Роторно-лопастной двигатель. Начало.

[Андрей Миллер]

Гений конструктора может отдыхать, если сухой материал просто изнашивается,

Гений конструктора состоит в том числе и в том, что бы не создавать лишних трудностей, которые потом приходится преодолевать героическим трудом... ;D

 

[Андрей Миллер]

как "эти вещи" называются своими именами?
           

Например, недоиспользование воздушного заряда цилиндра высокого давления. Он принципиально не может быть использован полностью ввиду наличия паразитных объемов в камере сжатия.  🙁
Это неизбежный порок самой схемы и обойти его невозможно...

 

[Bиктор]

фотопленка- плохой пример, она намотана как пружина, у вас же нарисована сплошная замкнутая оболочка,или это не так 

Я извиняюсь, нечетко излагаю!  Будет гибкая оболочка, наподобие рулончика пленки - по аналогии с навитыми валами.
Последовал Вашему совету, и вот что вышло после геометрического моделирования.
Я принял внутренний диаметр намотки двух-слойной оболочки (стальная фольга и углеткань поочередно, каждая толщиной 0,1мм) РАВНЫЙ внешнему диаметру биротора (по окружности лопастей снаружи).

Нормальный жесткий корпус при таких условиях не даст биротору вращаться.
Однако, гибкая оболочка-гильза цилиндра (плавающая в корпусе и самоцентрирующаяся из условия неконфлитности с лопастями) - способна УПРУГО переходить из круглой формы  в "четырех-гранную" и в  "восьми-гранную".
На втором рисунке показаны: - синим "четрыхгранник", а малиновым - "восьмигранник" с естественными закруглениями, по внутреннему размеру оболочки. Величины наихудших деформаций внутренней поверхности оболочки показаны на первом рисунке.
Периметры обоих форм - ОДИНАКОВЫ, как и положено в реальности.

 

[Bиктор]

На следующих рисунках оболочка изображена только по внутреннему контуру.
Черным цветом - окружность, по которой движутся жесткие лопасти...

На верхнем рисунке - вариант наибольших деформаций уплотняющей оболочки ("скругленный четырехгранник" синего цвета).

Обнаружилось, что уголки лопастей надо стесать начиная от радиальной синей стрелки к наружи.  Максимальная величина стеса - 0,19мм.  Разумеется, скорректировать наружнюю форму лопасти надо  с обеих краев, - для каждой лопасти.
Это - небольшая плата за работоспособность уплотняющей упругой оболочки, не так ли?
Как Вы и предрекали, в камере сгорания между сдвинутыми лопастями - оболочка приподнимается.  Но не сильно. Цифра показана.
Наибольший "провис" оболочки - между раздвинутыми лопастями, - 0,61мм на одну сторону.

На втором рисунке показаны зазоры при ТОМ ЖЕ внутреннем периметре гибко-упругой болочки, но уже для более благоприятного случая "скругленного восьмигранника" малинового цвета.
Обе лопасти повернулись на разный угол по часовой стрелке, так что их взаимное положение стало "противоположным" первому.
Тут уплотнение - теоретически "хуже", но и разница давлений между соседними камерами - малая, так что утечки тоже будут несущественными... ИМХО

 

[Bиктор]

Гений конструктора может отдыхать, если сухой материал просто изнашивается,

Гений конструктора состоит в том числе и в том, что бы не создавать лишних трудностей, которые потом приходится преодолевать героическим трудом... ;D

Андрей, мне нравится Ваш аргумент!
Зачем вводить масло, ограничивающее температуру стенок мотора (из-за опасности обугливания масла), чтобы потом героически бороться за теплоотвод в детали мотора и "стукаться о стенку головой", пытаясь одновременно повысить экономичность  "дико охлаждаемого" мотора?

Вы ведь согласитесь, что в горячие стенки (без "масляного проклятия") пойдет меньше потерь, так как малый градиент перепада температур не способствует уходу туда теплоты?  Зачем же с трудом "гнать масло" и создавать ЕМУ в угоду две лишние СИСТЕМЫ (смазки и охлаждения), если нам нужна экономичность?

 

[Varan]

Виктор, сравнивая периметры вы рисуете линии по окружности, но можно ведь соединить и по прямой- по хорде, в этом случае периметр восьмигранника будет больше и газы могут приподнять оболочку над лопастями, она позволяет это сделать,
также если оболочка навитая то будет иметься на внутренней поверхности уступ где заканчивается лента, что будет вызывать износ и вращать механизм можно будет в одну сторону, при этом за счет трения оболочка будет увлекаться за лопастями что может привести к заклиниванию механизма

 

[Bиктор]

сравнивая периметры вы рисуете линии по окружности, но можно ведь соединить и по прямой- по хорде

Varan, хотелось бы обращаться к Вам тоже по имени 🙂

Нет, я отказался от сравнивания разных периметров, которые МОГЛИ БЫ образоваться, если проводить хорды.
Хорду проводить не надо и нельзя!  Это было тогда просто для наглядности показа деформаций круглой оболочки-рулона.

Я теперь взял РАВНЫЕ периметры, так как оболочка (исходно кругло навитая) будет иметь неизменные габариты.
Для этого надо наружний и внутренний концы стальной фольги приварить точечной сваркой к предыдущему слою:  т.е. ЗАФИКСИРОВАТь.

Так делают навитые валы - и они при этом не разматываются при больших крутящих моментах...
Да, ступенька высотой 0.1мм останется по ходу движения лопастей...
А что будет при проходе широкой лопасти в этом месте? Выступ - будет лучше уплотнять (пока не износится и не загладится по ходу лопасти).
А впадинка рядом с выступом...(как замок кольца) да, в одном этом месте будет пропускать чуть больше утечек. Пока она не забьется нагаром и графитом ...

 

[Bиктор]

периметр восьмигранника будет больше и газы могут приподнять оболочку над лопастями, она позволяет это сделать,

Нет, смотрите в посте 2472:  оболочка толстая (из условия выдерживания давления) - показана многослойной (выглядит сине-зеленой).
Такая толстая оболочка НЕ ПОЗВОЛИТ себе круто изгибаться на ребре лопасти, так как ее упруго-энергетическая система стремится к минимуму изменений.
Ее изгиб везде стремится быть минимальным.
Это мы и видим: разница в сплющивании/вытяжении между двумя основными вариантами упругих деформаций - МИНИМАЛьна.

Максимальные отклонения от круглости - всего 0,61мм !
Это очень даже благоприятно, так как сила деформаций, действующая тормозяще на лопасти, - тоже будет небольшая 🙂

 

[А.Г.К]

Будет гибкая оболочка, наподобие рулончика пленки - по аналогии с навитыми валами.

Гладко было на бумаге! В начале 80-х на севере Тюменской области институт "Проблем материаловедения", совместно с институтом "им. Патона" проводили опытно-промышленные работы по многослойным трубам. Под эти трубы построили завод в Харцизске. На бумаге и в лаборатории всё выглядело просто прелестно. На трассе когда стали опресовывать участок трубы, она взяла и раскаталась в лист. Давление было всего 75 атм. , а температура минусовая. После этого Борис Евгеньевич Патон сказал: "Природу не нае...шь". Тему благополучно закрыли. Конечно "не ограниченный полёт мысли" это хорошо, но надо ведь и "берега видеть".

 

[JohnDoe]

@ Bиктор
Ваше предложение фактически тоже самое, что и идея с сайта "ТМ", которую я уже озвучивал как-то: изготавливать шестерни, элементы подшипников и пр. "пустотелыми", т.е. допускающими некоторую упругую/неразрушающую деформацию. Если, по каким-то причинам, не получается "навить" статор, то можно его отлить с пустотами внутри, с расчётом необходимой степени деформации внутренней стенки под нагрузкой. Необходимые для связи внешней и внутренней оболочек перемычки можно устроить в удобных для этого местах. Например, в местах схождения лопастей. Можно сделать, гипотетически, внутреннюю поверхность статора с лёгкой эпитрохоидностью/гипоциклоидностью. 😉

 

[Андрей Миллер]

Вы ведь согласитесь, что в горячие стенки (без "масляного проклятия") пойдет меньше потерь, так как малый градиент перепада температур не способствует уходу туда теплоты? 

Не соглашусь. Иследования так называемых адиабатных двигателей показали, что потери теплоты у них ...увеличиваются!
И через стенки и с отработавщими газами... 🙁
Поэтому и керамика так и никуда и не пошла....
Масло же служит не только для охлаждения стенок, но и для выноса продуктов износа трущихся деталей и снижения коэф. трения...

 

[Андрей Миллер]

она взяла и раскаталась в лист. Давление было всего 75 атм. , а температура минусовая. 

Варить однако надо было лучще...
Тщатильнее...

 

[Bиктор]

Гладко было на бумаге!

А.Г.К, хотелось бы обращаться к Вам по имени-отчеству 🙂
Вы, как всегда, правы. Это заставляет думать!

когда стали опресовывать участок трубы, она взяла и раскаталась в лист. Давление было всего 75 атм

Предположительно, давление попало в этом случае МЕЖДУ слоями-навивкой!
Хорошая наводка!  На пушках навивка работала успешно, потому что внутренний слой был бесшовным и сплошным... В то время это помогло - стволы больше не разрывало (а бризантное давление там много больше, чем 75атм)
Так же и шланги сверхвысокого давления - имеют "герметизатор" глубже оплеток.
Значит, и в нашем случае надо бы внутреннюю часть статора сделать сплошной.
Противоречие заключается, в том, что прочная герметичная оболочка нужного нам статора должна оставаться упруго-деформируемой...
Tут впору обратиться к специалистам по ТРИЗ 🙂

{персонаж с авторитетом} сказал: "Природу не нае...шь".

Если против природы бороться, то получаем по заслугам...
А если ее брать в союзники?

Конечно "не ограниченный полёт мысли" это хорошо, но надо ведь и "берега видеть".

Тут хотя бы один коротенький полет мысли довести до посадки 🙂
Давно имею к Вам вопрос: существует ли как таковая "Теория рабочих процессов" ?  Если это обобщающая теория, а не россыпь конкретных описаний, то пожалуйста дайте ссылки или наводки в интернете.
"Тихая шумиха" с водонитратным топливом немного странная... Засекречена?

К нынешней теме: что Вы думаете, - из какого материала и какой толщины должна бы быть внутренняя сплошная оболочка гибко-упругого статора для РЛД?
(Это не корпусная часть, - она должна иметь возможность "плавать" на лопастях и возможно, только снаружи удерживаться от вращения ).

На рисунке оболочка изображена деформированной по ожидаемому максимуму   (выпукла у каждой пары лопастей или отдельной лопасти)...

 

[Bиктор]

для связи внешней и внутренней оболочек перемычки можно устроить в удобных для этого местах. Например, в местах схождения лопастей

Если упруго-гибкий "статор" вращать со средней скоростью лопастей?
Кажется, в любом случае позиции волны деформации и впадины оболочки - не стационарны. На мой взгляд, упругая оболочка должна быть одинаково гибкой везде... и по возможности не растяжимой.

 

[Bиктор]

Иследования так называемых адиабатных двигателей показали, что потери теплоты у них ...увеличиваются!

Андрей, извините, для меня это звучит так, как будто менее горячее тело отдает тепло более горячему ...
Тут самое время, дать конкретные ссылки на хотя бы одно такое исследование с заключением, которое звучит как лично Ваше (оно до тех пор останется только лично Вашим, не обессудьте 🙂)
Или отскэньте ту страницу, пожалуйста, где буквально такое написано - не сочтите за труд. "Платон мне друг, но истина дороже".

Мне было известно до сих пор только то, что наполнение (через КЛАПАНа) свежей смесью горячего цилиндра ухудшалось, - это вело к снижению мощности (да!), но и к повышению экономичности: ведь степень сжатия  получалась меньше, чем степень расширения.

Так всегда - у машин с высоким КПД, вес не "насышен отдачей" мощности (Стирлинг, как пример).
Снижение удельной (по весу) мощности не соответствует технической тенденции поршневых ДВС, а повышение экономичности - интересам картелей.
Но снижение удельной мощности может быть допустимым для РЛД, ведь в нем вес УЖЕ сэкономлен, - за счет "виртуальных стенок цилиндров" - многократно-повторно используемых лопастей, образующих секции - аналог цилиндров.

Кроме того, нельзя напрямую проецировать выводы, полученные при клапанном газораспределении, на "золотниковое" в РЛД.

Клапан - стоит на пути потока, представляет так или иначе сопротивление потоку, - мы создав трудность, как всегда боремся с его (клапанным) следствием, - в данном случае, - с сопротивлением всасу, УСЛОЖНЯЯ многоклапанную головку цилиндров (чего только там нету, и на все нужно место).

 

[Bиктор]

прочная герметичная оболочка нужного нам статора должна оставаться упруго-деформируемой...

Направление моей мысли - снизить внутреннее трение между очень тонкими (упрочненными холодным раскатыванием) металлическими слоями.
Ведь при изгибании они ДОЛЖНЫ и будут хоть немного, но смещаться относительно друг друга.
Чем сильнее давление одного витка на другой - тем больше нормальная сила трения.
Но чем легче проскальзывание (меньше коэффициент трения) между витками, - тем гибче будет многослойная навивка рулона.

Поэтому я думаю, что между стальными "пленками" 0,1мм надо разместить УГЛЕпластиковую ткань, с силовыми волокнами вдоль направления навивки.
Углеткань по (почти полированной) стали имеет априори меньший коэффициент трения, чем сталь по стали.
Углеткань имеет лучшую теплопроводность, - не возникнут локальные тепловые напряжения.

Наконец, углеткань - имеет предположительно (как графит) ОТРИЦАТельный коэффициент теплового расширения. Она сжимается при нагревании.
У стали он, как известно, - положительный, сталь расширяется при нагреве.

Каков будет результирующий эффект поведения такой сэндвич-оболочки?!!

Может быть не заморочиваться  углетканью, а насыпать при навивке между стальными слоями один слой шариков, диаметром этак в 50 микрон, - чтобы заменить трение скольжения слоев, на трение качения? (шарики продаются мешками).

Пару слов о давлении, действующем импульсно на оболочку.  Возможно оболочка будет даже тонко вибрировать как струна, что уменьшит трение ее скольжения по лопасти (псевдо-ожижение контакта), но создавая в "вибрирующем зазоре" поперечное волновое сопротивление утечкам .

Давление НЕ действует на всю внутреннюю поверхность оболочки, как у пушки или шланга.
Оно действует локально!  В данном варианте - с ДВУХ диаметрально противоположных сторон статора, показанных оранжевыми стрелками.  Но в каждом случае - лишь в УЗКОМ секторе оболочки, - в сжатой зоне "камеры сгорания".

Однако, притягиваться оболочка вынуждена здесь к ЧЕТЫРЕМ парам лопастей, изгибаясь в этих местах с наибольшей кривизной. 

В зоне раздвинутых лопастей - кривизна будет уменьшаться, давая "слабину" на упомянутые четыре зоны (через каждые 90 градусов) - для возможно крутого изгиба (под действием давления) между сдвинутыми лопастями.

Именно крутой изгиб - обеспечивает автоматическое прижатие-охват оболочки к скругленным "ребрам" лопастей...
Сила этого прижатия зависит как от давления, так и от конструктивно подбираемого внутреннего периметра оболочки, a также от длины "поршней-лопастей".

Думается, решение лежит в некотором узком диапазоне, но оно СУЩЕСТВУЕТ в практически приемлемом варианте (минимума потерь на трение/ максимума уплотняющего эффекта контактных зон-"колец")🙂

На рисунке показана ситуация, как я ее охарактеризовал. Красным показана "идея" деформации круглой оболочки, НО с "гипертрофированной амплитудой" деформаций (ее периметр неправдоподобно увеличен для наглядности).

Так легче понять, где будет собственно зона уплотняющего прижатия на лопастях (принудительный выбор зазоров). 
Такой амплитуды искривлений, конечно не будет, так как оболочка не идеально гибкая.  Силы же упругости "ТЕСНОЙ" оболочки будут сопротивляться всяким отклонениям от "круглости" ее формы, с которой она будет создана первоначально, - создана с нулевым (? или отрицательным) зазором относительно наружнего диаметра лопастей..

Нормальная (реальная) деформация будет едва различимой, как это и видно на рисунке (синим цветом деформация отображена, но не заметна глазу).
Форма лопастей адаптирована к варианту РЛД Манжелевских (длинные "поршни") и скорректирована "контактными зализами" на внешних ребрах лопастей.

 

[Андрей Миллер]

менее горячее тело отдает тепло более горячему ...

Нет, звучит не так. Более горячее тело ничем не хуже проводит тепло, чем более холодное... ;D
Ну а более горячие отработавшие газы веселее покидают цилиндр двигателя через клапан и лучше греют окружающую среду! ;D

оно до тех пор останется только лично Вашим, не обессудьте ) 

Конечно, только моим. Только вот никто так и не сказал, почему адиабатник, при ОЧЕНЬ приличных затратах на него, так и не пошел в серию. Причем везде, даже в Японии...

Кроме того, нельзя напрямую проецировать выводы, полученные при клапанном газораспределении, на "золотниковое" в РЛД.

Конечно, нельзя. Надо изучить историю двигателестроения.
Помимо золотникового было еще гильзовое распределение. И оно работало лучше, чем золотниковое.
Итог, гильзовое распределение ушло, золотниковое стало экзотикой и применяется на переживающих не лучшие времена двухтактниках. Клапаны остались одни.

Клапан - стоит на пути потока, представляет так или иначе сопротивление потоку, -

А золотник не стоит на пути потока?
Просто надо отказаться от дроссельной заслонки (как в дизеле) и оставить клапаня в покое. У нас так и сделано... 🙂

 

[JohnDoe]

Если упруго-гибкий "статор" вращать со средней скоростью лопастей?

Зачем?! :-?

На мой взгляд, упругая оболочка должна быть одинаково гибкой везде... и по возможности не растяжимой.

Нерасчяжимого вообще ничего нет, да и "растяжимость" и придаёт "деформируемость", ИМХУ. "Квадратура круга" 😉

На рисунке показана ситуация, как я ее охарактеризовал. Красным показана "идея" деформации круглой оболочки, НО с "гипертрофированной амплитудой" деформаций (ее периметр неправдоподобно увеличен для наглядности). 

Вот тут как раз видно и недостатки данного метода. Допустим, что контакт/уплотнение нам удалось реализовать(не вижу каких-то принципиальных препятствий, в силу своего дилетантизма), НО! На рисунке видно, что мы имеем увеличенный объём КС= снижение степени сжатия, и уменьшенный объём впускной полости = снижение наполнения. Это снижение КПД. Одновременно имеем и уменьшенный объём полости выхлопа= несколько лучше очистка, что чуть компенсирует предыдущие два недостатка, но далеко не полностью. Даже одного(снижение наполнения) не перекроет. 🙁
ИМХУ.

 

[Bиктор]

На рисунке видно, что мы имеем увеличенный объём КС= снижение степени сжатия, и уменьшенный объём впускной полости = снижение наполнения

Вячеслав, посмотрите внимательнее пожалуйста, - красная линия на нижнем рисунке (я ее опосля закрестил) - это не оболочка, а подсказка, - в какую-сторону как будет стремиться деформироваться гибкая оболочка.
А сама оболочка отображена синим цветом: - ее деформации и глазу-то незаметны. Не стоит и задумываться о долях миллиметра деформаций.  В смысле объем КС увеличивается незначительно, да и в расчет это увеличение закладывается, так что степень сжатия будет скорректирована на эти мизерные изменения.
Тем не менее, зазоры в уплотнении без уплотнителей гарантированно доведены до НУЛЯ при сохранении скольжения, что и требуется 🙂

 

[Bиктор]

Более горячее тело ничем не хуже проводит тепло, чем более холодное

Вы, как всегда правы, Андрей!  Оно МОЖЕТ проводить... если есть в наличии перепад температур (в сторону снижения температуры).
Если перепад температур керамических стенок и газов внутри незначительный, то и тепловой поток ПОТЕРь - меньше.  Следствие из этого - адиабатный мотор плох по другим причинам, а не по надуманной причине, - якобы, увеличенных ТЕПЛОВЫХ потерь через стенки мотора. (Адиабата - процесс без потерь тепла в стенки КС)

А прямые ссылки на обратное, типа Вашего утверждения, - не существуют. Иначе бы Вы смогли их привести... Так ведь?