừa chịu nhiệt, áp suất cao ... búa xua => thép thì có nặng quá ko?
Compressor có thể làm bằng vật liệu composite hay nhựa cứng bình thường được ko, nhất là nhựa thường vì giá thành rẻ, dễ thay thế nhưng lại dễ hỏng. Composite quá good nhưng mắc tiền và phải đặt làm mới có.
Ko biết có sai sót gì nữa ko?