Роторно-лопастной двигатель. Начало.

[МаГент]

Естественно лопасти. 

А вас не смущает, что за 1 оборот лопастей РЛД выдаст 4 РХ, а дизель, с которым вы сравниваете всего лишь 2?

Окружности, по которой ходят лопасти с уплотнителями 

А вас не смущает, что на такой окружности РЛД снимет с 1 РХ в 4 раза больше мощности, чем дизель, с которым вы сравниваете?
Думаю, что "любой техник - конструктор, при предварительной оценки схемы" обратил бы внимание прежде всего на эти показатели. А затем бы он задумался: " а зачем раскручивать РЛД до этих безумных скоростей, если уже на скорости 5-8 м/ сек этот РЛД выдаст равную с дизелем мощность?".

 

[Bиктор]

в момент максимального сближения плечо медленного к.вала имеет почти максимальный положительный размер, плечо же быстрого в не большой, но отрицательной величине

Зажигать, конечно, не стоит так, чтобы пик давления поднялся в момент, когда плечо у быстрого вала еще отрицательно-ватое.
В этой схеме ВДП не грех опережение зажигания уменьшить...
Меня "отрезвило", что в ВДП± (со сдвигом фаз) требуются клапана ....  :-?  Такое усложнение ВДП любитель-пилот сам не потянет  🙁

Но и обрадовало то, что для РЛД аналоговая параллель в этом месте обрывается:  у РЛД все фазы "размазаны" вдоль окружности и проходят только в одном направлении - вперед по кругу и вперед [а у поршневиков, в том числе и ВДП - туда/сюда в разных тактах - происходит возвращение к одним и тем же точкам, при разных функциональностях тактов]

 

[Bиктор]

Данную схему следует посмотреть на предмет целесообразности по части термодинамики и кинематики

По части термодинамики... сложнее.

Можно отметить положительное в ВДП  (как и в РЛД), что камера между поршнями ограничена сравнительно горячими поверхностями, по сравнению с охлаждаемым цилиндром.
Значит, температурный градиент тепловых утечек в направлении поршней УМЕНьшается.  Это хорошо.

Утечки больше через цилиндрические поверхности... Там Т°-градиент больше и охлаждение газов у тех стенок интенсивнее. 
То есть у цилиндра отбирается внутренняя энергия газов, - ее остается меньше для совершения механической работы.

В Вашей схеме с одним из коленвалов, имеющим двойную скорость вращения, получается, что стенки цилиндра со стороны быстрого вала чаще перекрываются горячим поршнем, чем в схеме ВДП без сдвига фаз.

Значит длительность "холодного контакта" рабочих газов со стенками цилиндра в зоне действия быстрого поршня - меньше.  Отсюда и следует в общем виде, что в Вашей схеме следует ожидать БОЛьшего термического КПД, чем в ВДП без сдвига.

Кроме того, в Вашей схеме положительно и то, что, за счет перехлеста зон действия поршней, УМЕНьшается рабочая длина цилиндра [на 24%] - то есть длина холодной стенки, плохо действующей на термический КПД. 

Сокращение габаритов в Вашей схеме ВДП - должно повысить и удельную мощность, приходящуюся на вес (если практика подтвердит повышение эффективности крутящего момента).

Для пущей уверенности, надо бы сравнить как соотносятся скорость нарастания объема при РХ и скорость нарастания давления в камере между поршнями, - в Вашей схеме и в обычном ВДП без сдвига фаз...

Вы уже сумели представить, что будет с Вашей схемой, если Вы перейдете на 2-х тактый цикл, сохраняя сдвиг фаз во вращении двух коленвалов ?

 

[hab]

клапана понадобятся, но к ним может быть не такое  требование как клапанам в головке обыкновенного двс. наиболее жесткие моменты рабочего процесса могут проходить в зоне цилиндра где клапан перекрыт поршнем. это может быть просто прикрывающиеся окна, может поворачивающаяся гильза.

 

[Bиктор]

клапана понадобятся, но к ним может быть не такое  требование как клапанам в головке обыкновенного двс. наиболее жесткие моменты рабочего процесса могут проходить в зоне цилиндра где клапан перекрыт поршнем. это может быть просто прикрывающиеся окна, может поворачивающаяся гильза. 

Согласен. В общем, Ваша схема направлена на то, чтобы "ЖУТКОГО" пика давления в принципе НЕ БЫЛО, - давление сразу же отрабатывается быстрым расширением и сразу же переводится в крутящий момент [в мощность].

Стало быть, действительно, газораспределение в ВДП со сдвигом фаз будет намного мягче, и "гуманнее" к рабочим деталям ЦПГ.

Главное, что я забыл ранее выше отметить, - в Вашей схеме ВДП со сдвигом, - наибольший плюс:  степень расширения больше степени сжатия примерно в 2,6 раз.
Это означает, что бОльшая доля энергии рабочих газов перейдет в работу, к тому же - перейдет более эффективным образом [за счет эф.крутящего момента, при более низких оборотах].

Итогов отсюда для Вашего ВДП± два: возрастание экономичности и возрастание удельной и объемной мощности при более низких оборотах (предпочтительных для авиалюбителей:  не потребуется редуктор, как и в РЛД).

Ну и еще с чем можно Вас поздравить, - в Вашем ВДП±  осуществляется всего за один оборот тихоходного коленвала - целых четыре такта.  Не так у обычных поршневых ДВС и у других ВДП.

То есть, только изменением передаточного числа обычного для ВДП синхронизатора, Вы получили и синхронизатор и редуктор...

Аналогичная возможность не исключена и во "встречниках" РЛД.

 

[hab]

и как минимум еще один +, совсем не та теплонапряженность как у встречного двухтактника  [smiley=dankk2.gif]Виктор, спасибо! Вы просчитали мою почеркушку двадцатилетней давности осевшую в голове и всплывшую здесь  [smiley=smiley.gif] мне кажется, что занимавшиеся впд должны были тоже прийти к такой схеме. правда она сложнее двухтактной, но полезнее на порядок. ...я тааак думаю

 

[Андрей Миллер]

Окружности, по которой ходят лопасти с уплотнителямиА вас не смущает, что на такой окружности РЛД снимет с 1 РХ в 4 раза больше мощности, чем дизель, с которым вы сравниваете?Думаю, что "любой техник - конструктор, при предварительной оценки схемы" обратил бы внимание прежде всего на эти показатели. А затем бы он задумался: " а зачем раскручивать РЛД до этих безумных скоростей, если уже на скорости 5-8 м/ сек этот РЛД выдаст равную с дизелем мощность?". 

Естественно лопасти.А вас не смущает, что за 1 оборот лопастей РЛД выдаст 4 РХ, а дизель, с которым вы сравниваете всего лишь 2?Андрей Миллер писал(а) Вчера :: 22:20:14:

Меня смущает только одно - в обычном поршневом ДВС скорость 13 м/сек считается запредельной, а у Вас в РЛД спокойно обсуждаются скорости 35 м/сек при 3000 об/мин.
При скорости 5-8 м/ сек "этот РЛД"  равную с дизелем мощность не выдаст - посчитайте сами и посмотрите.  🙂
http://www.youtube.com/watch?v=YEbztw3pW3A

 

[МаГент]

Меня смущает только одно  ... а у Вас в РЛД спокойно обсуждаются скорости 35 м/сек

Насколько я помню именно вы и предложили "у нас в РЛД" такую скорость и пообсуждать и сами это обсуждение и начали... "Мы же в РЛД" не можем вам запретить обсуждать, то что вам хочется... тут типа форум... 😉 Так что этим можете не смущаться... :🙂 А вот над остальными отличиями РЛД от КШД все же есть смысл задуматься...

 

[Bиктор]

Вы просчитали мою почеркушку двадцатилетней давности осевшую в голове и всплывшую здесь Улыбка

@hab
Eсли не ошибаюсь, Вас зовут Владимирoм?

Ваше решение со "встречниками" ВДП мне лично очень нравится.
Я бы хотел, чтобы неопределенный круг лиц, ознакомившийся  с Вашим удачным решением, - знал Вас в лицо и по имени!!  Желательно знать за Вами и то - откуда Вы.  Ведь Леонардо был, как известно, из Винчи 🙂
Ну и дату Вашего приоритета мы отнесем, как Вы сказали, к 1992-1993гг.

 

[Bиктор]

@hab
Еще раз возвращаюсь к сути Вашего решения-идеи.

Мне бы хотелось детальнее вникнуть, насколько по существу уменьшается рабочий объем?

Чтобы ответить на вопрос, встающий у проктировщика ВДП±, какие размерности выбрать, для заданного рабочего объема.

Это поможет РЛД-шникам иметь референтный базис-сравнения для своих расчетов.
Кстати, то, что Ваш ВДП - четырехтактник, очень здорово для проблем с теплонапряженностью в РЛД.

  В том смысле, что РЛД - "встречник", да еще и двусторонний, - ему очень важно иметь глубокие смены температур обычного четырех-тактника, а не "встречника"-двухтактника [например, ЮМО для нас не вполне корректный базис для сравнения, так как он 2-х тактник, хотя и одностороннего действия].

РЛД обещает быть менее теплонапряженным, чем ЮМО, так как у него нет например, такой "специализации" как выпускной поршень [ЮМО], - перегревающийся, ввиду отсутствия "прохладительных" пауз.

 

[Bиктор]

Если принять, как на этом рисунке, что ход поршня ~62мм, а  ход всасывания фактически занимает (38-7) ~ 31мм, то думается, что последняя цифра и определяет количество горючей смеси, а значит и потенциальную мощность.

Кстати, соотношение 38/62 такое же как 62/100.
Это не что иное, как "золотая пропорция".
Как видим она имеет место в сути Вашего решения...

Продолжаю ход рассуждения к поиску решения частной задачи: 
- как сделать, чтобы мощность Вашего ВДП± была такой же, как у ВДП с встречным ходом поршней 62+62, и рабочим ходом [равным ходу всасывания] (62-7) + (62-7) ~  110мм

- насколько надо увеличить размерность Вашего ВДП±, чтобы он считался расчитанным на такую же мощность, как простой "встречник" ВДП ?

Как мы знаем, все более экономичные моторы - несколько объемнее "прожорливых" моторов, которые выдают такую же мощность.

Геннадий, интересно, как Вы видите задачу эквивалентной мощности для варианта ВДП± ? 

Насколько надо промасштабировать "эталонный" ВДП, проектируя ВДП± равного (рабочего?) объема~всасывания  [но еще не равной мощности] ?

Какими цифрами из приведенного выше рисунка придется манипулировать?

 

[Андрей Миллер]

А вас не смущает, что за 1 оборот лопастей РЛД выдаст 4 РХ, а дизель, с которым вы сравниваете всего лишь 2?

А какая разница? Если лопасти делают оборот, то делают. И не важно сколько там РХ.  🙂
Если не делают оборот, то надо считать по другому. Но в любом случае, работа на таком диаметре (220 мм) увеличивает трение в разы ПРИ ПРОЧИХ РАВНЫХ УСЛОВИЯХ...

 

[Bиктор]

А какая разница? Если лопасти делают оборот, то делают. И не важно сколько там РХ. 

Мне кажется, Геннадий имеет в виду удельное трение, приходящееся на единственный рабочий ход...

Условимся рассматривать один "цилиндр"-статор РЛД и один цилиндр дизеля.

Если одноцилиндровый дизель тоже 4-х тактный, то делает ... 0,5 рабочего хода за один оборот.
Многоцилиндровый можно не тянуть сюда, так как в нескольких цилиндрах и трение многократно в сумме больше.

РЛД Холодного делает 4 рабочих хода за один оборот.

 

[Bиктор]

Что такое рабочий ход?  Вспомним...

На рисунке :

- слева в первом четверти показана работа сжатия воздуха - желтым, а после ВМТ правее, во второй четверти "полотна" показана работа расширения красным.

- в третье четверти показано как из красной площади работы вычтена вредная работа сжатия (желтая).
Остаток - индикаторная работа, - этакий кривой завиток красного цвета.

- в четвертой четверти показана прямоугольная область - среднее значение индикаторной работы.
Площадь этого прямоугольничка в точности равна площади полезной работы газов.

Высота этого прямоугольника - крайнего справа, - находится, когда мы площадь полезной работы изобразим растянутой на ОДИН оборот выходного вала...

 

[Bиктор]

Почему в случае РЛД высота этого сиреневого прямоугольничка (среднее индикаторное давление 13кг/см[ch178])
такая большая?

Потому что площадь полезной работы не растягивается  на целый оборот, - а именно потому, что таких полезных работ в РЛД  Холодного совершается 4 раза за оборот, а не 0,5 раза как в дизеле...

Далее, когда мы ищем на основе индикаторного среднего давления и среднее эффективное давление, - мы вычитаем из высоты ср.индикаторного прямоугольника - то трение, которое имеет место быть:

- у РЛД это трение можно отнести только к 1/4 оборота, а не к целому обороту:  ведь за 1/4 оборота достигнуто среднее индикаторное давление - значит и работу трения нужно учесть ТОЛько за это же самое продвижение, 1/4 оборота!

- наоборот в случае одноцилиндрового 4-х тактного же дизеля, один полезный прямоугольник индикаторного давления вынуждены растягивать не на 1/4 оборота, а на 8/4 оборота.
За эти 2 оборота дизель трется, трется, трется, трется, трется, трется, трется и трется - "уничтожая" большую долю достигнутой индикаторной работы ... от ЕДИНСТВенного рабочего хода.

 

[L270767]

А я мультик вспомнил: пешком: раз-два. А на коне: раз-два-три-четыре.

 

[Bиктор]

Конечно, картина на самом деле все же сложнее...

Сказанное выше было бы справедливо, если бы каждый рабочий ход был сравнимого энергетического содержания.

Короче говоря, рабочий объем каждой двусторонней камеры между смежными лопастями РЛД НЕ равен рабочему объему одноцилиндрового дизеля.

Значит и площадь индикаторной диаграммы у них РАЗНОГО масштаба, - отсюда и масштаб работ трения не сравнимый 🙂.

Возможно, корректнее было бы сравнивать вредный эффект трения (бесконтакного!!!!) у РЛД - с бесконтактным трением дизеля?

  Увы, у дизеля не "катит" то, что" катит" у РЛД!

Андрей мог бы кого-либо убедить, если бы представил расчеты о том, что вихревое воздушное сопротивление движению лопастей РЛД при БЕСКОНТАКТНОМ - лабиринтном уплотнении, близко, как он утверждает, к КОНТАКТНОМУ трению двух твердых поверхностей, СИЛьно прижатых друг к другу...

Сила трения, как известно, это произведение нормальной [перпендикулярно прижимающей] силы на коэффициент трения пары трущихся материалов.

Лопасти, - имеют нулевую нормальную "силу прижатия" к цилиндру.
Коэффициент трения воздуха о металл лопасти - ничтожно мал и пренебрежим, по сравнению с коэффициентом пары трения двух твердых веществ.  Так что и их произведение - близко ... "очень близко" к трению поршня о цилиндр дизеля  ;D

 

[Bиктор]

Предлагаю техническое примирение:

поскольку в РЛД Холодного в 8 раз больше ЧАСТОТА рабочих ходов, по сравнению с одноцилиндровым 4-х тактным дизелем,

- то и размеры каждой камеры между лопастями имеют право быть в 8 раз меньше,

- так, чтобы и рабочий суммарный рабочий ход всех секций за 2 оборота РЛД, был бы равен единственному рабочему ходу дизеля за 2 оборота.

СтоИт только пока не уточненным "суммарный рабочий ход" всех камер РЛД Холодного...  Но это решаемо.

На рисунке ниже приведены измеренные по фото основные размеры.
Высота лопасти ~48мм.  Ее ширина принимается тоже около этого: ~50мм.   Тогда площадь одной огневой стороны лопасти ~ 24 см[ch178]
КСТАТИ, плечо вращающего рычага у РЛД Холодного, - 86мм, - это как у коленвала эквивалентного поршневика, задающего ход поршня 192мм!  [Стоит ли удивляться, крут. моменту РЛД?]

Секторный [угловой размер] чугунной лопасти около ~ 45°.
Суммарно лопасти занимают 180° сечения кольцевого цилиндра, т.е. половину.  Лопасти не ломались, значит запас их прочности - с избытком.  Испортилась канавка в валу, шпонка оказалась слишком прочной.  Вал имеет диаметр ~ 68мм...
Площадь свободной от лопастей половины кольца:
когда
- внешний диаметр кольца 220мм, внутренний диаметр 130мм,
составляет Пи(22.0[ch178]-12.3[ch178])/2  ~ 523см[ch178]
Учтя "глубину" цилиндра "трения" в 5см, получим общий объем всех камер:  523·5 ~ 2613 см[ch179]

Мы бы могли теперь приняв какую-либо реальную степень сжатия, например, 10, определить рабочий объем как 2376см[ch179] на основании общего объема...
однако, надо еще как-то учесть то обстоятельство, что этот объем используется "двусторонне"...


Верно ли будет, удвоить полученный рабочий объем?
За счет двустороннего синхронного действия тактов с обеих сторон каждой из 4-х лопастей, - получился бы рабочий объем "монстра" имени Холодного... 4,75 литра!!!

Тогда останется только подобрать действительно такой же эквивалентный одноцилиндровый дизель...
Каковы будут его размеры?

Может быть к тому времени подоспеют расчеты Андрея по "работе трения лопастей", обусловленных лабиринтными завихрениями газов в узких щелях между лопастями и цилиндром?

 

[МаГент]

Геннадий, интересно

Если про мое мнение, то оно таково... Вариант интересный, но практического смысла немного. Вы отмечали 2 главных положительных момента - ненулевое плечо и продолженный РХ. И то и другое можно без проблем реализовать в КШД (и реализуется в серийных моторах). Если мы говорим про авиадвижки, то важна удельная мощность, а обе особенности ее будут снижать. Чтобы оценить насколько упадет мощность в варианте из Ответ #3444, в первом приближении надо просто поделить ~  110мм  на ~ 31мм, получим 110/31=3,5. Т.е. вариант с "быстрым валом" будет в 3.5 раз менее мощным. Если более точно, то надо прикинуть сколько энергии теряется с выхлопными газами у ДВС на обычном режиме, которую можно извлечь дополнительно путем удлинения РХ. Насколько помню это примерно 10%. Значит вместо 3.5 получим 3.2 раза. Тоже очень большая величина.
Но тут надо уточнить нужна ли такая большая асимметричность ходов? Фактически рабочим поршнем  здесь является "быстрый поршень". Медленный всего лишь играет роль "подвижной головки". Можно уменьшить радиус "колена" медленного коленвала, тогда снизится глубина "удлинения РХ" и картина станет получше. Но в любом случае на удельные характеристики это скажется губительно...

 

[МаГент]

Тогда останется только подобрать действительно такой же эквивалентный одноцилиндровый дизель...
Каковы будут его размеры?

А чем вам не нравится вариант предложенный в Ответ #3423? Там предложено сравнить "РЛД с габаритами и параметрами в точности равными КШД". И приведены параметры обоих ДВС...