Бесшатунные двигатели - 2

[JohnDoe]

Я же имею ввиду МКВРД в едином агрегате без редукторов и мультипликаторов, которые тягой в 300кг как ДТРД создают небольшому, например 4-х местному, самолету крейсерскую скорость 820-850км/ч и обеспечивают дальность 3000-4000км.

Весьма сомнительный проэект. ИМХУ

 

[Владимир Александрович]

Весьма сомнительный проэект.

     Все новое часто начинается с сомнений. На стадии идей они только на пользу.
   

 

[TsAI]

звездообразный, двухрядный десятиицилиндровый (???) 

знаки вопроса, очевидно, означают вопрос - умеют ли инженеры из "ОКБ Кузнецова" (и из Дессау тоже) считать больше, чем до десяти...

Весьма сомнительный проэект.

Согласен "на все сто"
З.Ы. И, о Боже! с шатунами!!!

 

[Андрей Миллер]

Я утверждаю, что замена модуля с КШМ на модуль с БСМ придаст такому двигатель новое качество, более высокую экономичность и многократно больший ресурс.

Экономичность и ресурс да, но использование поршневого мотора для получения реактивной тяги - весьма сомнительное дело... 🙂

 

[JohnDoe]

Все новое часто начинается с сомнений. На стадии идей они только на пользу.

Ну, давайте прикинем "на пальцах":
Для полёта на заявленных скоростях(около 900 км/ч) нужен реактивный двигатель со скоростью истечения не меньше 250 м/сек(те же 900 км/ч) При этом тяга ВРД на этой скорости будет равна "0". Считается что для ВРД самым оптимальным, ЕМНИП, является режим когда скорость истечения вдвое превышает скорость полёта. Таким образом для трансзвука нужна скорость истечения 500 м/сек. Винт/импеллер поток с такой скоростью создать не может, т.к. это уже сверхзвук для нормального, холодного воздуха. Т.е. 2холодный цикл" отпадает и нужно поднимать температуру, т.е. делать обычный ТРД.
Летать на трансзвуке лучше на высотах около 10-15 км, поршневикам там сильно нехорошо без наддува.
Ну и по расходу. Типичный расход для 4Т авиабензинки типа Ротакс912 ~ 250 гр/кВт*ч, 2T типа Ротакс503 ~ 500 гр/кВт*ч, ГТД типа ТС-21 ~ 1кг/кВт*ч. Установка простейшего теплообменника в ТС-21 МИНИМУМ вдвое снижает удельный расход и уравнивает его хотя бы с 2Т ДВС. Хотя ТС-21 это далеко не самый совершенный ГТД(ПИк всего-то чуть выше 2-х).
Мотокомпрессорная СУ бесперспективна, хоть с КШМ, хоть с БСМ.
ИМХУ

 

[Алексей Костенко (А.Г.К)]

Я утверждаю, что замена модуля с КШМ на модуль с БСМ придаст такому двигатель новое качество, более высокую экономичность и многократно больший ресурс. 

Владимир Александрович, Вы, для начала найдите на просторах нашей необъятной страны кому это нужно кроме вас. Есть масса уже воплощённых в металле разработок которые просто игнорируются власть предержащими.
В настоящее время "магистральной линией" является создание универсального двигателя на базе двигателя "Кортеж". В 30-х годах прошлого века "скакали по этим граблям", сейчас вышел ремейк сего действа. История учит только одному, что она ни чему не учит. Универсализм в технике дорого обошёлся СССР В 40-х годах. "Универсалистов" постреляли, правда несколько запоздало, их деяния расхлёбывали до 43-го года. В Екатеринбурге, на базе УЗГА, создаётся новая реинкарнация фирмы "Наваль". Хлопцы будут заниматься всем от мелких самолётов и мелких поршневиков до ГТД. Господа, вы никогда не задумывались почему Бог создаёт только специализированные виды живых существ? С его-то возможностями он ведь может сделать всё что угодно, а не делает. Мог, к примеру, сделать птицу объединяющую качества страуса, пингвина и альбатроса. За всю историю существования не было ни одного такого примера. Подобными делами, то бишь химерами или межвидовыми ублюдками занимается только господин люцифер. То же самое и в технике. Тут как говорится: " Богу-Богово, кесарю- кесарево, а слесарю- слесарево". Ну и на последок. Денег на подобные изыскания никто не даст. Они уже надёжно пристроены на соответствующие распил-прожекты.

 

[Владимир Александрович]

Ну, давайте прикинем "на пальцах":

    Ваши рассуждения в общем-то грамотные, но для ТРД. У двухконтурных ВРД (ДТРД) есть принципиальная разница. Там львиная доля тепловой энергии переносится на большую массу воздуха, проходящего через второй контур двигателя. Величина характеризуется степенью двухконтурности, которую в последних разработках уже довели до 10-12 (НК-93 даже 17). И все эти ДТРД спокойно работают на крейсерской скорости 850км/ч (236м/с). Почему? Потому что для одного и того же значения тяги пропорционально росту отбрасываемой массы воздуха уменьшается и скорость отбрасывания струи. Если в 10 раз увеличить массу отбрасываемого воздуха, то для сохранения значения тяги на этой высоте надо в 10 раз уменьшить прирост скорости истечения по сравнению с ТРД (где c5=500м/с). То есть (500-236)/10=26,4м.с. Следовательно скорость отбрасываемого ДТРД потока с m=10 будет достаточной 236+26,4=262,4м/с.

Летать на трансзвуке лучше на высотах около 10-15 км, поршневикам там сильно нехорошо без наддува.

   Оптимальная высота крейсерского полета для таких ДТРД 10-12км. Наддув пропорционален квадрату скорости полета (см. формулу скоростного напора). Поэтому несмотря на пропорциональное уменьшение плотности с ростом высоты, наддув ПД будет расти. Например, у бесшатунного М-127К режим 0,75Ном. (крейсерский) на земле 5600л.с, на высоте 5км 5850л.с., а на высоте 12км - 6000л.с.

Установка простейшего теплообменника в ТС-21 МИНИМУМ вдвое снижает удельный расход

     Теплообменники на ДТРД не ставят и не будут ставить никогда. Они рассматривались для ТВД и из-за неоправданного роста массы от них отказались уже очень давно.

Ну и по расходу.

  По МКВРД Р-130 (032) указан удельный расход - 0,4кг/кгс.ч. С бесшатунным модулем будет еще меньше. Приблизительно 0,36-0,37кг/кгс.ч. Это очень хороший показатель. К нему только мечтают подобраться на самых мощных будущих ДТРД.

 

 

[Владимир Александрович]

Владимир Александрович, Вы, для начала найдите на просторах нашей необъятной страны кому это нужно кроме вас. Есть масса уже воплощённых в металле разработок которые просто игнорируются власть предержащими. 

    Алексей Геннадьевич, здесь я с Вами согласен. Такая ситуация имеет место. Борюсь с ней по служебной и личной тематике почти каждый день.

В настоящее время "магистральной линией" является создание универсального двигателя на базе двигателя "Кортеж". 

    Да такая работа идет. Головная организация - ЦИАМ. Что получится еще сказать трудно, но финансирование темы обеспечено.

В Екатеринбурге, на базе УЗГА, создаётся новая реинкарнация фирмы "Наваль". Хлопцы будут заниматься всем от мелких самолётов и мелких поршневиков до ГТД. 

    От новостей из УЗГА у меня тоже возникает чувство удивления, хотя знаю, что производственная база там хорошая и много замечательных специалистов. Чувствуется почерк нового менеджмента. Гадать не будем. Пусть работают на благо страны. Как ни крути, а рентабельность деятельности в любом случае надо будет обеспечивать, иначе конец.

Ну и на последок. Денег на подобные изыскания никто не даст. Они уже надёжно пристроены на соответствующие распил-прожекты. 

     Мне об этом известно не по наслышке. Кое с кем из чиновников даже конфликтую по этому поводу. Ничего не могу поделать со своим оптимизмом. Сейчас идет только обсуждение идей.



   

 

[Андрей Миллер]

Ну и по расходу.
  По МКВРД Р-130 (032) указан удельный расход - 0,4кг/кгс.ч. С бесшатунным модулем будет еще меньше. Приблизительно 0,36-0,37кг/кгс.ч. Это очень хороший показатель. К нему только мечтают подобраться на самых мощных будущих ДТРД.

А если еще и рабочий процесс поршневого двигателя тоже будет двухконтурным... 🙂

 

[Андрей Миллер]

Владимир Александрович, Вы, для начала найдите на просторах нашей необъятной страны кому это нужно кроме вас. Есть масса уже воплощённых в металле разработок которые просто игнорируются власть предержащими. 
    Алексей Геннадьевич, здесь я с Вами согласен. Такая ситуация имеет место. Борюсь с ней по служебной и личной тематике почти каждый день.

А я не согласен. Интересного много, но перспективного мало, как и везде в мире, то Вайземан, то седунов... 🙁
Нужны четкие доказательства применимости, реальности, технологичности и востребованности.
Но я не против опытных образцов любой техники, главное - честная и объективная оценка полученных результатов.

 

[JohnDoe]

Теплообменники на ДТРД не ставят и не будут ставить никогда. Они рассматривались для ТВД и из-за неоправданного роста массы от них отказались уже очень давно.

ДТРД это, условно, турбовентиляторный ГТД. Разница с ТВД у них лишь в "рабочих органах" у одного ВВ, у другого-импеллер. Ну и в эеономичности. ТВД менее прожорлив на кгс тяги. Неприменимость теплообменников в ТВД или ДТРД объясняется не столько ростом массы, сколько ростом степени повышения давления в компрессоре(ПИк). Практически после ПИк=10 и выше смысл применения теплообменника теряется, т.к. температурывоздуха на выходе из компрессора и температура отходщих/выхлопных газов стремительно сближаются. Теплообменник наиболее эффективно работает на низких ПИк. И там они вполне себе применяются. Я уже наверное задолбал всех приводя в пример ГТУ Capstone C30/C60. При ПИк около 4-6 она имеет теплообменник и вполне вменяемые показатели уд.расхода. Приводимый мной ТС-21 имеет ПИк= 2-2,5, т.е. температура на выходе из компрессора вряд ли добирается хотя бы до 100 гр.С, в то время как температура на выходе из свободной турбины 700 гр.С а то и поболее. Даже самый колхозный теплообменник из металлической "мочалки" при таком перепаде будет вполне эффективен. ТС-21 имеет мощность 60 кВт. Оснащённый импеллером может выдать 120-150 кгс. При этом он "похудеет" на массу редуктора(килограмм так под 20!) Вашему "микро-бизнесджету" потребуется 2 таких движка.
А можете взять за основу такой же древний ГТД-350(СУ вертолёта Ми-2). Уд.расход почти такой же 1кг/кВт*ч(на некоторых режимах поменьше 0,8 кг/кВт*ч). В импеллерном варианте получим тягу 700-1000 кгс. Удельные расходы в обоих случаях сравнимы с кузнецовским проектом. В случае применения теплообменника - кроют мотокомпрессорник как бык овцу. По меньшей мере 2Т-ники.
ИМХУ

 

[Владимир Александрович]

А если еще и рабочий процесс поршневого двигателя тоже будет двухконтурным..

    Это как, Андрей?
   

 

[Владимир Александрович]

Интересного много, но перспективного мало, как и везде в мире

     Да это абсолютно точно. Я уже скоро около сотни официальных отзывов написал на такого рода "интересные" предложения.
 

 

[Владимир Александрович]

Неприменимость теплообменников в ТВД или ДТРД объясняется не столько ростом массы, сколько ростом степени повышения давления в компрессоре(ПИк). Практически после ПИк=10 и выше смысл применения теплообменника теряется, т.к. температурывоздуха на выходе из компрессора и температура отходщих/выхлопных газов стремительно сближаются. Теплообменник наиболее эффективно работает на низких ПИк. И там они вполне себе применяются. 

    Это справедливое замечание, но опять же относительно ТВД или турбовального ГТД. В ДТРД изначально теплообменник отпадает, т.к. повшение степени двухконтурности требует высокой степени сжатия в компрессоре и предельных рабочих температур перед турбиной. Сам баланс работ не позволяет.

ТС-21 имеет мощность 60 кВт. Оснащённый импеллером может выдать 120-150 кгс. При этом он "похудеет" на массу редуктора(килограмм так под 20!) Вашему "микро-бизнесджету" потребуется 2 таких движка.

      Указанная тяга соответствует работе на ВВ. Импеллер от потребления такой мощности в лучшем случае даст 70кгс силы тяги и то на месте. Падение тяги импеллера по скорости более резкое, чем у высокоскоростного вентилятора и не позволит ЛА набрать скорость 850км/ч. Скоростная вентиляторная ступень дает тягу, равную примерно половине потребляемой мощности в л.с. и ее падение по скорости полета протекает значительно более плавно, чем у импеллера.
Посмотрите в тексте под картинкой Р-130. Мощность 4000л.с. Тяга 2000кгс.

 

[JohnDoe]

Это справедливое замечание, но опять же относительно ТВД или турбовального ГТД.

ДТРД от ТВД отличается только вентилятором вместо винта. То, что для создания равной тяги ДТРД требуется бОльшая мощность на вентиляторе известно. Для применеия теплообменника препятствий нет. Речь именно про микро-ГТД.

Указанная тяга соответствует работе на ВВ. Импеллер от потребления такой мощности в лучшем случае даст 70кгс силы тяги и то на месте.

Около 70 кгс ТС-21 выдаст(в пределе) и без всяких винтов и импеллеров/вентиляторов, т.е. в чисто ТРД-шном варианте(посчитайте 1 куб.м/сек, т.е. G= 1,2 кг/сек, с Т4=1000К).
Вообще, грубо считая можно сказать, что 1 кВт~1кгс(ТРД)/2кгс(импеллер)/3-4кгс(ВВ). Так что завленные мной значения тяги вполне реальны. И да, "импеллерный" и "вентиляторный" для меня синонимы, хотя я может и не прав.

 

[Владимир Александрович]

Речь именно про микро-ГТД

       Т.е. Вы хотите микроГТД с малым Пк и теплообменником крутить вентилятор? Но Вам понадобится еще редуктор с большим передаточным отношением, который будет лимитировать ресурс и снизит надежность установки в целом. В ОКБ "Гранит" применительно к малоразмерному ТВД попробовали использовать турбостартер (кажется был и вариант и с теплообменником) и отказались от него. Приемлемого ресурса и надежности нет. Стоимость высокая и недоступная для массового потребления.

Около 70 кгс ТС-21 выдаст(в пределе) и без всяких винтов и импеллеров/вентиляторов, т.е. в чисто ТРД-шном варианте(посчитайте 1 куб.м/сек, т.е. G= 1,2 кг/сек, с Т4=1000К).

   Да в варианте ТРД выдаст тягу, но не 70кгс, а меньше. Если у него мощность 60кВт (81,6л.с.), то тяга на земле будет максимум 40-42кгс. Скорость 850км/ч ТРД обеспечит, только без теплообменника и с его родными расходами. С ресурсом и стоимостью агрегата та же история.


      Это все считается в разных вариантах и получается полная картина для беспристрастного анализа. Используя только обобщенные аргументы трудно быть до конца убедительным. Нужно, чтобы собеседник был полностью в теме как специалист.
      Я бы все же больше внимания обратил на поршневой модуль МКВРД Р-130 (032) и на те решения, которые там приняты. Все-таки нечасто встретишь проекты мощных поршневых двигателей без колец на поршнях. Ну и другие нюансы, характерные для проекта.
Естественно, я все это проецирую на БСМ, где отсутствие колец огромное благо для роста ресурса. Вполне реально выйти на межремонтные ресурсы ГТД. Да и полная уравновешенность БСМ в данной схеме МКВРД несомненный плюс.
      Стоимость такого двигателя будет кратно ниже сопоставимого малоразмерного ГТД.
 

 

[JohnDoe]

Т.е. Вы хотите микроГТД с малым Пк и теплообменником крутить вентилятор? Но Вам понадобится еще редуктор с большим передаточным отношением, который будет лимитировать ресурс и снизит надежность установки в целом.

У ТС-21 уже есть штатный редуктор с передаточным отношением 19:1(вроде), работают годами. Лимитировать ресурс СУ в гораздо большей степени будет ШПГ, КВ и т.д. К слову, по документации ресурс камазовского ТКР-7, не являющегося вершиной турбокомпрессоростроения, равен ресурсу всего двигателя.

Приемлемого ресурса и надежности нет. Стоимость высокая и недоступная для массового потребления. 

Дык у нас и ДВС тем же страдают, "может в консерватории чего поправить?!"(с)ММЖ

Стоимость такого двигателя будет кратно ниже сопоставимого малоразмерного ГТД.

Весьма сомнительно.
ИМХУ

 

[Владимир Александрович]

У ТС-21 уже есть штатный редуктор с передаточным отношением 19:1(вроде), работают годами. 

        Турбостартер ТС-21 и особенно его редуктор рассчитаны на повторно-кратковременный режим работы. Корпус из алюминиевого сплава сильно греется. Там есть даже ограничение по числу запусков подряд с последующим охлаждением не менее 30 минут. "Работает годами" - это явный перебор того, что имеет место в действительности.

Дык у нас и ДВС тем же страдают,

        В настоящее время стоимость одной л.с. нового сертифицированного авиационного 4-х тактного ПД колеблется в интервале 200-300$/л.с.
Стоимость 1л.с. нового сертифицированного авиационного ГТД малой размерности 800-1200$/л.с.

 

[JohnDoe]

Турбостартер ТС-21 и особенно его редуктор рассчитаны на повторно-кратковременный режим работы. Корпус из алюминиевого сплава сильно греется. Там есть даже ограничение по числу запусков подряд с последующим охлаждением не менее 30 минут. "Работает годами" - это явный перебор того, что имеет место в действительности.

ТС-21 действительно турбостартер и действительно в стартерном режиме имеет ограничение на длительность работы(55сек). в генераторном - до часа. Тем не менее умельцы дорабатывали его и успешно использовали в качестве СУ. На пример в Казанском училище(где-то тут по форуму бродила фотка тех времен). Есть тут(в реактивном разделе) и самолёт с такой СУ, успешно летавший/летающий: http://www.reaa.ru/cgi-bin/yabb/YaBB.pl?num=1448967406 Так что не перебор.
Впрочем, каждый волен заблуждаться так, как ему нравиться. Не смею более препятствовать. 😉

 

[Владимир Александрович]

На пример в Казанском училище(где-то тут по форуму бродила фотка тех времен). Есть тут(в реактивном разделе) и самолёт с такой СУ, успешно летавший/летающий: http://www.reaa.ru/cgi-bin/yabb/YaBB.pl?num=1448967406 Так что не перебор.

      На фото виден масляный радиатор и трубопроводы, в частности, к редуктору. Остальное трудно разглядеть. Только для длительных полетов и высоких скоростей все это совершенно не годится. Пол часа полетать еще можно. Дело в том, что в процессе проектирования в рассчеты закладываются циклы нагружения деталей, шестерен и подшипников, которые определяют будущий ресурс. Повторно-кратковременный режим нормируется одними цифрами количества циклов нагружения - они самые маленькие. Длительное непрерывное использование агрегата по количеству циклов нагружения самое большое. Соответственно и размеры деталей сильно разнятся. Долго летать на СУ с ТС-21 просто опасно.  А под обсуждаемую задачу ТС-21 вообще не подходит.