Роторные двигатели

Стриж

Мы будем строить автолеты!
Откуда
г. Тюмень
А.Г.К писал: Интересно было бы прорисовать этакий аналог М-11, т.е. 5-ти секционный РД, но с клапанной системой ГРМ".

Вы видимо имели ввиду 5-камерный односекционный вариант РД. Особенности  5-камерного варианта РД - бОльшие относительная поверхность камер и «мертвые» объемы внутри ротора РД. Поэтому нет смысла делать клапанный ГРМ. Там в роторе больше места  для выхлопных окон, каналов и их теплоизоляции. Я уже выкладывал схему выхлопных окон и каналов в роторе. В любом случае, даже с клапанным ГРМ, РД будет иметь раза 4 меньшую массу и габариты, чем М-11.
 

Вложения

  • 47,4 КБ Просмотры: 94

А.Г.К

Я люблю строить самолеты!
На схеме РД с выхлопными каналами уменьшенной длины.
Смущает меня газообмен через ротор, поступление свежего заряда это ещё как-то, а вот выпуск отработавших газов весьма большая проблема. Нахлебаетесь по полной. Органы газораспределения, по крайней мере выпускные, нужно интенсивно охлаждать. Вот и думается мне, применение обычных клапанов на вашем двигателе весьма оправдано и позволит создать работоспособный двигатель. Да и компоноваться подобный двигатель, с торцевыми клапанами будет не плохо, хотя бы тот же 3-х камерник. Можно применить и приводной нагнетатель для улучшения характеристик двигателя. Ротор можно сделать облегчённой конструкции из ВЧ, корпусные детали алюминиевые.
 

RVD

От поршня к гипо-зпитрохоидам всех видов..
Виртуально можно все -  мысль она безгранична.
 

Стриж

Мы будем строить автолеты!
Откуда
г. Тюмень
А.Г.К. писал: Смущает меня газообмен через ротор, поступление свежего заряда это ещё как-то, а вот выпуск отработавших газов весьма большая проблема».

Алексей Геннадьевич, не нужно паниковать раньше времени. Если не получится выпуск через ротор, тогда будем изобретать клапана. Три боковых клапана с приводом от шайбы с торцевыми кулачками – хорошая мысль, радиальный габарит практически не увеличивается. Еще более простой вариант, - с дисковым (шайбовым) газораспределением в канале выпуска. 
Для охлаждения ротор РД может полностью изнутри омываться свежим зарядом, при этом сопротивление тракта всасывания будет значительно меньше, чем у РПД с таким же охлаждением ротора. Непрерывное поступление свежего заряда в ротор РД эффективно «автоматически» его охлаждает. А в РПД приходится специально прогонять свежий заряд сквозь ротор и затем всасывать через окна в статоре, - насосные потери гораздо выше (компания "UAV"). Выхлопное окно, торцевое окно и соединяющий их канал в роторе РД можно теплоизолировать (длина канала около 5 см). Для космических челноков «Буран» и «Шаттл» созданы очень эффективные и легкие теплозащитные материалы. В любом двигателе выхлопные газы нагревают элементы конструкции, - ничего страшного не происходит.
За два оборота двигатель РД выполняет три рабочих хода (РХ и три полных рабочих цикла), что эквивалентно по равномерности крутьмомента работе шестицилиндрового V- образного поршневого двигателя, который имеет обычно 24  подвесных клапана. РПД из-за неравномерного крутящего момента (1 РХ на 1 оборот) приходится делать  двухроторным или многороторным.
Лучшие массо-габаритные показатели получатся при более простой и надежной безредукторной (малооборотной) схеме. Редуктор имеет удельную массу порядка 0,15 кг/лс. Это увеличивает массу РД до двух раз. ПД приходится делать быстроходным, чтобы уменьшить его удельную массу, габариты и рабочий объем. Свою лепту вносит масштабный фактор, согласно которому с уменьшением размеров цилиндра растут относительные площади отвода тепла, - снижается термический кпд…
 

А.Г.К

Я люблю строить самолеты!
созданы очень эффективные и легкие теплозащитные материалы
Мне приходилось работать с этими материалами, а также с керамическими покрытиями рабочих поверхностей ПД. Реально нанесение покрытий методом МДО. На представленной мною картинке видно что выпускной канал находится рядом с кулачковым валом, а это плохо. Будет термическое коробление, мы проводили микрометрические измерения цилиндров с керамическим покрытием, помогает оно мало. Термоизоляционные плитки из микротонкого корундового волокна в ротор установить не реально. Не тратьте время напрасно, выносите органы газораспределения наружу. Охлаждать ротор свежим зарядом естественно будет хорошо. Золотники отрабатывались в ЦИАМ, сейчас добыть эту информацию не реально. Так что лучше применять обычные клапаны.
 

Alex_520

Сменил аватарку - ушёл в малую авиацию
Есть такой сайтик
http://www.starrotor.com/Expanders
Для авиации можно сделать по аналогии, и даже без уплотняющих пластин - чисто за счет высокой
скорости вращения
А что - вполне интересная идейка, если попробовать сделать  движок по такой схеме из двух секций (нагнетающей и рабочей) размещённых рядом на одном валу. В одной будет происходить сжатие ТВС, в другой - рабочий ход.

Проблемы тут видятся чисто конструктивные (охлаждение, смазка, борьба с закоксовыванием и пр.).

Но зато - красиво и минимум деталей!
 

Bulagen

Аксиальщик, волновик - пока что теоретик
Откуда
г. Тюмень
А что - вполне интересная идейка, если попробовать сделать  движок по такой схеме из двух секций (нагнетающей и рабочей) размещённых рядом на одном валу. В одной будет происходить сжатие ТВС, в другой - рабочий ход.
Конструкция не проблема... Проблема - исполнение... Но идея витает в воздухе... Со 100 кубов в компрессоре при 40 000 с[sup]-1[/sup] снимется примерно 50 элэсов...

На мой взгляд с коммерческой точки зрения наибольшую перспективу имеют бытовые микроэлектростанции и утилизация тепла выхлопных газов ДВС.
 

Jbiplane

Стремлюсь к совершенству
Откуда
Красноярск
На мой взгляд с коммерческой точки зрения наибольшую перспективу имеют бытовые микроэлектростанции
Бесспорно, стоит набрать в поисковике
microCHP или
engine range extender
:)
Для низких параметров по энергетике рабочего тела роторные двигатели вполне сгодятся.
 

Alex_520

Сменил аватарку - ушёл в малую авиацию
Конструкция не проблема... Проблема - исполнение...
Смазку и продувку без проблем организовать можно.

А вот подбор пар трения, торцевые уплотнения, температурные расширения и отвод тепла - это может быть действительно проблематичным. Но сама идея высокооборотистой "пищалки", которая по размерам меньше редуктора к ней может оказаться - весьма привлекательна.

Или я ошибаюсь?
 

Стриж

Мы будем строить автолеты!
Откуда
г. Тюмень
Bulagen писал:
На мой взгляд с коммерческой точки зрения наибольшую перспективу имеют бытовые микроэлектростанции и утилизация тепла выхлопных газов ДВС».

Высокие обороты такого РД позволяют сделать его турбо-компаундным, - с центробежным компрессором и импульсной турбиной установленными на валу двигателя.
Высокооборотные РД можно использовать вместо свободно-поршневых генераторов газа, мини и микроэлектрогенераторов.  Вплоть до наноэлектрогенераторов для питания бытовой микроэлектроники, например смартфонов и т.п. Такой наноРД может работать на газе для зажигалок.            
 

IgIs

Наши рукодельные самокрылы-самые самодельные в мир
 
А что - вполне интересная идейка, если попробовать сделать  движок по такой схеме из двух секций (нагнетающей и рабочей) размещённых рядом на одном валу. В одной будет происходить сжатие ТВС, в другой - рабочий ход.
Конструкция не проблема... Проблема - исполнение... Но идея витает в воздухе... Со 100 кубов в компрессоре при 40 000 с[sup]-1[/sup] снимется примерно 50 элэсов...
Э-э-э... Коллеги- при внешней просототе и изяществе, в этой концептуальнаой схеме таится одна огромная  трудность реализации такой идеи. Представьте-  ротор компрессора (нагнетающей секции) вращается на некоторой скорости и сжимает топливо-воздушную смесь. Точно на такой же скорости вращается ротор соседней силовой  секции. Даже повозившись с клапанами перепуска из одной секции в другую вы получаете следующую картину перепуска сжатого заряда свежей порции топливо воздушной смеси:
---- Сжатый заряд попадает в полость  рабочей секции, ротор которой вращается с такой же скоростью, как и ротор компрессорной секции, т.е. рабочие полости силовой секции увеличивают свой объем за счет вращения своего ротора с такой же скоростью, с какой ротор компрессорной секции уменьшает объем сжатия- именно вовремя перепуска.... Т.е. во время перепуска сжатого заряда он еще ДО ПОДЖИГА  от свечи - этот заряд будет уже скоростным образом  увеличивать свой объем и сбрасывать давление...
Что сжали в компрессорной секции, то и расширили в силовой во время перепуска...
Именно такая особенность чистой кинематики и динамической геометрии таких схем до сих пор не позволила создать работающий роторный ДВС с простым равномерным вращением рабочего органа (ротора). Все кто пытался сделать такие двигатели - упирались именно в ЭТО.
  В поршневых двигателях и в двигателях Ванкеля, где есть кривошипно шатунный механизм и эксцентриковый вал - такая проблема уходит  по причине  неравномерного движения главного рабочего  органа, режим которого и задаёт такой КШМ или эксцентриковый вал.
В поршневом двигателе эта закономерность наиболее выражена- поджиг сжатого свежего заряда  топливо-воздушной смеси происходит  во время "выстоя" поршня в ВМТ или около этой позиции, когда скорость движения поршня равна нолю или минимальна - т.е. изменение объёма рабочей камеры минимально и в этих условиях горение может происходить относительно эффективно.  Потом- когда поршень уже наберет скорость на линии расширения, и объем камеры расширится, давление в ней упадет - тогда последние  фазы горения - порции топливно-воздушной смеси в пристеночных   объемах, наиболее далеких от очага возгарания у свечи, горят уже хуже и пары топлива там частично не успевают сгореть и идут потом на выхлоп.
В двигателе Ванкеля- такая фаза выстоя ротора в позиции - аналоге ВМТ поршневого двигателя -еще меньше, именно в этом заключается одна из его причин повышенной прожерливости.
   А в схеме роторного двигателя с простым и непрерывным вращенем ротора - эта трудность и сложность встатет во весь  рост...
Именно поэтому большинство пытливых умов от инженерного творчества  пытаются разрабатывать двигатели с неравномерным режимом вращения главного рабочего органа- тип "ножницы" - РЛД, циклоидные - с планетарным вращением ротора сложной формы (тип Ванкеля и пр.), с возвратно-качательным движеним лопаток- заслонок...
Т.е. двигатели - где главный рабочий орган (ротор, лопасти и пр.) на время поджига свежего заряда топливо-воздушной смеси или вообще останавливаются, либо заметно притормаживают своё движение.
Такая вот неявная (или очень явная) трудность на пути двигателе-строения в теме новаторских схем моторов.
 

Стриж

Мы будем строить автолеты!
Откуда
г. Тюмень
jbiplane.
Схема 2-секционного РД по принципу ТРД, т.е. с компрессорной и «турбинной» секциями осуществима, но возникнут как и в ТРД трудности с охлаждением «турбинной» секции. Хотя всасывание и сжатие в "холодной" секции - это плюс.
Делать 2-секционный РД с целью увеличения степени сжатия (СС) не имеет смысла, т.к. у РД схемы с т.н. наружной огибающей СС в одной секции достигает 100 единиц, - на порядок больше чем в РПД Ванкеля. Это позволяет огневому выступу ротора в такте сжатия вытеснять свежий заряд в компактную камеру сгорания  полусферической формы. При этом рабочая смесь турбулизируется, что предотвращает детонацию и позволяет повысить степень сжатия без повышения ОЧ бензина.
При температуре горения рабочей смеси основные потери энергии идут через излучение. Интенсивность излучения пропорциональна четвёртой степени температуры, таким образом идеальная форма камеры сгорания (КС) — полусферическая. Компактная  КС обеспечивает полное сгорание топлива при максимально возможной температуре (до 3000 град.С) что обеспечивает высокую экологическую чистоту EURO-5.
 

Стриж

Мы будем строить автолеты!
Откуда
г. Тюмень
В 1971г, когда был бум РПД Ванкеля, будучи студентом-дипломником ВУЗа, я придумал этот РД - "Ванкель наоборот". В конце года оформил свою первую заявку на изобретение, позже получил приоритетную справку. К сожалению, защищать диплом по этой теме не разрешили. Периодически возвращался к этой теме как конструктор.                                                
 

Вложения

А.Г.К

Я люблю строить самолеты!
Посмотрел Вашу проработку. Причина отказа понятна, с системой газораспределения через ротор будут большие проблемы. Уплотнение вала в районе выпускного окна долго жить не будет, да и коленвал необходимо делать разъёмным. А так, весьма интересно. Желаю удачи в постройке опытного образца.
 

Стриж

Мы будем строить автолеты!
Откуда
г. Тюмень
IgIs писал:
В двигателе Ванкеля- такая фаза выстоя ротора в позиции - аналоге ВМТ поршневого двигателя -еще меньше, именно в этом заключается одна из его причин повышенной прожорливости».

Ученые-теоретики математически доказали, что в эпитрохоидных роторных двигателях, РД, в т.ч. в РПД - двигателе Ванкеля, фаза выстоя ротора в позиции ВМТ как раз больше, чем у поршневого двигателя (ПД). Поэтому, несмотря на все «родовые травмы», РПД еще жив, а РД обещает стать более экономичным, чем ПД.
 

Стриж

Мы будем строить автолеты!
Откуда
г. Тюмень
А.Г.К. писал: Посмотрел Вашу проработку. Причина отказа понятна, с системой газораспределения через ротор будут большие проблемы. Уплотнение вала в районе выпускного окна долго жить не будет, да и коленвал необходимо делать разъёмным. А так, весьма интересно. Желаю удачи в постройке опытного образца».

Это только схемы к описанию изобретения. Разъемным может быть и ротор (по принципу нижней головки шатуна). Половинки ротора удобнее обрабатывать (шлифовать).
В том то и дело, что отказа не было. Двигателисты института дали положительное заключение, которое подписал Ученый Совет института. Патентовед помогла мне оформить заявку в ВИИГПЭ. На преддипломной практике в Москве я провел патентный поиск, выбрал прототип (имел доступ во Всесоюзную патентную библиотеку как дипломник). Правда, отправлять заявку в апреле 1972г не стали, т.к. после защиты диплома я выбыл из института по распределению в г.Тюмень. Оттуда сразу направил заявку от своего имени.
Спасибо за пожелание.
 
Вверх