Бесшатунные двигатели - 2

[JohnDoe]

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.

При массовом расходе 1,225 кг/сек и температуре перед соплом в 1000К(максимальная Т ЗА турбиной без ограничения по времени- 760С, по паспорту) расчётная тяга - 704Н

Скорость 850км/ч ТРД обеспечит, только без теплообменника и с его родными расходами. С ресурсом и стоимостью агрегата та же история.

В ТРД теплообменник бессмысленен и невозможен. Вообще.
Стоимость ТС-21 копеечная, агрегат древний. Поскольку он был спроектирован как турбостартер/ВСУ, то пенять ему на это несколько странно. Для работы в качестве "нормальной" СУ требуется доработка. Что люди и проделывают даже в "гаражах". В основном там система смазки правится. В штатной масло чуть ли не выбрасывается в выхлоп.
ИМХУ
Впрочем, ещё раз, Вы вольны считать  как Вы считаете. По моему мнению мотокомпрессорник - тупик и перспектив не имеет.

 

[Владимир Александрович]

Стоимость ТС-21 копеечная, агрегат древний. Поскольку он был спроектирован как турбостартер/ВСУ, то пенять ему на это несколько странно. 

      Упор делается не конкретно не ТС-21. Речь идет о том почему малоразмерные ГТД не подходят для малой скоростной авиации и в связи с этим обсуждается возможность получить эффективную СУ на базе МКВРД.

По моему мнению мотокомпрессорник - тупик и перспектив не имеет. 

       Еще не рассмотрели досконально МКВРД по частям, а уже "тупик". Ведь ничего конкретного против про него в едином агрегатном исполнении еще не было сказано, тем более в варианте с БСМ. Как можно делать выводы на пустом месте. Аргументируйте свой "тупик", тогда и разберемся есть ли свет в конце тоннеля.

 

 

[Андрей Миллер]

Я уже скоро около сотни официальных отзывов написал на такого рода "интересные" предложения.

Ну надеюсь на мои предложения Вы написали правильный отзыв? 😀

 

[Владимир Александрович]

Ну надеюсь на мои предложения Вы написали правильный отзыв? 

        Рецензировать официальным отзывом предложения своих товарищей я всегда отказываюсь. Дискутировать по теме очно или заочно пожалуйста.
 

 

[KV1237542]

Владимир Александрович.
Здравствуйте. А можно подробнее про
Поршни без колец. Они вроде встречаются в малоразмерных ДВС.
Какие считаете плюсы минусы и ограничения есть.

 

[JohnDoe]

Речь идет о том почему малоразмерные ГТД не подходят для малой скоростной авиации и в связи с этим обсуждается возможность получить эффективную СУ на базе МКВРД.

С чего это "ГТД не подходят"? Вполне подходят. Просто такой авиации(малой скоростной) по факту практически нет. И вряд ли будет. Реактивный трансзвуковой 4-х местник это игрушка и хотелка. Потому, что:
1) Взлётно-посадочные скорости и особенности высокоскоростного полёта требуют совсем другой квалификации пилота. Даже среди профи.
2) Те же скорости взлёта/посадки требуют бетонную/асфальтовую ВПП.
3) Скорость крейсера однозначно требуют убираемое шасси, что в габаритах хотелки задача непростая, хотя и решаемая. Однако стоимость "игрушки" резко растёёт, а размер "дутиков" ограниивается и однозначно приводит к п.2 ещё и поэтому.
4) Полеты на высотах 10-12 км. Это не зона "G" вообще.
5) Крейсер в 850-900 км/ч выводит ЛА из любителей(там вроде макс. 450 км/ч, если не путаю), также как и высота полёта.
Можно ещё наковырять доводов, но думаю этих вполне хватит.
Те, кто может себе позволить плевать на всё выше перечисленное вряд ли имеют нужду в 4-х местнике, тем более с мотокомпрессорником. Они скорее будут юзать Як-40 или Фалькон какой-нить.

Еще не рассмотрели досконально МКВРД по частям, а уже "тупик". Ведь ничего конкретного против про него в едином агрегатном исполнении еще не было сказано, тем более в варианте с БСМ.

Было сказано, даже с примерами, даже "из гаража". Ну, давайте ещё раз:
По сравнению с ГТД(ДТРД) масса МКВРД сравнимой мощности будет в разы больше, что для мелкого ЛА крайне критично.
Сложность обслуживания также в разы больше по сравнению с ГТД.
Удельный расход, в случае применения теплообменника в ГТД с малым ПИк сравним и даже может быть лучше 2Т поршневика. Как пример - Capstone C30/C60 Электрический КПД этой микро-ГТЭУ - 28-30%.
Ну и исторически бесперспективность МКВРД уже доказана.
БСМ тут не спасёт. 🙁
ИМХУ

 

[Владимир Александрович]

Добрый день!

А можно подробнее про
Поршни без колец. Они вроде встречаются в малоразмерных ДВС.
Какие считаете плюсы минусы и ограничения есть.

      До сих пор и я встречался с поршнями без колец только в авиамодельных двигателях, где обороты достигают 16-18тыс. и даже 20 тыс. об/мин. И там такое решение работает. Значит первое важное ограничение - порог высокооборотности. В немецко-советском проекте Р-130(032) впервые увидел такое же решение. Поразмыслив понял почему. ВРД с лопаточными осевыми компрессорами отличаются тем, что имеют высокие обороты малого газа - 55-60% от взлетных или для проекта Р-130(0-32) 3630-3960об/мин (частота 61-66 1/с), что для размерности проекта соответствует средней скорости поршня 17-18,5м/с. Получается, что кольца при таких скоростях от 17до 31м/с становятся просто не нужными. Необходимого уплотнения можно достигнуть за  счет подбора зазора между поршнем и гильзой. В свою очередь отказ от колец позволил нарастить скорости до названных величин.
       Но и это еще не все. В своей информации пунктом 6 я записал, что "Выборка зазора верхнего венца поршня заложена, вероятно, за счет упругой деформации конуса донной части поршня на участке высоких давлений сгорания топлива". Посмотрите на поршень. Донная часть выполнена в виде чаши, которая по внешнему периметру заворачивается на боковую поверхность поршня. Нижняя конусная стенка поршня входит в стакан внутренней поверхности юбки скорее всего по скользящей посадке, чтобы не влиять на микроперемещения юбки по вертикали. В таком исполнении поршня в ВМТ, когда резко растет давление в КС, чаша упруго деформируется под действием распределенных сил давления и периметр чаши увеличивает свой диаметр, выбирая зазор с гильзой цилиндра и прижимаясь к ней с некоторой окружной силой. Причем эта сила может быть значительно меньше,чем от газовых сил, действующих на  обычное верхнее кольцо в ВМТ. С началом движения поршня от ВМТ зазор остается нулевым до тех пор пока сила упругого прижатия периметра чаши не уменьшится до нулевого значения. Далее начнет появляться и расти рабочий зазор, который увеличится до нормы в НМТ.
        Однако, здесь применен КШМ. И от боковых сил постепенно станет появляться овальность зеркала, что как раз и ограничивает ресурс указанными в характеристике 50 часами. Если с описанным процессом уплотнения мы перейдем к применению БСМ, то  фактор образования овальности будет полностью исключен. Ресурс пары пойдет на тысячи часов работы. Собственно, тоже самое наблюдалось и у С.С.Баландина в сравнении М-11 и ОМБ. У первого цилиндры выдерживали 50 часов, а у ОМБ остались полностью работоспособными после 1843 часов.
         Мне представляется, что упругое уплотнение КС по периметру донной части поршня должно хорошо показать себя в БСМ на практике даже при более низких скоростях поршня, если при компьютерной моделировании будут точно подобраны упругие свойства донной части поршня.
         Ну а в МКВРД применение БСМ становится еще более привлекательным. Представьте себе в классе тяг до 300кг и даже до 500кг имеется реальная возможность получить экономичность лучше, чем у рекордных ДТРД, малый вес и ресурс не хуже ГТД близкой размерности.

 

[Владимир Александрович]

Взлётно-посадочные скорости и особенности высокоскоростного полёта требуют совсем другой квалификации пилота. Даже среди профи.
2) Те же скорости взлёта/посадки требуют бетонную/асфальтовую ВПП.

      Традиционный подход излагаете хорошо и правильно. Только тут есть варианты. Можно сделать скоростной самолет, который будет иметь небольшие взлетно-посадочные скорости и, следовательно, не будет нуждаться в дорогих ВПП. Технических средств для этого разработано много.

Скорость крейсера однозначно требуют убираемое шасси, что в габаритах хотелки задача непростая, хотя и решаемая. Однако стоимость "игрушки" резко растёт, а размер "дутиков" ограниивается и однозначно приводит к п.2 ещё и поэтому.

     Вполне решаемая задача. Вы сами давали ссылку на один из примеров.

Полеты на высотах 10-12 км. Это не зона "G" вообще.

      Самлеты бизнес класса летают на этих высотах. Почему Вы думаете, что 4-х местниками с профессиональными гражданскими и военными пилотами ушедшими на пенсию (таких много) не разрешат? Совершенно рабочий вопрос. Преградой не является.

5) Крейсер в 850-900 км/ч выводит ЛА из любителей (там вроде макс. 450 км/ч, если не путаю), также как и высота полёта.

    Эти маломестные скоростные самолеты не для любителей.

По сравнению с ГТД(ДТРД) масса МКВРД сравнимой мощности будет в разы больше, что для мелкого ЛА крайне критично.

     Слишком голословное утверждение. Малоразмерные ДТРД имеют существенно повышенную удельную массу в силу масштабного эффекта, а МКВРД той же тяги сделанный на технологическом уровне сегодняшнего дня имеет высокие шансы быть на том же уровне. Доказать это можно только в конкретном проекте (к сожалению).

Сложность обслуживания также в разы больше по сравнению с ГТД.

    Без привязки к конкретике я бы не стал делать такие заявления. Слишком большой разброс того, что мы можем здесь иметь.

Удельный расход, в случае применения теплообменника в ГТД с малым ПИк сравним и даже может быть лучше 2Т поршневика. Как пример - Capstone C30/C60 Электрический КПД этой микро-ГТЭУ - 28-30%.

       Так и стали бы сейчас применять массово и повсеместно, а не идет. В чем причина - может дороговизна. И потом, мы же сосредоточились на скоростном самолете.

Ну и исторически бесперспективность МКВРД уже доказана.

      Доказана для мощных установок. Для малоразмерных с тягой до 300кгс уже опровергается.

БСМ тут не спасёт.

    Цель не в спасении, а в получении нового качества сложного изделия при помощи реализации новых подходов в той области, где ДТРД теряет свою конкурентоспособность по большинству важных позиций.

 

[JohnDoe]

Можно сделать скоростной самолет, который будет иметь небольшие взлетно-посадочные скорости и, следовательно, не будет нуждаться в дорогих ВПП. Технических средств для этого разработано много.

Можно. И средства есть. Развитая механизация крыла, например. Только в мелких ЛА это очень большой и дорогой гимморой. "Эффект маштабирования" он не только к ГТД применим. 😉

Вполне решаемая задача. Вы сами давали ссылку на один из примеров.

Вот в том проекте, пришлось делать "наплыв" на фюзеляже, чтобы было куда "ноги" прятать. Притом, что шасси вполне "паркетное". Задача решаемая, но не запросто.

Самлеты бизнес класса летают на этих высотах. Почему Вы думаете, что 4-х местниками с профессиональными гражданскими и военными пилотами ушедшими на пенсию (таких много) не разрешат? Совершенно рабочий вопрос. Преградой не является.

Я говорил о другом. Это не любительская авиация. Учитывая маломестность - совсем не массовая. Т.е. "игрушка"

Эти маломестные скоростные самолеты не для любителей.

Вот, вот. Для "не любителей" существуют гораздо более привлекательные решения типа "Фалкона" и т.д. Траволта вообще на личном "Боинге" летает. Уд.расход там дело даже не десятое.

Малоразмерные ДТРД имеют существенно повышенную удельную массу в силу масштабного эффекта, а МКВРД той же тяги сделанный на технологическом уровне сегодняшнего дня имеет высокие шансы быть на том же уровне. Доказать это можно только в конкретном проекте (к сожалению).

Почему-то микро-ДТРД отказывают в праве изготовления на "технологическом уровне сегодняшнего дня". Недавно бились в реактивном разделе по поводу новейшего российского ГТД из Сколково- R500. ТРД с тягой в 500Н. Масса меньше 10кг. Сделан кол-вом чуть ли не из 5 человек. На сайте были эскизы с обещалками развития движка. Насчёт ДТРД не скажу, а вот турбовальник и твд0шник там были. Пусть в ДТРД варианте масса вырастет даже вдвое(турбина низкого давления+СА+редуктор+импеллер) тяга будет +/- 100кгс. уд.вес всё одно получается 1 к 5. Есть такие МКВРД?
А можно ещё проще - оснастить ТРД эжекторным насадком. Для трансзвука соотношение около 10 к 1. В компоновке типа реактивного BD-5 вполне реализуемо.

Без привязки к конкретике я бы не стал делать такие заявления. Слишком большой разброс того, что мы можем здесь иметь.

Это вообще-то общеизвестный факт. У поршневика минимум по 1 свече на цилиндр+система зажигания. У ГТД свеча может быть вообще одна(у ТС-21 например их 2шт) нужны они только для запуска, система зажигания в том смысле, что на поршневом ДВС - отсутствует. Топливная система у ГТД проще намного. Системы охлаждения нет. И т.д.

Так и стали бы сейчас применять массово и повсеместно, а не идет. В чем причина - может дороговизна. И потом, мы же сосредоточились на скоростном самолете.

С30/С60 пытались засунуть в электробус "Тролза" и в самый первый вариант "Ё-мобиля"(когда он ещё им не назывался). Дороги они по причине всяких фишек типа эл.генератора прямого привода с оборотами около 120 тыс., воздушным подвесом вала ГТД и пр. Всё это из-за стремления к максимальной компактности. Ну и понты, конечно. )))

Доказана для мощных установок. Для малоразмерных с тягой до 300кгс уже опровергается.

В авиамоделизме(малоразмерней некуда) что-то не наблюдается мигрирования с ТРД на МКВРД. 🙂

 

[KV1237542]

Владимир Александрович, а что насчёт ресурса поршня без колец думаете.
Это я про не обязательно про конкретно эту конструкцию, а вообще.
Зазоры, закоксовывание и тд.
Вроде ещё где то попадалась в бензопилах такое упоминание.
Это несколько посерьёзнее модельных.
По моему это интересный вопрос для ДВС.

 

[Jbiplane]

ресурса поршня без колец

Экспериментируют, стоят поршеньки дорого.
cost for a six cylinder $16,000-39,000

https://www.niamareisser.com/automotive/
Внизу страницы

 

[KV1237542]

Спасибо

 

[Алексей Костенко (А.Г.К)]

Экспериментируют, стоят поршеньки дорого.cost for a six cylinder $16,000-39,000https://www.niamareisser.com/automotive/Внизу страницы 

Подобное "чудо техники" я наблюдал вживую и называлось оно роторный двигатель Григорьянца. Сие изделие благополучно "почило в бозе". Все хотят осчастливить человечество только вот не спрашивают это самое человечество, а ему это нужно. По поводу импеллерных двигателей с приводом от поршневиков. Это я для Владимира Александровича. В конце 80-х годов прошлого века сообщалось о работах по импеллерному двигателю, с приводом от дизеля "барабанной конструкции" для крылатой ракеты. Результат, "не шмогла, простите". Финансовые и технологические возможности США не идут в сравнение с нашими. Попытки создать ещё одного межвидового гибрида окончатся как обычно, смертью гибрида.

 

[Владимир Александрович]

Можно. И средства есть. Развитая механизация крыла, например. 

     Так мы можем совсем отдалится от темы. Я мог бы написать по этому вопросу подробно и много. В переделе взлет реален с разбегом в несколько десятков метров и даже с места.

Пусть в ДТРД варианте масса вырастет даже вдвое(турбина низкого давления+СА+редуктор+импеллер) тяга будет +/- 100кгс. уд.вес всё одно получается 1 к 5. Есть такие МКВРД?

      У маленького ДТРД  экономичность и ресурс все равно буду намного хуже, чему у агрегатов 500кВт и выше. А МКВРД в малом масштабе способен выдать отличные характеристики.

А можно ещё проще - оснастить ТРД эжекторным насадком. Для трансзвука соотношение около 10 к 1. В компоновке типа реактивного BD-5 вполне реализуемо.

     Это ошибочные надежды. Вы должны знать, что эжектор создает максимальную тягу только на месте. Как только поступательная скорость начинает расти, прибавка тяги от эжектора быстро уменьшается. Эжекторные усилители вертикальной тяги пытались проектировать для СВВП во множестве разных конфигураций на повернутом сопле маршевого двигателя или на раздваивающемся закрылке крыла. Не пошло.

В авиамоделизме(малоразмерней некуда) что-то не наблюдается мигрирования с ТРД на МКВРД.

      Так никто пока и не занимался этим направлением. Вот я и предлагаю взять на вооружение такую возможность.

 

[Владимир Александрович]

Владимир Александрович, а что насчёт ресурса поршня без колец думаете. Это я про не обязательно про конкретно эту конструкцию, а вообще. Зазоры, закоксовывание и тд.

      Применительно к БСМ описанный поршень с гильзой с возможностью дополнительного упругого уплотнения около ВМТ станет практически безизносной парой и межремонтный ресурс двигателя будет лимитироваться другими элементами. На счет закоксовывания трудно дать однозначный ответ. Учитывая, что закоксовывание масла происходит в застойных зонах, а здесь масляная пленка все время обновляется - его быть не должно.

 

[Владимир Александрович]

В конце 80-х годов прошлого века сообщалось о работах по импеллерному двигателю, с приводом от дизеля "барабанной конструкции" для крылатой ракеты. Результат, "не шмогла, простите". 

      И что, Алексей Геннадьевич, после этого нам надо все пох#рить и ничем не заниматься. Во-первых, у них была разнесенная схема - она намного хуже, хотя сделать ее проще. Во-вторых, барабанный дизель сам по себе та еще проблема. Были бы ресурсы, хотя бы в наших масштабах и у нас бы получилось. Первый раз что ли в России делается лучше и дешевле, чем у американцев.

 

[JohnDoe]

Так мы можем совсем отдалится от темы

Согласен. Замнём.

У маленького ДТРД экономичность и ресурс все равно буду намного хуже, чему у агрегатов 500кВт и выше. А МКВРД в малом масштабе способен выдать отличные характеристики.

С уменьшением размерности экономичность и ресурс падают и у ДВС, хоть с КШМ, хоть с БСМ. Посему надежды беспочвенны. ПМСМ

Вы должны знать, что эжектор создает максимальную тягу только на месте. Как только поступательная скорость начинает расти, прибавка тяги от эжектора быстро уменьшается.

В общем случае это справедливо ВООБЩЕ для любого ВРД. Согласно формуле тяги ВРД: F= G*(C5 - V), где F- сила тяги в Ньютонах, G- массовый расход газа в кг/сек, C5- скорость истечения на срезе сопла в м/сек, V- скорость полёта в м/сек.

Эжекторные усилители вертикальной тяги пытались проектировать для СВВП во множестве разных конфигураций на повернутом сопле маршевого двигателя или на раздваивающемся закрылке крыла. Не пошло.

У ЭУТ главный недостаток - габарит и, как следствие, повышенные потери на сопротивление(лобовое, омываемая поверхность). На "стОпе" на это можно плевать, но с ростом скорости недостатки начинают перевешивать достоинства. Это если решать проблему "в лоб": тупо присобачить к соплу ТРД эжектор-"трубу". Если же задаться целью изначально, то есть варианты. У меня, например. 😉
Кстати, для макс.эффективности/прироста тяги ЭУТ на "стОпе"(вертикальный взлёт) коэфф.эжекции для обычного ТРД должен быть около 40-ка, для полёта с М>0,5 меньше 10-ти.
И это мы ещё не говорили про ГТД с циклом Хамфри. 😉

Так никто пока и не занимался этим направлением.

До появления "модельных" ТРД импеллерные установки с ДВС были весьма распространённым явлением в моделях реактивных самолётов(ну, там где старались максимально приблизиться к прототипу). Как только модельные ГТД вышли на сцену импеллеры остались практически только в электроварианте в качестве СУ для "тренеров" и "копий для бедных". Насколько я знаю.

 

[JohnDoe]

Применительно к БСМ описанный поршень с гильзой с возможностью дополнительного упругого уплотнения около ВМТ станет практически безизносной парой и межремонтный ресурс двигателя будет лимитироваться другими элементами.

А кто тепло от днища поршня будет отводить(кольца ещё и тепло в гильзу отдают от поршня)? Интенсифицируем масляный душ? Воткнём термосифон внутрь штока?

 

[Владимир Александрович]

С уменьшением размерности экономичность и ресурс падают и у ДВС, хоть с КШМ, хоть с БСМ.

        Совершенно верно. Только интервалы мощностей, где все это происходит у ПД и ГТД совсем не совпадают. Ни малых мощностях ГТД не конкурент ПД.

В общем случае это справедливо ВООБЩЕ для любого ВРД. Согласно формуле тяги ВРД: F= G*(C5 - V), где F- сила тяги в Ньютонах, G- массовый расход газа в кг/сек, C5- скорость истечения на срезе сопла в м/сек, V- скорость полёта в м/сек.

    Эта формула не применима к эжекторному потоку. Импульс эжекторного потока зависит от интенсификации обмена энергией между активным потоком и потоком ижектируемым. И так уж получается, что стоит набрать скорость, соизмеримую со скоростью активного потока и импульс эжеторного потока резко упадет. В крейсерском полете эжектор только лишнее сопротивление и лишняя масса.

Как только модельные ГТД вышли на сцену импеллеры остались практически только в электроварианте в качестве СУ для "тренеров" и "копий для бедных". 

Ну во-первых, мы ведем речь о МКВРД не разделенной схемы. Во-вторых, в модельных двигателях ресурс и экономичность на 10-м месте, поэтому и прожорливый ТРД сойдет. В-третьих, я ставлю вопрос о применении БСМ в МКВРД. С этим предложением нужно начать работать в диапазоне тяг 100-300кгс, чтобы детали были не очень маленькими.

 

[Владимир Александрович]

А кто тепло от днища поршня будет отводить(кольца ещё и тепло в гильзу отдают от поршня)? Интенсифицируем масляный душ? Воткнём термосифон внутрь штока? 

         Кольца передают тепло от днища тоже через масляную пленку. Если материал поршня и зазор будут подобраны так, что в нем постоянно будет масляная пленка, то она также эффективно будет передавать тепло на гильзу, причем через всю боковую поверхность. Мало - можно добавить указанный Вами масляный душ на днище поршня снизу или на больших диаметрах ввести циркуляционную подачу масла на охлаждение поршня. Варианты, как видите, есть.