Концепция: Силовая установка ЛА с СПГГ и расширительной машиной

[Stak]

Силовая установка для ЛА мультикоптерного типа с СПГГ и расширительной машиной.
Создал тему, что бы собрать в кучу и обсудить наиболее подходящие варианты и целесообразность реализации.

Плюсы:
1. Возможность привода от одного/нескольких СПГГ нескольких движителей (расширительных машин или турбин).
2. Простое управление - регулированием потока газа от СПГГ на движитель.
3. Высокий КПД СПГГ (дизельный цикл) - по данным из литературы до 44%
4. Относительно простая конструкция СПГГ.
5. Возможность резервирования СПГГ.

Первичный источник энергии - СПГГ:

Thread 'Свободно-поршневые генераторы газа и компрессоры.'

9 Июл 2012

Уважаемые коллеги!

      По инициативе участников форума открываем новую тему, которая здесь практически не звучала, если не считать отдельных порывов.
       Последнее время заметен возросший интерес к силовым установкам, содержащим агрегаты, работающие по принципу свободных поршней, непосредственно передающих механическую работу потребителю.
        Терминология названий еще до конца не устоялась.
        Чаще всего такие силовые агрегаты назывались и называются:
СПГГ - свободнопоршневой генератор газа;
БГГ - безвальный генератор газа;
СПД - свободнопоршневой двигатель;
СПК -...

• Владимир Александрович
• Ответы: 1.424
• Раздел: Альтернативные двигатели и рабочие процессы

Газотурбинная установка со свободнопоршневыми генераторами газа - MirMarine​

Проблемы СПГГ - относительно высокая удельная масса у тех образцов, которые были реализованы на практике.
Возможное решение - максимальное облегчение подвижных частей (поршней, механизма синхронизации - переход на пневматику/гидравлику?) для увеличения частоты работы, использование турбо-наддува?

Наиболее интересной выглядит схема ЭКИП, с буфером высокого давления, пополняемого перетеканием из второй ступени компрессора.

Варианты расширительных машин, пригодных для прямого привода на воздушный винт:

1. Вихревые турбины (плюс - относительно простая конструкция, возможность вписать конструкцию в кольцо вокруг винта, возможность работы на горячем газе, недостаток - низкий КПД).
По теме вихревых турбо-машин из литературы - кпд малоразмерной турбины более 45%.
Вихревая турбина без отсекателя со спиральным каналом (согласно патенту RU2002112), была реализована в качестве пневмопривода лебёдки :

Исследование вихревых машин в режиме турбопривода​

2. BARM - вариация на тему Ванкеля с двурогим ротором, применялись в качестве компрессоров. (плюс - неплохие уплотнения, возможность работы на горячем газе, недостаток - сложность конструкции, высокая стоимость изготовления)

3. Коловратные машины - машина Тверского и т.п. (плюс - относительно простая конструкция, недостаток - потери на отсутствующих уплотнениях, требуются большие конструктивные зазоры при работе на горячем газе, низкая степень расширения)

Суммарный КПД силовой установки "СПГГ + вихревая турбина на горячем газе" - порядка 20%.
Если использовать роторные расширительные машины, тогда суммарный КПД СУ может достичь 35%.

 

[E_T]

Хорошая идея. Избавляемся от лишних деталей.

Вихревой турбопривод - это как водяная мельница, только сильноусложнённая.

Коловратные машины Тверского отбрасываем сразу, они не обеспечивают герметичности камер. Проверял несколько раз:

негерметичность отдельных полостей:

движение кулачка:

А-ля Ванкель тоже отметаем по причине уплотнений. Пробовал. Распечатывал. Продувал.

При продувке не стронулись с места.

А вот этот красавчег закрутился сразу, как только я в него дунул:

Конусный компрессор Муано, который за 95 лет пока никто ещё не воплотил.

 

[Stak]

А вот этот красавчег закрутился сразу, как только я в него дунул:

Красивый, но:
1. уплотнений нет, как и в коловратных машинах (хотя степень расширения может быть существенно больше, что хорошо).
2. сложная форма - как такое изготавливать с необходимой точностью, и сколько это будет стоить? SLM печать металлом?

А-ля Ванкель тоже отметаем по причине уплотнений. Пробовал. Распечатывал. Продувал.

Так в вашей модельке-то уплотнений и не было, разве нет? А в Ванкеле они как раз и есть самое главное - апексы+торцевые образуют замкнутый контур, и неплохо работают на практике.

 

[E_T]

Красивый, но:

В том то и суть! Три модели без уплотнений, т.е. в равных условиях, а закрутился только красавчег! А если всем добавить точность изготовления, то конусный обойдёт конкурентов.
А изготовить с точностью можно, было бы желание и деньги. 🤓

 

[Stak]

В том то и суть! Три модели без уплотнений, т.е. в равных условиях, а закрутился только красавчег! А если всем добавить точность изготовления, то конусный обойдёт конкурентов.
А изготовить с точностью можно, было бы желание и деньги. 🤓

Ванкель без уплотнений - бессмысленен, вся его суть именно в их наличии. И с уплотнениями он работает вполне неплохо, что неоднократно доказано практикой. Но дорого - сложность обработки трохоид с необходимой точностью, обязательная зубчатая передача, необходимость в противовесах на валу...

Если сравнивать винтовой с коловратной машиной - первый однозначно выигрывает благодаря большой степени расширения, даже при отсутствующих уплотнениях. А зазоры, при работе на горячем газе - обеспечить придется, т.к. тепловое расширение. Но главный вопрос - как такие роторы и статоры обрабатывать.

На этом фоне - вихревая турбина уже кажется не самым плохим вариантом, несмотря на низкий КПД. По крайней мере, конструктивно она самая простая, и не требует высокой точности обработки поверхностей. По удельной массе - скорее всего, тоже выиграет.

 

[E_T]

как такие роторы и статоры обрабатывать.

Ну так есть же ЧПУ! Ему подсовываешь модельку, а дальше он сам! 🤓