Роторные двигатели

Секрет компактности РД – небольшой «мертвый» объем относительно рабочего объема камер. В ПД мертвые объемы значительно больше рабочих объемов цилиндров. Двигатели показаны в одном масштабе, причем, рабочий объем камер РД вдвое больше, чем рабочий объем двух цилиндров ПД. Рабочие объемы заштрихованы.
Длина ПД с редуктором 620мм, длина РД с генератором – 360мм (Оба двигателя - без карбюраторов). Длина 4-цилиндрового ПД равного с РД рабочего объема, с редуктором, не менее 900мм.
 

Вложения

  • RD-200_ob_em_KS__SH.jpg
    RD-200_ob_em_KS__SH.jpg
    71,4 КБ · Просмотры: 94
ЦИАМ с Гаврило Ямским заводом и их ПД «Российский Ротакс» скорее всего, останется теорией. Поскольку для его освоения нужны неподъемные инвестиции, которые не могут позволить себе даже на западе. Делать ставку на ПД – гарантированное отставание.
Еще на паровике Кюньо стоял ПД – без малого 300 лет назад.  Большая авиация сразу отказалась от этих поршневых динозавров - ПД, как только появилась более легкая, надежная, ресурсная альтернатива – ТВД.
В легкой авиации такой альтернативой является роторный двигатель (РД). А для его освоения нужны на порядки меньшие средства, чем для ПД. На реализацию изобретения никто никогда не даст миллиарда у.е.
Например, только 1 фирма Бенц каждый раз на создание нового ПД тратит сумму вдвое большую, чем потрачено за ВСЕ 50 лет ВСЕМИ фирмами мира на создание ВСЕХ типов РПД Ванкеля. Причем всегда ПД является новым только в рекламных заявлениях, поскольку из схемы ПД давно уже выжато все. Та же история с авиадизелем Gemini 100.  Инновации на Западе давно превратились в атрибут рекламы, интриги, пиара и маркетинга, но не прогресса (это не новации).
Благодаря такому «прогрессу» мы до сих пор ездим на колесных бричках с мотором, предложенных в позапрошлом веке, грузим грузы погрузчиками, основа  которых, -  вилочный захват с противовесом известен сотни лет, летаем на пассажирских самолетах, схема которых (и схема двигателя) не меняется уже лет 80 и т.д.
 
Время-сечение при оконном газораспределении может обеспечить практически любые обороты РД. Сечение постоянно открытых торцевых газообменных окон ротора в разы больше, соответственно меньше скорость потока и сопротивление. Во всяком случае, сопротивление газообменных трактов РД не выше, чем у ПД, которые раскручиваются до десятков тысяч оборотов в мин. Тем более, все эти проблемы несущественны для безредукторного авиа-РД, где обороты не превышают 3300. Нет особых проблем и с выпуском, - боковой корпус, улитка выпуска и корпус коренного подшипника коленвала охлаждаются тосолом, либо смазочным маслом. В двигателе BMW1150GS смазочным маслом охлаждаются выпускные каналы на совсем небольшом участке, - при этом отводится 60% тепла и только 40% остается на воздушное охлаждение. Длительная доводка тут не требуется.
Средняя скорость скольжения поверхности эпитрохоиды ротора РД-200 относительно апексов – 9 м/с, это меньше чем ср. скорость поршня ПД. При прочих равных условиях эта скорость (значит и мощность) у РД может быть в 5 раз больше, чем у ПД. Например, РД-200 будет иметь мех. КПД 0,85 при относительной ср. скорости апексов 37,5 м/с  и     13 600 об/мин.
РД может быть выполнен не только из металла, в выпускном тракте можно применить композиты, например углепластик, углеродный войлок. Это хороший теплоизолятор, выдерживающий до 2 000 град.С.
 
для его освоения нужны на порядки меньшие средства, чем для ПД.
Весьма оптимистично! Вы сначала отработайте рабочий процесс и уложитесь в сертификационные требования. У ГТД в этом мощностном диапазоне гораздо больше перспектив.
 
  Тогда железо в студию.

Если бы Ваш оппонент имел миллион лишних баксов в кармане, тогда бы вы  могли   предложить автору подобное, а  так, ваш пост ни о чем.



.. Есть ли у Вас какая-либо информация об эпитрохоидных роторных двигателях (РД), выполненных по т.н. схеме с внешней огибающей?   


Добрый день.  Не более того, что сам когда-то рисовал, а схема с внешними огибающими мне всегда нравилась, даже макеты по ней из оргстекла в детстве делал 🙂 Ну а если серьезно, то Ваша схема признаю, интересная, и имеет право на жизнь.
На что советую обратить внимание. Для начала посмотрим уплотнения, неподвижные апексы, плохо или хорошо - И - хорошо и плохо. Неподвижное уплотнение склонно к закоксованию, однозначно. Но это же и хорошо, нет центробежной состовляющей, да и потом их все равно негде поставить, кроме того места, на котором они расположены, так что это как данность.

В целом, схема работоспособная, самое ответственное место, на которое надо обратить особое внимание ... как Вы наверное догадываетесь, на систему газораспределения, которая выполнена на теле  ротора.  Каналы впуска и выпуска требуют тщательной проработки, я Вам очертил красным сектора на теле статора, через которые можно вывести отработанные газы через корпус наружу, к выпускному коллектору. Соответственно такие же сектора на теле ротора, но с другой стороны, будут принадлежать и окнам впуска. Остается продумать в теле ротора проходы к выделенным секторам. В любом случае они не должны пересекаться с полостями блока синхронизирующих шестерен, иначе масло придется заливать в двигатель ведрами.

Что еще, раз ротор имеет большое число функций, а он такой несимметричный и однозначно захочет как нибуть хитро изогнуться при нагреве, а там всего одна лопатка. Далее, нужно тщательно подобрать пары трения, материал ротора, и закрыть зоны  педполагаемого  перегрева. Лучше всего газовыпускной тракт каналов выпуска внутри ротора замостить керамикой (однозначно), огнеую грань ротора тоже покрыть теплоизолирующим покрытием. Но даже при выпонении указанных мер, ротор остается самым проблемным местом двигателя, так как ему нужно иметь еще на наружных гранях систему торцевого уплотнения, а это не просто. В "гаражных" условиях такой ротор не сделать, да даже если в нем  будет установлен станок ЧПУ, все равно потребуется длительная доводка.

И последнее, хотелось бы выяснить, где при таком большом количестве функций ротора автор собирается располагать подшипники, и эксцентрик которые будут поддерживать сам ротор, лично я не вижу места, куда этот блок можно было бы воткнуть.
 

Вложения

  • 2_646.jpg
    2_646.jpg
    36,3 КБ · Просмотры: 101
RVD. Благодарю за ответ. Не сомневался, что Вы оцените схему РД положительно. По-моему, данная схема однозначно более перспективная, чем схема Ванкеля и Фреде. Ванкель «пошел не тем путем», как говорил дедушка Ленин. А ведь он решал проблемы газообмена через ротор в своем биротативном. Вот что значит инерция мысли. Главное, - генеральная идея, - была выбрана неверно. 
Я хорошо представляю себе круг проблем, но думаю, что они решаемы. Особенно в 5-камерном варианте РД. Но там больше относительная поверхность камер и «мертвые» объемы РД. Выкладываю для образца схему выхлопных окон и каналов в роторе.
В 3-камерном будет сделано аналогично. Окно в статоре такое же, как Вы нарисовали, только цельное, - треугольное без перемычек. Так будет больше сечение, правда нагревается щека коленвала, но ее можно теплоизолировать. Да, в 3-камерном получается коленчатый вал, а не эксцентриковый, поэтому – подшипники малого диаметра, - остается место для каналов газообмена. Синхронизирующие шестерни вынесены из ротора в окно впуска статора.
«И последнее, хотелось бы выяснить, где при таком большом количестве функций ротора автор собирается располагать подшипники, и эксцентрик которые будут поддерживать сам ротор, лично я не вижу места, куда этот блок можно было бы воткнуть.»
 

Вложения

  • RD-22_001.jpg
    RD-22_001.jpg
    24,8 КБ · Просмотры: 80
Где-то, сейчас запамятовал, мне попадалась схема такого двигателя с боковыми клапанами, то бишь "L-образная" камера. Верхние клапана у французов. Смущает меня что-то газораспределение через ротор.
 
А.Г.К. писал: Весьма оптимистично! Вы сначала отработайте рабочий процесс и уложитесь в сертификационные требования. У ГТД в этом мощностном диапазоне гораздо больше перспектив.»

В режиме взлетной мощности удельные расходы топлива РД (ДВС) и ГТД примерно равны, если мощность ГТД превышает 2000 л.с. При меньших мощностях у ГТД резко растут удельные расход топлива и масса. Поэтому ГТД мощностью менее 700 л.с. практически не применяются на ЛА. На крейсерских режимах (примерно 30 - 50% максимальной мощности) удельный расход у ДВС несколько снижается, а у ГТД – растет почти вдвое.
Приходится использовать ГТД на мощности близкой к максимальной, но при этом резко падает «КПД» ЛА – аэрокачество. Наименьший удельный расход имеют дизельные ДВС и РД с турбокомпрессором, - в 2,5…3 раза меньше чем у ГТД. Как писал Олег Лобусов (КБ «Сокол»), применение ГТД в этом диапазоне ведет к чудовищным смысловым и стоимостным потерям.
В 5-камерном (французском) варианте РД больше относительная поверхность камер и свободные - «мертвые» объемы ротора РД. Для охлаждения ротор может полностью изнутри омываться свежим зарядом, при этом сопротивление тракта всасывания будет значительно меньше, чем у РПД с таким же охлаждением ротора. Выхлопные окона, торцевые окна и соединяющие их каналы в роторе можно теплоизолировать.
 
Наименьший удельный расход имеют дизельные ДВС и РД с турбокомпрессором, - в 2,5…3 раза меньше чем у ГТД
Дизельные ДВС и ГТД знаем, РПД - жизнь теплится еле еле, но работает, а вот ни одного хорошо работающего РД в жизни не видел  ;D
Но в рейтинге он уже есть! Может и вечный двигатель туда поставим - чего уж стесняться! ;D
 
Поэтому ГТД мощностью менее 700 л.с. практически не применяются на ЛА. 
Откуда такая информация? Вот недавно в Арктике была экспедиция, летал Робинсон с ГТД Ролсс-Ройс. Поршневики недопустили.
Как писал Олег Лобусов (КБ «Сокол»), применение ГТД в этом диапазоне ведет к чудовищным смысловым и стоимостным потерям.
С Лобусовым приходилось общаться лично, у него свои предпочтения и свои заблуждения как и у всех нас. У ГТД не всё так печально как пишут некоторые.
Выхлопные окона, торцевые окна и соединяющие их каналы в роторе можно теплоизолировать.
Вот здесь и будет масса больших, средних и мелких проблем.
Пришлось иметь дело с мощными дизелями воздушного охлаждения, проблем с охлаждением головки выше крыши, у РПД всё значительно сложней.
Схема предложенного Вами двигателя интересна, работы впереди не на одно десятилетие.
 
Такие РД строились. О значительных преимуществах РД эпитрохоидной схемы с внешней огибающей говорит и тот факт, что на французской фирме Рено был создан конкурентоспособный бензиновый, а затем дизельный двигатель данной схемы, даже при сохранении главного недостатка ПД - клапанного газораспределительного механизма, который значительно ухудшает все характеристики двигателя (патент от 26.5.1961). РД был легче и компактнее существующих дизельных ПД.
Под давлением глобальной мафии производителей ПД руководство фирмы было вынуждено положить проект под сукно. Всякая информация о нем заблокирована.   
См."Ротопоршневые двигатели"  В.С.Бениович... М.М 1968. (с 128)                  
 

Вложения

  • __-21.jpg
    __-21.jpg
    111,6 КБ · Просмотры: 103
Под давлением глобальной мафии производителей ПД руководство фирмы было вынуждено положить проект под сукно. Всякая информация о нем заблокирована. 
Не надо теорию заговора. Всё гораздо проще, очень жёсткие требования на токсичность отработавших газов. Просто дизель французов имел повышенный угар масла и соответственно был гораздо более токсичным по сравнению с классическим поршневиком. Уплотнения у всех РПД "узкое место".
 
... Уплотнения у всех РПД "узкое место". 


- Скоро все поменяется.

Под давлением глобальной мафии ...               


- Что касается Реновского РПД , он никуда и не мог пойти, так как ничего не показал. РПД с клапанами, так же смешен, как и самолет с машущим крылом.
 
А.Г.К писал:
Просто дизель французов имел повышенный угар масла и соответственно был гораздо более токсичным по сравнению с классическим поршневиком."

Откуда такие сведения? Если можно, ссылку, пожалуйста.
 
Откуда такие сведения? Если можно, ссылку, пожалуйста.
А это уже опыт работы в моторостроении. Если бы знал что нужно сохранять ссылку для Вас то сохранил бы. А так просто прочёл и прошёл мимо. Теперь просто включите логику. Что лучше уплотняет набор колец в цилиндре или отдельные апексы и торцовые уплотнения? Затем сделайте ретроспективу по Маздовским РПД и почитайте как они боролись с этим явлением. Узнайте почему у них эпитрохоида весьма сильно модифицированна. Изобретательство это одно, конструкторская работа это совсем другое. Изобретатели, ребята как правило, без "тормозов" вот и плодятся "бумажные тигры". Конструктор вынужден работать в объективной реальности и поэтому не позволяет себе "безудержный полёт фантазии". Только практические, натурные испытания покажут Вам все проблемы данной конструктивной схемы, а так это просто эмоции.
 
Уплотнительные кольца в любом двигателе должны выполнять функции не только газовых уплотнительных элементов, но в еще большей степени теплоотводящих, активно передающих большие тепловые потоки от подвижного элемента (ротора или поршня) в неподвижный корпус. В поршневых двигателях верхнее поршневое кольцо отводит до 70% всей  теплоты от поршня в блок. Поэтому его сечение имеет значительную высоту и площадь контакта, - давление газов в 30-60 раз превышает давление от сил упругости кольца. Отсюда большие потери на трение. Приходится обильно смазывать, ставить маслосъемные кольца.
Известно, что чем меньше площадь контакта, тем герметичнее уплотнение цилиндра / клапана. У поршневого кольца допускается окружной зазор до трети длины окружности (ВАЗ-08), необходим тепловой зазор в стыках, увеличивающийся по мере износа и т.д. Приходится увеличивать число колец, усугубляя недостатки. Так что поршневые кольца – не такое уж идеальное уплотнение.
Напротив – апексы у РД имеют минимальную площадь контакта и лучше прилегают, - т.к. по линии, а не по кривой. Также торцевые углеграфитовые уплотнения РД прилегают по плоскости с минимальными потерями на трение.
 
   ... У поршневого кольца допускается окружной зазор до трети длины окружности (ВАЗ-08), необходим тепловой зазор  ...

Приятно осозновать, что литературу по ДВС Вы тоже читаете, но все же, выше приведенное утверждение не совсем правильно отражает действительность. В реальном двигателе кольцо никогда  не прилегает плотно по длине окружности - имеет место так называемая "крутка кольца". По этой причине разьем кольца  (замок), не основное место прорыва газов. У апексов положение не лучше.


Также торцевые углеграфитовые уплотнения РД прилегают по плоскости с минимальными потерями на трение.

Все так, но пока таких уплотнений для РПД никто не делает, как впрочем и для поршневых ДВС.  В любом случае, все это временные трудности.
 
Все так, но пока таких уплотнений для РПД никто не делает, как впрочем и для поршневых ДВС.
А как же рассказ/статья на Вашем сайте про такие кольца, которые толи в Казахстане, толи ещё где испытвали? 😉
 
Предложенная схема РД позволяет осуществить любой 4-тактный цикл Дизеля, Отто, или Стирлинга без применения специального механизма газораспределения. Герметизация камер обеспечивается радиальными и торцевыми уплотнительными элементами (РУЭ и ТУЭ) в корпусе, прижимаемыми к ротору давлением газа и ленточными пружинами, - без центробежных сил. Для улучшения теплоотвода углеграфитовые ТУЭ могут располагаться и на роторе. Отсутствие механизма газораспределения делает двигатель значительно проще четырехтактного поршневого (экономия составляет около тысячи деталей), а отсутствие сопряжений секций, картерного пространства, коленвала с большими радиусами многочисленных кривошипов, противовесов и шатунов, многочисленных каналов газообмена между отдельными рабочими камерами (цилиндрами) и т.п., обеспечивают необычайную компактность и высокую удельную мощность. За полтора оборота двигатель РД выполняет три рабочих хода (три полных рабочих цикла), что эквивалентно работе шестицилиндрового поршневого двигателя.
Смесеобразование, зажигание, смазка, охлаждение, запуск принципиально такие же, как и у обычного поршневого двигателя внутреннего сгорания.
 
Назад
Вверх