Роторно-лопастной двигатель. Начало.

[Bиктор]

руководитель работы – д.т.н., профессор кафедры «Технология машиностроения»
Отений Ярослав Николаевич (КТИ (филиал) ВолгГТУ)

Сейчас удалось связаться с Ярославом Николаевичем по телефону (секретарь кафедры соединила).
Представился, попросил рассказать об их роторно-лопастном ДВС, о том, что сделал их студент Романовский Илья.

Понятно, студенту дают для упражнения только некоторую часть проекта. Основные усилия делаются учеными кафедры.

Они, на их взгляд, нашли наконец удачное, вполне работоспособное решение механизма связи лопастей и выходного вала. Доктор сказал, что для этого они "перелопатили всего Артоболевского".
Коленвал они оставили. Полное изложение решения пока не входит в их планы, ввиду предстоящего патентования.

Я поставил вопрос иначе: - "А есть ли методичка расчета РЛД или просто пример с конкретными цифрами?" Что дается обычно студентам...

Ответ был о том, что начало расчета, - термодинамический расчет, - делается точно так же, как и для поршневого ДВС. И так далее.
Различия начинаются только с того места, где надо нанести на схему прилагаемые силы с их направлениями. То есть - с момента учета особенностей конструкции "механизма связи". А эти особенности для их случая пока не разглашаются 🙂

Я сказал вначале, что я нынче "зарубежный россиянин", но это не помешало собеседнику дать еще пару "штрихов" к портрету их разработки:
- лопасти (две пары 4-х лопастных блоков) у них не вращаются, а только качаются из одного крайнего положения в другое. Им пришлось позаботиться о специальном золотниковом газораспределении (для ДВС с рабочим объемом 1 литр)...

Мне осталось только поблагодарить за интервью.

И тут начал из подсознания всплывать "Ротоблок" 🙂

Уважаемые заседатели, Вам ничего это не напоминает? Улыбка
http://www.rotoblock.com/howitworks.shtml

 

[JohnDoe]

- лопасти у них не вращаются, а только качаются из одного крайнего положения в другое. Им пришлось позаботиться о специальном золотниковом газораспределении...

"Это сильно мне напоминает Индо-Пакистанский инцидень!"(С) В.С.Высоцкий
В смысле очень похоже на принцип паровой машины с качающимся цилиндром...

 

[Bиктор]

А мне вспомнился один "мастер-золотые руки" в Приполярной Инте 1975 года с ремонтно-механического завода, который показал мне работавший опытный образец такого ДВС, - с качающимися лопастями (но "пока" без охлаждения; остальные детали не помню)...

Я тогда "придумал" уже второй или третий "механизм связи" вращающихся с переменной скоростью лопастей, но был "зеленым романтиком", не умеющим проектировать (тем и остался, - только цвет сменился на седину 🙂)
Если бы пошел работать не в шахту, а на тот завод, то может быть-таки успел бы изготовить с товарищами "мечту поэта" ?

 

[Bиктор]

Инициативный китайский Ваня Лиу поехал с семьей в Америку... подоспели несколько патентов 1993-1995гг... и вот он уже с опытными организаторами производства проталкивает "Rotoblock" на рынок...

Схема решений ДВС во многом сходна со схемой, принятой в технологическом институте Камышина. Нюансы, видимо, в практических деталях...

Некоторые детали "Ротоблока" видны на снимках ниже.

1. Вид снаружи торообразного цилиндра. Две свечи размещены оппозитно и искрят одновременно. Между ними две группы впускных и выпускных отверстий (заднюю пару не видно). Похоже, что впускной патрубок - слева, а открытый выхлоп - справа? Цикл - 4-х тактный. На один оборот - 8 рабочих ходов (вращающий момент, как у 16-ти цилиндрового  двигателя с подобными поршнями).
Судя по тому, что свечи "сидят" не глубоко, - оболочка корпуса не двойная? Значит, охлаждение тороида не жидкостное, а только воздушное? :-X

2. Водила, преобразующие вращение шейки коленвала в колебания. Два водила на разный размер соосных валов... приводящих два блока лопастей.

3. "Россыпь" узла двойного трения водила,
- трения вращательного скольжения во вкладышах, и
- трения плоского скольжения в раме водила.

 

[Bиктор]

Посетив еще раз http://www.kti.ru/institute/showchair.asp?cID=6 с тематикой разработок в Камышинском технологическом институте, обратил внимание на тему:

•–разработка и обоснование конструктивных параметров высокомоментной зубчато–роликовой передачи;

Речь там идет об очень высоконагруженных передачах.
Встает вопрос: не годится ли такое зубчато-роликовое зацепление для такого механизма связи роторно-лопастного ДВС, который включает в себя зубчатое зацепление ?!

Видимо, в зубчато-роликовой передаче высокое контактное (механическое) напряжение не прилагается к одной и той же точке, как в обычном зубе, - а прилагается каждый раз к новой точке проворачивающегося ролика на зубе?

Если это так, то усталостное разрушение мест механического контакта происходит после значительно большего периода работы такой передачи!

В этом же институте ведется тема по обработке поверхности металла роликами. Очевидно, найдены решения для очень сильных давлений на поверхность металла со стороны таких инструментальных роликов.
Обратная задача - кратковременное восприятие роликами зубчатой передачи экстремально пикового давления газов ДВС, - перекликается с прямой задачей через высокую несущую способность современных роликов.
По меньшей мере, хотелось бы верить, что новый вид - зубчато-роликовое зацепление (передача), - способно значительно улучшить работоспособность тех схем механизмов связи РЛД, которые включают в себя зубчатые элементы,  и которые ранее беспощадно отбраковывались конструкторами...

Вспомнилось, что и бурение скальных пород давно пришло с "роликовой идее", - вращающиеся шарошки способны лучше разрушать горные породы, нежели зубцовые резцы... (и меньше подвержены разрушению сами)

 

[Bulagen]

Круто - когда крутящий момент M дается сразу в распоряжение (мощность N=M·n·k)  

У мощности есть и другая формула:
N=С[sub]рс[/sub]*Q[sub]рс[/sub]*h
где
С[sub]рс[/sub] - расход рабочей смеси (кг/с)
Q[sub]рс[/sub] - теплотворная способность рабочей смеси (Дж/кг)
h - КПД двигателя.
Т.е. для повышения удельной мощности всегда желателньно при одной и той же массе двигателя (и КПД - конечно) иметь как можно больший расход рабочей смеси.

 

[RVD]

" Bиктор"

Сначала об охлаждении статора, нет ничего такого выдающегося, ну воткнули трубы в наружный корпус для охлаждения, ну и что. Ни у кого нет решения по главному вопросу, как отводить тепло от самих поршней, теплопередающих свойств колец не хватит, они сами работают в экстремальных условиях.
   Предположим у меня есть решение по теплоотводу (положенно иметь по статусу  😉), но у разработчиков-то его нет, значит проблема ими не решена.
   Теперь о зацеплении, да [highlight]роликово[/highlight] эксцентриково-циклоидальное зацепление можно только приветствовать, однако и у него есть минусы. Минус первый, зацепление может быть только наружным, это сильно ограничивает к нему интерес - нет универсальности. Второе, оно лучше всего подходит к передаточным числам в районе 4-8, почему, да потому что в передаточном отношении 1/1 невооруженным взглядом будет видно нестыковки этого вида зацепления. Визуально все красиво, а когда начинаешь приглядываться, то становится заметным проскальзывание зуба в верхней и нижней точках. Почему, все просто, во время перекатывания зуба меняется межцентровое расстояние между шестернями и чем меньше передаточное соотношение, тем выше проскальзывание, если это так, а это именно так, то должны соблюдаться следующие условия: либо происходит ускорение одного из звеньев, либо должно происходить их взаимное проскальзывание. В первом случае ломается какое-то звено, во втором передача работает не только на качении но и на трении от скольжения. Цевки. как прообраз этой передачи в своем зацеплении то ускоряются то замедляются, если они разделены в пространстве, то это никого не беспокоит, а здесь все цевки между собой сблокированы, поэтому большая часть такого винта скользит а не катится. Вполне возможно что нагрузочная способность такой шестерни и выше, но не факт, что заявленная работоспособность выше чем в обычных авиационных редукторах, где используются очень мелкие зубья треугольного профиля, и где шестерни практически катятся друг по другу без скольжения. Соответственно и КПД таких пар наивысший.

 

[Bиктор]

Сначала об охлаждении статора, нет ничего такого выдающегося, ну воткнули трубы в наружный корпус для охлаждения, ну и что

Игорь Петрович, один шланг воткнут строго по оси валов, другой близко к нему...
Случайная позиция, полагаете?  И никакого отношения к охлаждению поршней, прикрепленных к валам?

Ради охлаждения только статора я бы не стал патрубки центрировать 🙂
Доказательств работоспособного решения охлаждения поршней конечно нет, - пока муляж не будет заменен работающим экземпляром...

Надо бы подать команде Прохорова сигнал о наличии у Вас готового решения по охлаждению ротора, - может обернуться для Вас позитивно 🙂

 

[Bиктор]

для повышения удельной мощности

Конечно, это тоже верно. Но первая формула, если в ней значение крутящего момента сравнительно велико, тоже указывает, что удельная (на вес мотора) мощность повышается, ибо не требуется за кулисами дополнительный вес редуктора. Нас ведь интересует, как правило, не мощность самого мотора, а мощность, сообщающая нашему (более легкому в итоге) аппарату движение.  Так ведь?

 

[Bиктор]

Теперь о зацеплении, да роликово-циклоидальное зацепление можно только приветствовать...

Игорь Петрович, я к сожалению, не уверен, что зубчато-роликовая передача является полным аналогом роликово-циклоидальной передачи.
Мне просто еще не удалось увидеть материалы и изображения тех передач, которые считаются в Камышинском институте перспективными...
А Вы уже видели? Хотелось бы увидеть это в графической форме...

, однако и у него есть минусы....  Второе, оно лучше всего подходит к передаточным числам в районе 4-8, почему, да потому что в передаточном отношении 1/1 ... 

Очень жаль!!
Я одно время фантазировал механизм связи лопастей РЛД на базе эллиптических зубчатых колес, обеспечивающих периодическое изменение угловой скорости ведомого вала... (взято из Артоболевского)
Такой механизм "обещал" уменьшить эффект упругого скручивания соосных валов лопастей (за счет их укорачивания и персонального синхронизирования лопастей с каждой стороны статора, без полого вала)

У такого механизма связи, конечно, возникла бы проблема долговечности контактных зон зубьев.
Надежду на преодоление этой проблемы я связывал с зубчато-роликовым зацеплением.

Правда, передаточное отношение такого механизма связи лопастей (на основе эллиптических колес) периодически колеблется как раз около значения 1:1 ...  :-[

Действительно ли это неблагоприятствие верно не только для ролико-цевочного, но и для зубчато-роликового зацепления?!

 

[Bulagen]

Конечно, это тоже верно. Но первая формула, если в ней значение крутящего момента сравнительно велико, тоже указывает, что удельная (на вес мотора) мощность повышается, ибо не требуется за кулисами дополнительный вес редуктора. Нас ведь интересует, как правило, не мощность самого мотора, а мощность, сообщающая нашему (более легкому в итоге) аппарату движение.  Так ведь?

Всё правильно, именно поэтому все "правильные" авиационные поршневики как правило без редуктора и имеют большой рабочий объем, чтобы "прокачивать" то количество рабочей смеси, которое обеспечит такой крутящий момент при заданной частоте вращения колен вала, которые в произведении дадут требуемый уровень мощности. Вопрос в том, обладают ли рассматриваемые РЛД достаточным рабочим объемом при соответствующей этому объему массе, чтобы надежно и продолжительно выдать требуемую мощность? Я например наблюдаю, что хотя сам лопастной узелм и компактен, но размеры преобразующей (синхронизирующей) части вызывают сомнения своей относительной громоздкостью, тяжестью, не говоря уже о сообдражениях надежности.

 

[Bиктор]

Вопрос в том, обладают ли рассматриваемые РЛД достаточным рабочим объемом при соответствующей этому объему массе, чтобы надежно и продолжительно выдать требуемую мощность?

Булат, хороший вопрос!
Ответ зависит от предустановки "наблюдателя":  хочет он, чтобы ответ был положителен, или хочет обратного?

Рабочий объем именно таких роторно-лопастных двигателей меньше связан с геометрическим объемом, занимаемым цилиндрами многоцилиндрового поршневика.

Один и тот же торовый объем РЛД используется многократно в качестве рабочих объемов, без того, чтобы на каждый такой рабочий объем приходилась собственная доля картера (геометрического объема).

У звездообразного поршневика тоже "общий картер", но сама звезда значительно повышает габаритные размеры (и мидель ЛА), в отличие от свернутых в тор "цилиндров" РЛД и соосного механизма связи.

На мой взгляд, РЛД отвечает Вашему вопросу положительно.
Вплоть до вопроса надежности...
Вопрос надежности просто-напросто не имеет достаточной статистики на практике, - к сожалению.

Проблемной я вижу другую сторону компактного и мощного РЛД:
- теплоотвод.
Если оставаться на традиционной позиции обязательного применения масла в качестве смазки, то - "дохлоый номер"!!
Масло не допускает температур своего обугливания, поэтому фактически двигатели "переохлаждают" - в угоду маслу...  :-[

В то же время в двигателестроении очень много современных материалов, допускающих более высокую нормальную температуру элементов двигателя - они не используются из-за "бережной любви к маслу".

Если же встать на позиции "болельщика ЗА" горячий компактный РЛД, то сразу же можно найти альтернативные  пути снижения трения БЕЗ масляной смазки...
Кто "не стучится в двери" безмасляного снижения трения, тому эти двери никто и не откроет 🙂

 

[RVD]

Вы "Виктор" заблуждаетесь, как "врач" говорю.

 

[Bиктор]

Игорь Петрович, Вы о моей нелюбви к жирным маслам?  🙂
Но ведь именно продукты обугливания жиров ведут при "перегреве" деталей около 350[ch186] к их закоксовыванию и прочей цепочке негативных для надежности последствий?...

 

[Bulagen]

Всех с НОВЫМ ГОДОМ!!!
Желаю всем-всем крепкого здоровья, отличного настроения, солнечной энергии, материального и душевного благополучия, всяческих успехов и маленьких и БОЛЬШИХ человеческих радостей!!!   🙂

 

[RVD]

В Магадане Булат солнечной энергии поболе чем в Тюмени, советую поменять место жительства  🙂

С Новым годом всех, всех, всех !!!

 

[Tommy Versatty]

В Магадане Булат солнечной энергии поболе чем в Тюмени, советую поменять место жительства  

Игорь Петрович! За что Вы Булата нашего в Магадан? :-?
Он нам в Тюмени нужен, пусть изобретает двигатели авиационные :~) , а то мы устали за стосильные Хирты по полмиллиона отдавать :craZy

С наступающим Вас, друзья :~) :~) :~)!!!
Желаю Вам в новом году создать двигатель мошностью 500 л.с., весом в 50 кг, с расходом 5 л/ч на крейсере!!! Как говорит наш дорогой Админ - "Стоит заниматься лишь тем, что считается невозможным!"

С новым годом УВАЖАЕМЫЕ ДВИГАТЕЛИСТЫ!!! [smiley=2vrolijk_08.gif] [smiley=2vrolijk_08.gif] [smiley=2vrolijk_08.gif]

 

[Beatle]

2 января состоится открытая презентация ё-мобиля, на которую я иду.
Если кто-то из участников форума будет присутствовать на данном мероприятии, то я буду рад с ним познакомиться.

И, господа, с Наступающим вас!
Успехов, благ и множества идей!) В общем, всего хорошего.

 

[Bиктор]

С Новым Годом всех присутствующих!  🙂

Просьба к тем, кто будет 2-го января у макетов РЛД €-мобиля:

- снимки сделайте пожалуйста, с масштабными ориентирами, чтобы размеры можно было "пересчитать" по фотографии (например, приставив к макету на момент снимка некоторую контрастную, с хорошо различимыми цифрами, линейку)

 

[Bиктор]

Если кому-то интересно - принципиальное (схематическое) решение периодического изменения скоростей двух пар лопастей RLD по "гармоническому закону" на базе эллиптических колес, обкатывающихся без проскальзывания...

Синим изображена пара эллипсов, жестко сидящих на общем валу с некоторым расстоянием между ними и со сдвигом фаз в 90[ch186].  На этом блоке эллипсов сделан круглый маркер, для облегчения отслеживания равномерного вращения "синхронизатора".
Зеленым изображен эллипс, жестко соединенный только с одной стороны РЛД с полувалом одной из пар лопастей.
Условно показано положение "лопасти".
Аналогично показан эллипс, жестко соединенный с другой стороны РЛД с полувалом другой пары лопастей. Также условно показано положение "ответной лопасти" в процессе вращения выходного вала - с синими эллипсами.

Имеется возможность проследить изменение угловых положений "зеленой" и "красной" сопряженный лопастей, между которыми изменяется угловое расстояние (и объем одной из четырех секций РЛД).  На самом деле две пары лопастей образуют 4 таких секций...  Две противоположных из которых симметричны и имеют те же угловые скорости и расстояния, как и в обозначенной паре сопряженных "лопастей".