Роторные двигатели

   В условиях войны поршневые авиадвигатели (ПД) приходилось использовать, несмотря на все их недостатки. Война все списывала. В мирное время в гражданской авиации это годилось. Там считали деньги. Требовалась высокая надежность и безопасность. На лайнерах до 50-х годов ПД отказывали по 10 раз в день. Среднестатистический налет на отказ был менее 3,5 час. Новый АШ-73 имел ресурс всего 50 ч. Сравните с ТВД и почувствуйте разницу!
   По сравнению с поршневыми двигателями РД имеют в 10-16 раз больший коэффициент плотности компоновки, имеют в 2-3 раза меньшую массу и габариты, в 2-3 раза меньшие потери на трение, во много раз меньшее число деталей, чрезвычайно простую кинематическую схему, полную уравновешенность при значительно меньшей и постоянной силе инерции на подшипнике коленвала, и отсутствии газораспределительного механизма. Это допускает гораздо большую быстроходность двигателя. Неплохие массо-габаритные показатели получатся и при более надежной безредукторной (малооборотной) схеме. ПД приходится делать быстроходным чтобы уменьшить его удельную массу и габариты.
Благоприятный характер протекания рабочего процесса дает большую равномерность крутящего момента, высокий термический к.п.д., работу на тяжелом или газовом топливе и экономичность РД. Девятицилиндровый поршневой авиадвигатель с двухклапанными головками имеет свыше 300 движущихся в основном возвратно-поступательно, неуравновешенных  звеньев. Аналогичный двигатель по схеме С.Баландина будет иметь только на несколько процентов меньше подвижных звеньев. Именно механизм газораспределения (около тысячи деталей) и несет основные проблемы, внося максимальные усложнения в конструкцию двигателя, и в еще большей степени, составляет основные расходы при разработке, эксплуатации и ремонте силового агрегата.
Односекционный трех, 5-и или 7-камерный роторный двигатель будет иметь только одно (кроме коленвала) планетарно вращающееся (подвижное) звено.
 
Схема 5-камерного РД с эпитрохоидным ротором.
 

Вложения

  • RD_5-kamer_.JPG
    RD_5-kamer_.JPG
    81,2 КБ · Просмотры: 90
Ученые-специалисты считают, что наиболее прогрессивными и перспективными из предложенных являются эпитрохоидные РД (ротопоршневые), к которым относится предложенный РД, известный ранее как РД Грея (Gray) а позже как РД фирмы Рено (Патент на дизельный РД получен 26.05.61г), и еще более известный, получивший всеобщее признание ротопоршневой двигатель (РПД) Ванкеля, который выпускается серийно некоторыми фирмами с 1964 г. Опыт создания и эксплуатации миллионов двигателей Ванкеля доказал, что при современном уровне развития техники и технологии возможно создание и производство работоспособных и надежных уплотнений рабочих камер, что являлось основной причиной неудач при бесчисленных попытках создания РД. С другой стороны, ПД при всех своих недостатках остается основным, т.к. имеет самые простые уплотнения рабочих камер (цилиндров).  Таким образом, работоспособными оказались только два типа РД.
Определяющим преимуществом предложенного РД перед двигателем Ванкеля является более простое уплотнение рабочих камер, т.к. уплотнительные элементы расположены в корпусе двигателя (а не на роторе). Отсюда удобство смазки, охлаждения, регулировки прижима, ремонта (замены), увеличение эффективности. Главное - отсутствуют переменные центробежные силы инерции, вибрации и т.д. Ротор, не имеющий радиальных уплотнений, проще по конструкции, меньше весит, радиальные уплотнения (апексы) не перегреваются, т.к. удалены от камеры сгорания. Предложенный РД имеет и другие важные преимущества перед двигателем Ванкеля - высокая степень сжатия (возможен цикл Дизеля или газовое топливо), удобная форма камер сгорания, меньшая (в 3 раза) теплонапряженность, что дает равномерное температурное поле корпуса и допускает воздушное охлаждение, обычные свечи и обычную систему зажигания. Эффективнее охлаждение ротора РД топливно-воздушной смесью (свежим зарядом) и смазка масляным туманом. Значительно меньшее перекрытие фаз газораспределения расширяет диапазон оборотов РД, улучшает экономичность. Обработка наружной поверхности эпитрохоиды (ротора) более технологична, чем внутренней поверхности (у двигателя Ванкеля). Теоретически, при прочих равных условиях, схема с внешней огибающей дает более высокую мощность (на 50% и более), чем схема с внутренней огибающей. Кроме того, в РД возможно выполнение 5 или 7 рабочих камер в одной секции, что по равномерности крутящего момента соответствует 8 или 12-цилиндровому поршневому двигателю, и позволяет получить на порядок больший рабочий объем в одной секции. Двигатель Ванкеля, как и ПД, для увеличения равномерности вращения и/или рабочего объема приходиться выполнять многосекционным, что усложняет конструкцию,  увеличивает массу и габариты, снижает надежность и т.д. 
 

Вложения

  • RD-201.jpg
    RD-201.jpg
    144,9 КБ · Просмотры: 86
Схема 3-камерного РД.
А схему газораспределения можно показать?
У этой схемы есть ещё вариант с вращающимся наружным кольцом. Соответственно камеры сгорания поочерёдно подходят к свечам зажигания. Это одна из старых схем Ванкеля. Согласен с Вами, схема интересная.
 
По сравнению с поршневыми двигателями РД имеют в 10-16 раз больший коэффициент плотности компоновки, имеют в 2-3 раза меньшую массу и габариты, в 2-3 раза меньшие потери на трение, во много раз меньшее число деталей, чрезвычайно простую кинематическую схему, полную уравновешенность при значительно меньшей и постоянной силе инерции на подшипнике коленвала, и отсутствии газораспределительного механизма. Это допускает гораздо большую быстроходность двигателя. Неплохие массо-габаритные показатели получатся и при более надежной безредукторной (малооборотной) схеме. ПД приходится делать быстроходным чтобы уменьшить его удельную массу и габариты.
Как можно иметь в 2-3 раза меньшие потери на трение в РПД, если мех. КПД ПД примерно 0,75 - 0,95%? 🙁
Простая кинематическая схема, как правило влечет за собой сложную доводку и технологию изготовления. Что и полностью подтвердил опыт Мазды.
Полной уравновешенности у РПД так же нет, а отсутствие мех. ГРМ не оригинально. У двухтактных ПД его тоже нет, и РПД может (это недостаток, а не достоинство) работать только по двухтактному циклу... 🙁
Ну и РПД почему то тоже крутят за 6000 оборотов. Зачем, если так все хорошо? 🙁
 
А.Г.К.
Показываю схему газораспределения 3-камерного РД. Впуск производится через один торец ротора, а выпуск – через противоположный, посредством кольцевых камер в боковых корпусах.
 

Вложения

  • RD-1.jpg
    RD-1.jpg
    88,1 КБ · Просмотры: 86
Стриж, без обид. Вы теоретик. Практика показывает что только при переделке бокового впуска на радиальный мощность обычного роторного движка увеличивается на 20-30%. Т.е. простая оптимизация воздушных потоков заметно сказывается на работе движка. А на верхних схемах присутствуют дополнительные камеры впуска-выпуска. Следовательно будут дополнительные газовые колебания. Что не есть гут. Поверьте, воздух он на поверку не такой мягкий и безобидный, особенно при 6000 об и выше.
 
Впуск производится через один торец ротора, а выпуск – через противоположный
Согласен с "Ротором". Газообмен через ротор весьма сложная техническая задача. Впуск через ротор это нормально, а вот выпуск вызовет массу проблем. Радиальный впуск для данной схемы всё таки предпочтительней хотя появляются другие проблемы и "лишние" подвижные детали.
 
Андрей Миллер писал:
Как можно иметь в 2-3 раза меньшие потери на трение в РПД, если мех. КПД ПД примерно 0,75 - 0,95 ?»

В тронковом авиа-ПД из-за боковых сил на поршнях коэффициент трения может достигать 0,45 (65% мех. потерь), а в РД с графитовыми уплотнениями – 0,04. Кроме того, в ПД есть большие насосные потери – до 15% мех. потерь, потери в ГРМ – 10%, в редукторе до 15%, в приводном нагнетателе до 16%. В РД все это просто отсутствует!
Можно иметь и в 4-6 раз меньшие потери на трение в РД, если мех. КПД авиа-ПД примерно 0,74 - 0,85 (у РД мех. КПД  0,96).
С.Баландин. Бесшатунные двигатели.
 
В тронковом авиа-ПД из-за боковых сил на поршнях коэффициент трения может достигать 0,45 (65% мех. потерь)
Ну не всё так ужастно. Это старая страшилка кочующая из одной книги в другую. Основная доля потерь в ЦПГ приходится на кольца.
 
Ротор писал:
Стриж, без обид. Вы теоретик.»

Я вообще-то практик. В смысле, большинство моих многочисленных разработок проверены «в металле» с положительными результатами испытаний, в т.ч. в воздухе. Хотя, последние 20 лет, многие практики по известным причинам вынуждены заниматься в основном теорией. Макетный образец РД объемом 300 куб.см  был частично выполнен в металле. К сожалению, закончить и испытать не удалось. На настоящий момент разработан тех.проект авиационного РД-200 «Протон» объемом 2л. Осталось разработать рабочий проект.
 
Прикладываю схему размещения РД-200 в мотогондоле (для двигателя БМВ 1100) нашей амфибии СК-12. На глаз видно, что в поперечном сечении мотогондолы может разместится в ряд 4 РД, а на виде сбоку – 2 таких ряда, т.е. 8 РД, - 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.                                                                                                                25.4.13
 

Вложения

  • RD_kapot_BMV_001.jpg
    RD_kapot_BMV_001.jpg
    82,9 КБ · Просмотры: 79
Стриж, компоновка вещь конечно великолепная но до неё ещё надо дожить. Разберитесь в своих заблуждениях по поводу мех. КПД поршневого двигателя. Роторный двигатель имеет КПД выше чем у поршневика, но всего на несколько процентов. По поводу графитовых апексов, они имеют место быть, их можно применять в малоресурсных двигателях. Возьмите учебник неорганической химии, а лучше монографию по углероду и изучите свойства этого вещества. Газораспределение через ротор вещь заманчивая но "нахлебаетесь", Ванкель это уже проходил. Авиадвигатель обязан выдержать ресурсные испытания, у Вас впереди море работы. Ресурсные испытания это долго, нудно и затратно и это при условии если всё идёт хорошо, а так не бывает.
 
А.Г.К. писал:
Роторный двигатель имеет КПД выше чем у поршневика, но всего на несколько процентов.»

РД – это не Двигатель Ванкеля (РПД), это скорее «Ванкель наоборот» или «вывернутый Ванкель». Сравнительно низкий мех. КПД у РПД – из-за больших центробежных сил на апексах. В РД данные силы отсутствуют, значит КПД будет выше.
Компоновка РД-200 закончена, проблемы газообмена решены.
 
Компоновка РД-200 закончена, проблемы газообмена решены.
А есть база/возможности для воплощения и обкатки пары/тройки "бредней", даже за мой счёт(разумные пределы= ок.10к рублей) пока ипотека не задавила?
 
проблемы газообмена решены.
Не обижайтесь, они у Вас ещё не начинались. Проблемы начнутся в процессе испытаний, это жизнь. Французы недавно сертифицировали авиадизель Gemini 100. Этот процесс у них занял что-то около 8 лет, двигатель классический ПДП-шник. Никаких наворотов и "чудес". Готовьтесь к длительным, переходящим в бесконечность испытаниям. Хорошо если есть спосор который всё это будет финансировать. Вот и ЦИАМ с Гаврило Ямским заводом занимаются испытаниями и доводкой классического оппозита, что то не слышно "торжественных, победных маршей".
 
В смысле, большинство моих многочисленных разработок проверены «в металле» с положительными результатами испытаний, в т.ч. в воздухе. Хотя, последние 20 лет, многие практики по известным причинам вынуждены заниматься в основном теорией. Макетный образец РД объемом 300 куб.смбыл частично выполнен в металле. К сожалению, закончить и испытать не удалось.
Частично в металле, а из чего остальные части? 🙂
В тронковом авиа-ПД из-за боковых сил на поршнях коэффициент трения может достигать 0,45 (65% мех. потерь), а в РД с графитовыми уплотнениями – 0,04. Кроме того, в ПД есть большие насосные потери – до 15% мех. потерь, потери в ГРМ – 10%, в редукторе до 15%, в приводном нагнетателе до 16%. В РД все это просто отсутствует!
Откуда Вы это знаете? В двухтактном ПД нет механизма ГРМ, приводного нагнетателя и он может быть без редуктора.
А вот скорость скольжения лопаток РД - 200 было бы неплохо опубликовать.
Заодно, задать себе простой вопрос: почему у Сейрича при  неподвижных лопатках ничего не получилось? 🙁
 
Назад
Вверх