Роторные двигатели - идеи и критика.

[Kanonier]

Меньше чего "востребованы"? Поясните пожалуйста.

Полусфера КС грея при высокой СС может иметь площадь (при одинаковом объеме) более двух раз меньше (КС поршня из дискообразной становится блинообразной и от удвоеной площади поршня не избавится).

Отсюда два преимущества
первое - меньшие теплопотери (но это не надолго при последующем расширении В общих потерях в "стенку" они не значительны.
второе - меньшая площадь значительно уменьшает вероятность детонации (а нахрен нам это надо, если мы говорим о непосредственном впрыске).

Для внешнего смесеобразования и принудительного зажигания это важные качества. А насчет изохорного процесса, выстоя в ВМТ поршня вполне хватает, и условно его можно считать таковым. Потеря 15% мах давления (не прироста диаграммы), только плюс - слабее удар по поршню.

В дизеле где выше СС. и мах давление выше было бы при изохоре, и что бы скорость нарастания давления удержать в нормах (а они несколько выше бензинок)
во-первых стараются размазать давление (изобара).
во-вторых ШПГ делают попрочнее и соответственно тяжелее (что, при прочих равных ведет к снижению оборотов).

И теперь укажите преимущество грея в этом плане, кроме мощного стука по ротору (прощай ресурс).

Площадь стенок КС в ВМТ у ПД в разы больше. 

Повторю - при последующем расширении В общих потерях в "стенку" они не значительны.

 

[МаГент]

первое - меньшие теплопотери (но это не надолго при последующем расширении В общих потерях в "стенку" они не значительны. второе - меньшая площадь значительно уменьшает вероятность детонации

Верно, об этом я и говорю, потери меньше.

И теперь укажите преимущество грея в этом плане,

Теперь про последующее расширение - вследствие особенностей геометрии время выстоя в ВМТ у грея больше, а время рабочего хода  меньше, чем у ПД (скорость увеличения объема над поршнем больше). Поэтому время контакта горячих газов со стенками сокращается -сокращаются и потери.

Кроме того у Школьника реализовано сгорание при увеличенных альфа, а это еще радикально снижает температуру газов и теплопотери. Опять рост КПД.

Отсюда же (большой избыток воздуха в КС) и снижение скорости нарастания давления - соответственно никаких стуков.

Кроме того коленвал у грея короче, прочнее, эксцентриситет меньше, нет никаких шатунов и поршней, полностью сбалансирован, поэтому может работать при намного бОльших оборотах. Снова преимущество перед ПД.

В том числе и в ресурсе.

 

[Стриж]

Построил я тут на досуге математически контуры пятикамерного РД Грея.

Красивая схема. Практический смысл имеют только эквидистанты данных кривых.
Уже выкладывал концепцию малообъемного 5-камерного РД, высокооборотного, без СШ и РУЭ, с калильными свечами вместо искровых. Возможен турбокомпаундный вариант. Недостатками такого РД являются меньший мех. КПД, ресурс, большее число свечей (форсунок) и уплотняемый периметр, большее число оборотов подшипника ротора, чем у коренных. Правда, сейчас есть керамические подшипники.
5-камерный РД делала фирма Рено. 5-7-камерные РД имеют худшие удельные массо-габаритные, термодинамические (площадь стенок камер) показатели, чем 3-камерники (Грея). Поэтому имеет смысл делать много камер, если нужен большой рабочий объем. По аналогии с авиа-ПД объем 1 камеры может иметь до 5л, трех – 15л. Этого достаточно, чтобы перекрыть весь ряд мощностей до 800-1000 лс в одном модуле / секции, дальше уже выпускаются ГТД. Правда, они на порядок дороже.

 

[Стриж]

В РД Грея-Школьника выделена специально организованная сферическая КС, в которую в ВМТ вытеснено 99% воздуха. Все топливо сгорает в ней при постоянном объеме. Этого ни у какого ПД получить невозможно. Площадь стенок КС в ВМТ у ПД в разы больше. За счет такого процесса потери и снижены.

Категорически с Вами согласен.
При температуре горения рабочей смеси (до 3000 град. С) основные потери энергии идут через излучение в момент вспышки. Интенсивность излучения пропорциональна четвёртой степени температуры, таким образом, идеальная форма камеры сгорания — сферическая. При расширении температура газов в разы ниже и быстро падает.

 

[МаГент]

Уже выкладывал концепцию малообъемного 5-камерного РД, высокооборотного, без СШ и РУЭ, с калильными свечами вместо искровых.

Не подскажете, где выкладывали? Очень интересно посмотреть.

Недостатками такого РД являются меньший мех. КПД, ресурс, большее число свечей (форсунок) и уплотняемый периметр, большее число оборотов подшипника ротора, чем у коренных. Правда, сейчас есть керамические подшипники. 5-камерный РД делала фирма Рено. 5-7-камерные РД имеют худшие удельные массо-габаритные, термодинамические (площадь стенок камер) показатели, чем 3-камерники (Грея).

Эти недостатки общеизвестны еще с 60-х. Но давайте взглянем поподробнее. Общее у всех РД с роторным газораспределением это необходимость выделения места в центре ротора под размещение
-эксцентрика вала,
-газовых каналов,
-масляных каналов,
-торцевых уплотнений,
- и тут же еще болтаются шестерни синхронизации.
Понятно, что все это разместить непросто. В РД3 (трехкамерный) для этого приходится увеличивать "С". Отсюда растут габариты, длина периметра и площадь ротора, линейная скорость радиальных УЭ.
В моем рисунке у пятикамерного РД5 "С" сделано равным 1. В РД3 сделать С=1 не удастся, а в РД5 места вполне достаточно. При этом габариты ротора не выше чем у РД3 с "С"=2.5, а линейная скорость РУЭ ниже почти в 2 раза.
Но главное, что мне было нужно от РД5 с С=1 - это точки неподвижности в узлах "лепестков". Смысл в том, что в момент, когда РУЭ статора входит в "стык" между лепестками ротора, эта точка неподвижна, как и контактирующий зуб катящейся шестерни.
Проблема как я ее вижу в том, что у РД3 ограничен диаметр шестерней. Поэтому на них приходится высокая нагрузка. Отсюда высокие требования к качеству и малый ресурс. У РД5 размер шестерен намного больше, поэтому теоретически ресурс больше. Плюс как я надеюсь эти "зоны неподвижности" в узлах лепестков будут помогать шестерням работать и частично их разгрузят.

 

[МаГент]

Уже выкладывал 

Это?

 

[Стриж]

Уже выкладывал это 

Да, это биротативный трохоидный маслонасос, - аналог 5-камерного РД.
При малом значении параметра С синхронизирующие шестерни (СШ) не помещаются не только внутри, но и снаружи ротора. Нагрузки на СШ небольшие, они практически не изнашиваются. Эксцентрик занимает много места и имеет повышенное трение, - лучше делать разборный коленвал. В этом случае места для каналов хватает.

 

[МаГент]

Недостатками такого РД являются меньший мех. КПД, ресурс, большее число свечей (форсунок) и уплотняемый периметр, большее число оборотов подшипника ротора, чем у коренных. Правда, сейчас есть керамические подшипники.
5-камерный РД делала фирма Рено. 5-7-камерные РД имеют худшие удельные массо-габаритные, термодинамические (площадь стенок камер) показатели, чем 3-камерники 

Предлагаю подумать над этими утверждениями поподробнее.
Посмотрим на подшипник.
Особенностью внутреннего зацепления шестерен (СШ) у РД при неподвижной обкатываемой является то, что катящаяся шестерня, а с нею и ротор поворачиваются на 1 выступ ротора за 1 оборот вала. Следовательно угловая скорость вращения ротора относительно статора с увеличением количества камер снижается.
То есть у РД3 ротор делает 1 оборот вокруг своей оси за 2 оборота вала, а ротор РД5 делает 1 оборот вокруг своей оси за 4 оборота вала. Таким образом утверждение "большее число оборотов подшипника ротора, чем у коренных" к сожалению (или к счастью 😉) не совсем верно. Подшипник ротора делает еще 1 оборот на 1 оборот вала плюсом к оборотам ротора. Поэтому подшипник ротора вращается немного быстрее подшипника вала, но тем медленнее, чем больше камер.
При этом количество РХ, приходящихся на 1 оборот вала растет пропорционально количеству камер. То есть у РД3 за 2 оборота вала будет 3 РХ, а у РД5 за 2 оборота вала будет уже 5 РХ.
Площадь, длина и линейная скорость уплотняемого периметра в пересчете на 1  камеру при различном количестве камер практически не меняются. Удельная площадь поверхности тепловых потерь в пересчете на 1 РХ тоже не меняется.
Таким образом при увеличении количества камер удельные показатели РД Грея в первом приближении остаются постоянными.
Однако, при 5 и более камерах, "С" можно снизить вплоть до 1, а это увеличивает удельные показатели, при этом большее количество камер облегчает конструкторскую компоновку РД.
Кроме того с ростом количества камер растет количество РХ, приходящихся на 1 оборот вала. Это осбенно важно для конструирования авиамоторов, поскольку позволяет уйти от применения редуктора.
Если же мы применим разделение РД на 3 секции, компрессорную, рабочую и расширительную, о чем  я писал выше, то мидель двигателя можно будет снизить еще раза в 4.

 

[Стриж]

Нам нужно определиться, какой двигатель нам нужен. Есть огромная потребность в авиамоторе мощностью порядка 80-120лс. Мотор нужен срочно.
ВадимЕ писал: Нужен конкретно авиамотор, не просто мотор, не мотор для машины, саней, лодки и т.д. а именно авиамотор и поэтому он должен отвечать ряду критериев.
1. Надежный
2. Простой (как одна из составляющих надежный и если можно использовать магнето и карбюратор от Газона то это хорошо)
3. Мощный
4. Легкий
5. Дешевый
6. И где -то там экономичный
Борьба за проценты КПД мне чужды, как устроен двигатель побоку, если он отвечает 6 пунктам то хоть Ванкель, хоть бесшатунник, хоть черт из табакерки, если сможет отработать на основных своих узлах хотя бы 1000 часов на 90% мощности, то честь и хвала создателю этого мотора.
Воплощение в металле проекта РД-200 «Протон» (РД) позволит получить мотор, отвечающий всем 6 требованиям.
1.      РД содержит одно подвижное звено (кроме вала) против сотен подвижных звеньев в 4-9-цилиндровых ПД (порядка тысячи деталей). Значит, - в сотни раз надежнее, чем ПД.
2.      См. пункт 1.
3.      Мощность можно увеличить, добавив еще 1 модуль (секцию).
4.      РД в разы легче и компактнее ПД.
5.      См. пункт 1.
6.      В самом наихудшем случае экономичность будет не хуже, чем у лучших ПД.
7.      Высокий механический КПД гарантирует ресурс в тысячи часов.

 

[Стриж]

Выложена схема размещения РД «П» в мотогондоле (для двигателя БМВ 1100) нашей амфибии СК-12 «Орион». На глаз видно, что в поперечном сечении мотогондолы может разместится в ряд 4 РД «П», а на виде сбоку – 2 таких ряда, т.е. 8 РД «П», - суммарно 16 л рабочего объема, против 1,085 л у БМВ. При этом нужно учесть, что оппозитный двигатель БМВ имеет рекордную компактность по длине, а мотогондола максимально «обжата» по миделю двигателя БМВ. Т.е. взят для сравнения не габаритный объем двигателя, а объем мотогондолы.                                                                                    

 

[МаГент]

Нам нужно определиться, какой двигатель нам нужен

Очень правильная мысль. Очевидно, что ваш РД200 один из первых кандидатов, как самый проработанных из числа РД. Однако на этой ветке (и поскольку у меня стадия еще пока начальная 😉) есть смысл пообсуждать "достоинства и недостатки" РД вообще. Чем и занимаюсь.
Вот например, схема РД Грея очень интересна тем, что позволяет легко реализовать 5-, 6-, 7-, и сколькоугодно- тактные циклы. Достаточно применить ротор с требуемым количеством выступов. Например цикл с промежуточной продувкой цилиндра (а заодно и ротора) чистым холодным воздухом для сверхэффективного охлаждения. Для этого потребуется ротор с тремя выступамии, рабочим, газообменным, и продувочным, и статор с четырьмя камерами. При этом снимутся вообще какие-либо проблемы с перегреванием, поскольку охлаждение будет идти непосредственно изнутри и как раз на те элементы, которые трудно охлаждаются при внешнем охлаждении. Формально это конечно можно реализовать и в ПД, но поскольку при этом снижаются удельные показатели, так не делают. А у Грея, с его сверхкомпактными размерами это вполне допустимо. При этом от системы внешнего охлаждения можно совсем отказаться, что упростит и повысит надежность мотора в целом.

 

[Стриж]

При этом снимутся вообще какие-либо проблемы с перегреванием, поскольку охлаждение будет идти непосредственно изнутри и как раз на те элементы, которые трудно охлаждаются при внешнем охлаждении.

У РД Школьника охлаждение как раз идет непосредственно изнутри. Поступающий в ротор воздух отсасывается за счет эжекции выхлопными газами. Судя по схеме, воздух из рубашки охлаждения выпускного канала идет по каналу в окно впуска, - происходит подогрев воздуха. Это улучшает испарение топлива. Конечно, уменьшается  плотность заряда и наполнение камер, но именно это требуется для цикла Аткинсона. Тепло используется, а не выбрасывается впустую «на ветер», как в интеркулере. Это были мои давние идеи, кажется, что Школьник пришел к тому же. В РД «П» весь воздух охлаждающий ротор, поступает в рабочие камеры, - КПД может быть еще выше.

 

[МаГент]

У РД Школьника охлаждение как раз идет непосредственно изнутри.... . Тепло используется, а не выбрасывается впустую «на ветер», как в интеркулере.

Абсолютно правильно. Благодаря альфа = 3 весь избыточный воздух выносит избыток тепла из камеры, при этом превращая его в работу, в то время, как в обычных двигателях это тепло пропадает впустую, да еще тратится энергия на работу системы охлаждения. Потому и КПД такой высокий. Однако учитывая вашу фразу: "Борьба за проценты КПД мне чужды, как устроен двигатель побоку, если он отвечает 6 пунктам то хоть Ванкель, хоть бесшатунник, хоть черт из табакерки, если сможет отработать на основных своих узлах хотя бы 1000 часов на 90% мощности, то честь и хвала создателю этого мотора..." стоит посмотреть в чем плюс предложенной 6-тактной схемы с промежуточной продувкой цилиндра холодным воздухом. Смысл в том, что объем цилиндра ( а значит и размер двигателя ) для альфа=3 должен буть увеличен в 3 раза по сравнению с альфа=1. В 6-тактном цикле увеличение составит всего 50%. То есть удельные показатели при таком цикле в 2 раза выше. Хотя конечно при этом КПД получается несколько ниже. Считаю, тоже имеет право на жизнь.

 

[МаГент]

Вот интересный вопрос, бывают ли ТНВД на 7 цилиндров? Или на 5... Скажем на 3 цилиндра можно из 6-цилиндрового сделать, а вот на 5 уже не сделаешь...

 

[JohnDoe]

Вот интересный вопрос, бывают ли ТНВД на 7 цилиндров? Или на 5... Скажем на 3 цилиндра можно из 6-цилиндрового сделать, а вот на 5 уже не сделаешь...

Коммон рейл? 😉

 

[МаГент]

Коммон рейл?

Для любительских условий сложновато, да и контроллер перепрошить вряд ли получится. Вообще складывается устойчивое впечатление, что автогранды намеренно усложняют конструкцию, чтобы контролировать рынок.
Ну так серьезно, надо ТНВД на 5 или 7 фаз. Нашел китайский дизель на 10 Л.С., с нормальным ТНВД, на 3 цилиндра подходящей производительности. Думаю заказать у них парочку насосов для переделки на спаренный 5 цилиндровый. Может как-то проще можно... 😱.

 

[TsAI]

Вот интересный вопрос, бывают ли ТНВД на 7 цилиндров? Или на 5... Скажем на 3 цилиндра можно из 6-цилиндрового сделать, а вот на 5 уже не сделаешь...

Ну так серьезно, надо ТНВД на 5 или 7 фаз... 

на развалах дизельного легкового хлама навалом бошевских "пятерок" - эта одноплунжерная механика распределительного типа ставилась на вихрекамерные дизельки ауди100. Рядные пятиплунжерные тнвд-"пятерки" с древних М&Веnz-300.
о семицилиндровых дизелях (кроме 7 и 9 ц. дизелей-авиазвезд 30-х годов) и соответственно тнвд мне
( :IMHO и вообще никому) ничего неизвестно.

 

[JohnDoe]

Для любительских условий сложновато

Ну, как я прочитал, в 4-цилиндровом 4Т коммон-рейле ТНВД(одноплунжерный) делает 2 впрыска за оборот, создавая пик давления в момент открытия форсунки. Приводится от вала дизеля передачей с соотношением 1:1. Для 5-цилиндрового нужно просто увеличить частоту вращения ТНВД на 25%(5Ц/4Ц), т.е. просто заменив шкивы/звёздочки привода ТНВД, в сам насос при этом лезть не требуется. Ту же методу можно применить и для 7-и, 9-цилиндрового 😉
ИМХУ.

 

[Андрей Миллер]

Ну так серьезно, надо ТНВД на 5 или 7 фаз.

Ну так есть же ТНВД распределительного типа.
Например, от Д37Е - четверка. Поставьте два, один штуцер отсоедините... 🙂

 

[Андрей Миллер]

Для 5-цилиндрового нужно просто увеличить частоту вращения ТНВД на 25%(5Ц/4Ц), т.е. просто заменив шкивы/звёздочки привода ТНВД.

Можно и так.... 🙂