Ротационный двигатель внутреннего сгорания

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к роторным двигателям внутреннего сгорания и может быть использовано на автотранспортных средствах, в насосах, в авиации, а также в любой другой отрасли как силовой агрегат. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит расположенные в разных корпусах, но на одном роторе компрессор и газовую турбину. В проточных частях компрессора и турбины установлены блокирующие вставки для образования перепускного зазора. В двигателе используются качающиеся лопатки, установленные на барабанах ротора с помощью шарниров, причем лопатки турбины имеют противовесы, которые размещаются в полости барабана ротора турбины. Двигатель содержит соединенное с компрессором и турбиной с помощью трубопроводов устройство подогрева или камеру сгорания непрерывного и/или импульсного типа. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к конструкции двигателя внутреннего сгорания с проточными частями ротационного типа, и может быть использовано на автотранспортных средствах, в насосах, в авиации, а также в любой другой отрасли как силовой агрегат.

Известно устройство, ротационный двигатель внутреннего сгорания [1], содержащий цилиндрический корпус с внутренней профилированной поверхностью переменного радиуса, ротор, концентрично установленный относительно корпуса, и качающиеся лопатки, перемещающиеся в радиальных пазах барабана ротора и выполненные с шарнирно-подвижными уплотнениями на торцах, примыкающих к внутренней поверхности корпуса. Проточная часть известного устройства с рабочими камерами неравного объема образуется внутренней поверхностью корпуса, лопатками, торцевыми стенками корпуса и поверхностью барабана ротора и функционально разделяется на компрессорные и газотурбинные проточные части, которые соединяются между собой через перепускные зазоры, образованные выступами внутренней поверхности корпуса и внешней цилиндрической поверхностью барабана ротора.

Устройство работает следующим образом. Атмосферный воздух нагнетается через входной патрубок в первую рабочую камеру компрессорной части и при вращении ротора воздух в последующих рабочих камерах сжимается. Затем сжатый воздух перепускается через перепускной зазор в первую рабочую камеру газотурбинной части, разрежается и смешивается с подаваемым в камеру топливом, образуя горючую смесь. Горючая смесь воспламеняется и при сгорании топлива в рабочей камере создается давление, действующее на лопатки и приводящее в движение барабан ротора. В следующих рабочих камерах происходит расширение подогретого газа, давление которого воздействует на лопатки и совершает работу по вращению барабана ротора, после чего в последней рабочей камере газотурбинной части производится полное удаление отработанных газов через выходной патрубок. Далее процесс повторяется, обеспечивая непрерывную работу устройства.

Таким образом, известное устройство представляет собой объединение в едином корпусе компрессора, камеры сгорания и газовой турбины. Достоинством известного устройства является то, что оно имеет экологически чистый выхлоп, который состоит в основном, из водяных паров и углекислого газа, при отсутствии окиси углерода и низком содержании окислов азота. Недостатком известного устройства является сложность изготовления внутренней профилированной поверхности корпуса для обеспечения минимальной величины перепускного зазора. К недостаткам относится невысокая экономичность и небольшой срок службы известного устройства, связанные с потерями на перетечки и с потерями на трение в парах трения лопатка — паз и лопатка — внутренняя поверхность корпуса, а также с повышенным износом лопаток из-за воздействия на них значительных по величине напряжений на изгиб в контактной зоне лопатка — паз и в связи с термическими нагрузками на лопатки, связанные со сжиганием топлива в рабочей камере турбинной части.

Известно устройство, ротационный двигатель внутреннего сгорания [2], включающее полый цилиндрический корпус, эксцентрично ему установленный ротор и качающиеся лопатки, установленные на барабане ротора с помощью шарнирного механизма. Проточная часть образуется лопатками, торцевыми стенками корпуса, поверхностью барабана ротора и цилиндрической внутренней поверхностью корпуса и функционально разделяется на компрессорную часть и на турбинную часть, которые соединяются между собой через перепускной зазор, который образуется между внутренней поверхностью корпуса и поверхностью барабана ротора при их максимальном сближении. Известное устройство работает аналогично устройству [1]. Достоинством известного устройства, по сравнению с вышеуказанным устройством [1] является более простая конструкция, что связано с тем, что переменные по объему рабочие камеры проточной части выполняются за счет эксцентричного расположения внутренней цилиндрической поверхности корпуса и поверхности барабана ротора, а также больший срок службы, что связано с использованием шарнирного закрепления лопаток на барабане ротора, которое позволяет снизить потери мощности на трение и на перетечки, а также снизить нагрузку на лопатки. Недостатками известного устройства являются недостаточно большой срок службы и недостаточно высокая экономичность, связанные с термическими нагрузками на лопатки при их прохождении через камеру сгорания турбинной части и с возможными перетечками через перепускной зазор между компрессорной и турбинной частью.

Известно устройство, роторный двигатель внутреннего сгорания [3], содержащий корпус с соосно расположенными и разделенными стенкой внутренними рабочими полостями, представляющими собой компрессор и газовую турбину, барабаны которых установлены на одном роторе, и радиальные лопатки. Проточные части каждой полости образуются цилиндрической внутренней поверхностью корпуса, внешней поверхностью барабана ротора, лопатками и торцевыми стенками. Перепускной зазор в компрессоре и турбине образуется между внутренней поверхностью корпуса и внешней поверхностью барабана ротора при их максимальном сближении. Устройство работает следующим образом. Начальное вращение ротора приводит к однонаправленному вращению двух барабанов. Через входной патрубок одной полости подается топливовоздушная смесь, которая по мере вращения барабана с лопатками равномерно распределяется по всему ее объему. После прохождения лопаткой перепускного зазора и по мере дальнейшего движения лопатки происходит процесс сжатия топливной смеси в замкнутом объеме, который образуется позади лопатки. При достаточном сжатии смеси происходит ее воспламенение или производится ее поджиг, после чего продукты сгорания под высоким давлением поступают в другую полость через открывающиеся при этом отверстия в общей стенке и, расширяясь, обеспечивают вращающий момент на роторе двигателя, после чего оставшиеся отработанные газы удаляются через выходной патрубок компрессора. Затем указанный порядок работы повторяется. Достоинством известного устройства является увеличение срока службы по сравнению с двумя вышеуказанными устройствами [1] и [2], что объясняется конструктивным исполнением двигателя в двух раздельных корпусах и позволяет снизить термические нагрузки на лопатки, по крайней мере, в одной рабочей полости — в компрессоре. Тем не менее, недостатком известного устройства остается недостаточно большой срок службы, недостаточно высокая экономичность, связанные со сжиганием топлива в проточной части турбины, а также потери мощности на трение и на перетечки.

Прототипом предлагаемого изобретения является устройство [4], ротационный двигатель, содержащий внешнее устройство подогрева сжатого газа, например камеру сгорания, которое соединяется трубопроводами через входные и выходные патрубки с ротационным пластинчатым компрессором и с ротационной пластинчатой газовой турбиной, которые устанавливаются в разных корпусах, но на одном роторе, эксцентрично расположенном относительно внутренних поверхностей каждого корпуса. Компрессор содержит барабан с лопатками и корпус с патрубками подвода сжимаемого газа и отвода сжатого газа. Турбина содержит барабан с лопатками, корпус турбины с патрубками подвода подогретого сжатого газа и отвода расширившегося в турбине газа. Внешние поверхности барабанов компрессора и турбины соприкасаются с внутренней поверхностью их корпусов по образующим, образуя перепускные зазоры. Проточные части компрессора и турбины образуются внутренними поверхностями корпуса, внешней поверхностью барабана, торцевыми стенками и качающимися лопатками, например, с качающимся внешним краем. Устройство по прототипу работает следующим образом. Воздух подается через входной патрубок в компрессор и там сжимается. Сжатый воздух поступает через выходной патрубок компрессора во внешнее устройство подогрева. Нагретый сжатый воздух поступает от устройства подогрева в турбину через ее входной патрубок. В проточной части турбины происходит расширение нагретого сжатого воздуха, который производит давление на лопатки турбины и обеспечивает вращающий момент на роторе двигателя, после чего производится удаление отработанного газа через выходной патрубок турбины. Далее процесс повторяется, при этом впуск воздуха производится непрерывно. Достоинством устройства по прототипу является больший срок службы и более высокая экономичность, чем в вышеуказанных устройствах [1-3] за счет дополнения его внешним устройством подогрева сжатого газа, что позволяет снизить термическую нагрузку на рабочие поверхности проточной части устройства, особенно на лопатки. К недостаткам устройства по прототипу следует отнести недостаточно высокую экономичность и недостаточно большой срок службы, что связано с потерями мощности на трение и на перетечки в парах лопатка — корпус и лопатка — паз, и с ограничением уровня подогрева газа в устройстве подогрева, связанным с условиями выгорания смазки в турбине, так как устройство по прототипу конструктивно требует для своей работы смазку поверхностей в парах трения.

В связи с указанными техническими недостатками устройства по прототипу существует задача создания более экономичного ротационного двигателя внутреннего сгорания, с улучшенными эксплуатационными характеристиками и расширенными возможностями его применения.

Поставленная задача решается следующим образом.

В ротационном двигателе внутреннего сгорания, включающем ротационный компрессор, содержащий барабан с качающимися лопатками и корпус с патрубками подвода сжимаемого газа и отвода сжатого газа, устройство для подогрева сжатого в компрессоре газа, ротационную газовую турбину, содержащую барабан с качающимися лопатками и корпус с патрубками подвода подогретого сжатого газа и отвода отработанного газа, трубопроводы, соединяющие устройство подогрева с компрессором и турбиной, а также единый ротор, с которого снимается полезная мощность, расположенный эксцентрично внутренним поверхностям корпуса компрессора и корпуса турбины, проточные части компрессора и турбины дополнены блокирующими вставками, барабан ротора турбины выполнен полым, а качающиеся лопатки компрессора и турбины установлены на барабанах ротора с помощью шарниров, при этом лопатки турбины дополнены противовесами, расположенными в полости барабана ротора.

При этом в некоторых случаях противовесы выполнены, по меньшей мере, с одним съемным элементом и, например, с возможностью фиксации съемного элемента на любой части противовеса.

При этом в некоторых случаях устройство подогрева выполнено в виде устройства, сжигающего в атмосфере сжатого газа дискретные порции топлива, для чего на трубопроводе, соединяющем патрубок отвода сжатого газа из компрессора с устройством подогрева, установлено отсечное устройство, например обратный клапан.

Технический результат от применения предлагаемого изобретения состоит в улучшении эксплуатационных характеристик предлагаемого устройства и в повышении эффективности его применения по сравнению с устройством по прототипу, при увеличении срока службы и повышении экономичности.

Технический результат достигается установкой в проточной части компрессора и турбины блокирующих вставок, которые образуют перепускной зазор между рабочими камерами с большой величиной разницы давлений и, кроме того, позволяют обеспечить более полный выход рабочих газов. Геометрические параметры блокирующих вставок могут варьироваться для обеспечения необходимой величины перепускного зазора, что повышает эффективность применения предлагаемого устройства по сравнению с устройством по прототипу, в котором параметры перепускного зазора связаны только с эксцентричным положением барабана ротора относительно внутренней поверхности корпуса.

Указанный результат достигается креплением лопаток на барабанах ротора компрессора и турбины с помощью шарниров, что позволяет увеличить срок службы предлагаемого устройства по сравнению с устройством по прототипу за счет снижения потерь на трение и на перетечки, а также за счет снижения нагрузки на лопатки.

Указанный результат достигается также использованием в конструкции турбины полого барабана ротора, за счет чего появляется возможность выполнить шарнирное крепление лопаток на барабане с противовесами, качающимися относительно оси шарниров по обе стороны от поверхности барабана. Предлагаемое крепление лопаток, а также размещение противовесов в полости барабана турбины позволяет минимизировать потери мощности на трение торцов лопаток о внутреннюю поверхность корпуса турбины и за счет этого добиться увеличения скорости вращения барабана турбины и, тем самым, повышения величины полезной мощности, снимаемой с ротора двигателя, по сравнению с устройством по прототипу. Снижение потерь на трение в известном устройстве происходит за счет перераспределения нагрузки на лопатки, находящиеся в проточной части турбины. К таким нагрузкам относятся давление газа, центробежные силы и силы тяжести самой лопатки. Указанные нагрузки минимизируются путем их перераспределения на противовесы в полости ротора, а также с помощью выбора конструкции лопаток и противовесов, их массы, а также распределением массы по длине противовесов. При этом минимизируется суммарный момент центробежных сил давления, действующих на лопатки в проточной части, относительно оси шарнира за счет центробежных сил и сил тяжести, действующих на противовесы. Минимизация удельного давления торцов лопаток на внутреннюю поверхность корпуса за счет введения противовесов позволяет исключить использование смазочных материалов, что позволяет повысить экономичность предлагаемого устройства по сравнению с устройством по прототипу.

В некоторых случаях указанный результат достигается выполнением противовесов, по меньшей мере, с одним съемным элементом, например, с возможностью фиксации его на любой части противовеса. Это позволяет использовать предлагаемое устройство при разнообразных режимах работы и варьировать величину нагрузки на лопатки, что повышает эффективность и расширяет возможности применения предлагаемого устройства по сравнению с прототипом.

В некоторых случаях указанный результат достигается выполнением устройства подогрева в виде устройства, сжигающего в атмосфере сжатого газа дискретные порции топлива, что обеспечивается дополнительным отсечным устройством, которое устанавливается на трубопроводе, соединяющем патрубок отвода сжатого газа из компрессора с устройством подогрева. Возможность импульсного сжигания топлива расширяет возможности использования предлагаемого устройства по сравнению с прототипом, в котором используется только непрерывный подогрев.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором схематично изображена схема предлагаемого ротационного двигателя внутреннего сгорания с импульсной подачей топлива.

На чертеже показано: 1 — барабан ротора компрессора; 2 — качающаяся лопатка в проточной части компрессора; 3 — полый барабан турбины; 4 — качающаяся лопатка в проточной части турбины; 5 — противовес со съемным элементом; 6 — корпус турбины; 7 — патрубок подвода сжимаемого газа в компрессор; 8 — патрубок отвода сжатого газа из компрессора; 9 — блокирующая вставка проточной части компрессора, 10 — корпус компрессора; 11 — патрубок входа подогретого сжатого газа в турбину; 12 — патрубок выхода отработанного газа; 13 — блокирующая вставка проточной части турбины; 14 — устройство подогрева или сжигания топлива; 15 — трубопровод, соединяющий компрессор с устройством подогрева; 16 — отсечное устройство; 17 — трубопровод, соединяющий устройство подогрева с входным патрубком турбины; 18 — ротор двигателя; 19 — шарнир.

Толщина корпуса компрессора 10 и корпуса турбины 6, а также геометрия их наружной поверхности, толщина барабанов ротора компрессора 1 и турбины 3, а также толщина лопаток компрессора 2, лопаток турбины 4 и противовесов 5 на чертеже не показаны. При использовании устройства подогрева 14 с непрерывным подогревом или сжиганием топлива конструкция двигателя не содержит отсечное устройство 16.

Сущность предлагаемого ротационного двигателя внутреннего сгорания заключается в следующем.

Проточная часть компрессора (расположен внизу чертежа) образована поверхностью барабана 1 с закрепленными на ней с помощью шарниров 19 лопатками 2, поверхностью блокирующей вставки 9, внутренней поверхностью корпуса компрессора 10 и его торцами (не показаны). Проточная часть турбины (расположена вверху чертежа) образована поверхностью барабана 3 с закрепленными на ней с помощью шарниров 19 лопатками 4, поверхностью блокирующей вставки 13, внутренней поверхностью корпуса турбины 6 и его торцами (не показаны). Барабаны 1 и 3 установлены на едином роторе 18. Блокирующая вставка 9, размещенная в проточной части компрессора между входным 7 и выходным 8 патрубками компрессора, и блокирующая вставка 13, размещенная между входным 11 и выходным 12 патрубками турбины, образуют перепускные зазоры в проточной части компрессора и турбины, которые позволяют минимизировать перетечки, соответственно, сжатого воздуха и подогретого газа.

В предлагаемом устройстве качающиеся лопатки 2 компрессора и качающиеся лопатки 4 турбины закрепляются с помощью шарниров 19 на соответствующих барабанах 1 и 3, при этом лопатки 4 имеют противовесы 5, например, со съемными элементами, в полости барабана 3. Использование противовесов 5 позволяет уравновесить моменты центробежных сил, действующих на лопатки 4 при их вращении, и сил давления газа на лопатки, уменьшив потери мощности на трение торцов лопаток 4 о внутреннюю поверхность корпуса турбины 6. Подогрев сжатого воздуха в предлагаемом устройстве осуществляется с помощью устройства 14 непрерывно или импульсно. При непрерывном сжигании топлива (устройство 16 отсутствует) в устройстве подогрева 14 порция сжатого воздуха, расположенная между выходным патрубком 8 компрессора и лопаткой 4 турбины, находящейся в направлении вращении ротора 18 непосредственно за входным патрубком турбины 11, изобарно (при постоянном давлении) подогревается за счет энергии, высвобождающейся, например, при сгорании топлива в устройстве 14. Сжатый в компрессоре и подогретый в устройстве 14 газ расширяется, перемещая лопатки 4 турбины и приводя во вращение ротор 18. Реализуемый при непрерывном подогреве сжатого газа в устройстве 14 тепловой цикл аналогичен тепловому циклу двигателя внутреннего сгорания газотурбинного типа (цикла Брайтона). При этом компрессор играет роль циклового компрессора. При импульсном сжигании топлива в устройстве подогрева 14 сжатого газа используется отсечное устройство 16, которое устанавливается на трубопроводе 15. При этом порция сжатого газа, расположенная между отсечным устройством 16 и лопаткой 4 турбины, находящейся в направлении вращения ротора 18 непосредственно за патрубком 11, изохорно (при постоянном объеме) дополнительно сжимается и подогревается за счет энергии, высвобождающейся при сгорании топлива в устройстве 14. Отсечное устройство 16 отсекает газ от сжатого воздуха в трубопроводе 15. При этом сжатый и подогретый газ расширяется, перемещая лопатки 4 турбины и приводя во вращение барабан 3 и ротор 18. Реализуемый в этом случае тепловой цикл является аналогом теплового цикла двухтактного двигателя внутреннего сгорания поршневого типа. При этом компрессор играет роль наддувочного агрегата.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Атмосферный воздух поступает через входной патрубок 7 в компрессор. При этом барабан 1 компрессора с лопатками 2, установленными на нем с помощью шарниров 19, вращается совместно с ротором 18, и, соответственно, с барабаном турбины 3 и установленными на нем лопатками 4 с противовесами 5. Поступивший в компрессор воздух сжимается и через выпускной патрубок 8 компрессора нагнетается в трубопровод 15 и попадает в устройство для подогрева сжатого газа 14, например, выполненного в виде камеры сгорания. При этом возможен как непрерывный режим работы камеры сгорания 14. так и импульсный режим, представляющий собой дискретный нагрев порций сжатого газа. Импульсный режим позволяет осуществить отсечное устройство 16, устанавливаемое на трубопроводе 15. Далее подогретый сжатый газ по трубопроводу 17 поступает от устройства подогрева 14 в турбину через входной патрубок 11. В проточной части турбины подогретый сжатый воздух расширяется, перемещая в направлении вращения лопатки 4 турбины с противовесами 5, приводя в рабочее вращение ротор 18, с которого снимается полезная мощность и который приводит во вращение барабан компрессора 1. Затем отработанные газы выпускаются через выходной патрубок 12 турбины, и цикл работы двигателя повторяется.

ПРИМЕР РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Был изготовлен макет ротационного двигателя с внешней камерой сгорания. Компрессор и газовую турбину разместили в разных корпусах. Лопатки для компрессора выполнили криволинейными дугообразного вида и установили с помощью шарниров на барабане ротора. Лопатки для турбины с противовесами выполнили V-образного вида с внутренним углом около 115 градусов. Были изготовлены и установлены в проточной части компрессора и турбины внутренние блокирующие вставки, соответствующие размерам их проточной части. Были проведены рабочие экспериментальные запуски двигателя, которые позволили подобрать соответствующую массу противовесов и их форму, а также подобрать оптимальную геометрию лопаток. Эксперименты показали, что потери мощности на трение в паре лопатка — корпус и на перетечку газа при работе турбины с предлагаемой конструкцией лопаток ниже, чем у устройства по прототипу не менее чем на 10 процентов. При этом было отмечено снижение нагрузки на лопатки, что позволило отказаться от смазки внутренней поверхности корпуса и что, в свою очередь, позволило повысить температуру рабочего газа в проточной части турбины по сравнению с устройством по прототипу.

2. Было изготовлено несколько съемных элементов разной массы и формы с возможностью надежной фиксации на противовесе. Эксперименты показали, что установка съемных элементов на разных частях противовесов позволяет изменять режимы работы двигателя и минимизировать нагрузку на лопатки, снижая потери на трение, что позволяет утверждать о повышении эксплуатационных характеристик предлагаемого устройства по сравнению с устройством по прототипу.

3. Были проведены эксперименты с использованием устройства подогрева в виде камеры сгорания импульсного типа, для чего было выполнено отсечное устройство в виде обратного клапана. Эксперименты показали хорошую работоспособность предлагаемого устройства на импульсном режиме, что расширяет возможность применения предлагаемого устройства по сравнению с устройством по прототипу.

При этом во всех выполненных экспериментах было отмечено улучшение эксплуатационных характеристик предлагаемого устройства по сравнению с устройством по прототипу, при повышении экономичности предлагаемого устройства.

Источники информации

1. Патент РФ № 2209323.

2. Патент РФ № 2134806.

3. Патент РФ № 2006617.

4. Д.Рей, Д.Макмайкл. Тепловые насосы. Москва. Энергоиздат. 1982 г., с.43-46.

1. Ротационный двигатель внутреннего сгорания, включающий ротационный компрессор, содержащий барабан с качающимися лопатками и корпус с патрубками подвода сжимаемого газа и отвода сжатого газа, устройство для подогрева сжатого в компрессоре газа, ротационную газовую турбину, содержащую барабан с качающимися лопатками и корпус с патрубками подвода подогретого сжатого газа и отвода отработанного газа, и трубопроводы, соединяющие устройство подогрева с компрессором и турбиной, а также единый ротор, с которого снимается полезная мощность, расположенный эксцентрично внутренним поверхностям корпуса компрессора и корпуса турбины, отличающийся тем, что проточные части компрессора и турбины дополнены блокирующими вставками, барабан ротора турбины выполнен полым, а качающиеся лопатки компрессора и турбины установлены на барабанах ротора с помощью шарниров, при этом лопатки турбины дополнены противовесами, расположенными в полости барабана ротора.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что противовесы выполнены, по меньшей мере, с одним съемным элементом и, например, с возможностью фиксации съемного элемента на любой части противовеса.

3. Двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что устройство подогрева выполнено в виде устройства, сжигающего в атмосфере сжатого газа дискретные порции топлива, для чего трубопровод, соединяющий патрубок отвода сжатого газа из компрессора с устройством подогрева, дополнен отсечным устройством, например обратным клапаном.

NASA испытало 3D-печатный ротационный детонационный двигатель

Новости

Подпишитесь на автора

Подписаться

Не хочу

7

Такие силовые установки в перспективе позволят летать на гиперзвуковых скоростях с высокой топливной экономичностью и могут найти применение как в ракетостроении, так и и авиации. Опытный образец изготовлен на 3D-принтере с использованием специального медного сплава.

Стендовые испытания ротационного детонационного двигателя в Космическом центре имени Маршалла

Детонационные двигатели разрабатываются с сороковых годов прошлого века, но пока не получили широкого распространения — применение ограничивается несколькими экспериментальными самолетами и ракетами. От других воздушно-реактивных и ракетных двигателей такие силовые установки отличаются тем, что топливная смесь не сгорает в привычном смысле, а взрывается, детонирует, тем самым повышая термодинамическую эффективность. Теоретически детонационные двигатели можно использовать как в дозвуковых и сверхзвуковых, так и в гиперзвуковых летательных аппаратах, а заодно добиваться высокой топливной экономичности и тяги параллельно со снижением массогабаритных характеристик.

Схема работы ротационного детонационного двигателя

Наиболее распространенный вариант — это импульсные детонационные двигатели, где тяга генерируется в результате последовательных взрывов. Опытный образец прямоточного импульсного детонационного двигателя, например, создан в ОКБ имени Люльки и прошел испытания весной 2021 года. Тогда Ростех заявил, что «силовая установка на отдельных режимах работы продемонстрировала увеличение удельной тяги до 50% в сравнении с двигателями традиционных схем».

Опытный двигатель разработки ОКБ имени Люльки

Первый в истории летательный аппарат с импульсным детонационным двигателем поднялся в воздух в 2008 году: им стал легкий самолет Rutan Long-EZ, модифицированный компанией Scaled Composites и переоборудованный силовой установкой разработки Исследовательской лаборатории ВВС США.

Экспериментальный самолет Borealis на основе Rutan Long-EZ, оснащенный импульсным детонационным двигателем

Один важный аспект в разработке детонационных двигателей — это повышение частоты детонаций, так как высокие темпы помогают сглаживать генерируемые вибрации. В этом смысле наиболее перспективен другой вариант — ротационные детонационные двигатели, где волновой фронт постоянно перемещается в кольцевой камере с непрерывной подачей топлива. В прошлом году об испытаниях такого двигателя заявила команда китайских ученых из Университета Цинхуа, а теперь подтянулось Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США (NASA), опубликовавшее ролик с испытаниями ротационного детонационного двигателя, разработанного совместными усилиями инженеров Космического центра имени Маршалла и компании IN Space.

Испытания прошли в прошлом году и состояли из «более дюжины» стендовых тестов общей продолжительностью свыше десяти минут.

Ротационный детонационный двигатель Университета Цинхуа

«Программа испытаний ротационного детонационного двигателя достигла основной цели и продемонстрировала, что изготовленная с применением аддитивных технологий конструкция способна работать в течение длительного времени, выдерживая экстремальные температуры и давление, создаваемые взрывами. При работе на полной мощности двигатель создавал тягу свыше 1800 килограмм в течение почти минуты при среднем давлении в камере в 42 атмосферы — это рекордный показатель для таких конструкций», — сообщает NASA.

Пример 3D-печати детали клиновоздушного ракетного двигателя медным сплавом GRCop-42

Двигатель изготовлен по технологии 3D-печати методом порошкового синтеза на подложке (скорее всего селективного лазерного сплавления или SLM) с использованием сплава GRCop-42, разработанного в NASA. В состав медного сплава входят легирующие добавки хрома и ниобия. Конструкторы уже работают над двигателем с тягой в четыре с половиной тонны: с его помощью планируется оценить преимущества таких силовых установок над традиционными жидкостными ракетными двигателями.

NASA SLM детонационный двигатель

Подпишитесь на автора

Подписаться

Не хочу

7

Почему Mazda должна вернуть роторный двигатель правильным путем

Mazda не была первым автопроизводителем, установившим роторный двигатель в свои автомобили, но именно они сделали его популярным. Все знают об одержимости Mazda роторными двигателями, они даже сделали автобус с роторным двигателем. Из этой одержимости родились два самых больших спортивных автомобиля JDM-культуры — RX7 и всеми любимый RX8.

В то время как серия RX с самого начала ассоциировалась с роторными двигателями, Mazda разрабатывает и устанавливает роторные двигатели в свои автомобили с конца 19 века.60-х годов, когда в 1967 году вышла их первая модель с роторным двигателем — Mazda Cosmo.

В Mazda Cosmo или 110S на самом деле использовался лицензированный двигатель немецкого производителя автомобилей NSU, который был первым производителем, установившим роторный двигатель в серийный автомобиль — Wankel Spider. Ванкель был назван в честь инженера Феликса Генриха Ванкеля, создателя роторного двигателя. Имя Wankel в настоящее время принадлежит Volkswagen после того, как они приобрели NSU в 1969 году.0003

Как работает роторный двигатель

Роторный двигатель состоит из треугольного ротора, соединенного с неподвижной шестерней, которая заставляет его вращаться на месте в своем корпусе, образуя приводной вал или, в данном случае, «эксцентрический выходной вал». Кроме того, есть впуск и выпуск и две свечи зажигания для повышения эффективности. Donut Media сделали отличное видео об этом движке, ссылку на которое я дал выше.

Роторный двигатель имеет много преимуществ по сравнению с обычными поршневыми двигателями, поскольку он может производить больше энергии благодаря своей отличительной конструкции, будучи меньше и легче. Роторный двигатель имеет меньше движущихся частей, чем поршневой двигатель, что означает меньшую вибрацию и более плавную подачу мощности. Еще одно преимущество вращательного движения заключается в том, что эти двигатели могут иметь высокие обороты, что позволяет им достигать более высоких оборотов в минуту в их базовой форме, чем у большинства поршневых двигателей.

Роторный двигатель привлекает все большее число энтузиастов благодаря своим особым преимуществам. Генезис 13B-MSP от RX-8 был самой продвинутой моделью Mazda и производил самую высокую мощность на литр рабочего объема среди всех двигателей, производимых на заводе, — колоссальные 178 лошадиных сил на литр. RX-8 стали легендой, что делает их востребованными даже сегодня.

СВЯЗАННЫЕ С: Почему возрождение Mazda роторного двигателя для MX-30 было просто неправильным

Почему Mazda пришлось прекратить производство роторного двигателя

Mecum

Mazda RX-8 Sport 2003 года, вид сбоку и спереди

Несмотря на свою популярность, роторный двигатель страдал от проблем на протяжении всего производственного цикла. Конструкция ротора означала, что он зависел от того, что масло постоянно впрыскивалось в камеру сгорания, а это означало, что масло непрерывно горело, а это означало, что побочные продукты этого горения также постоянно выбрасывались. Затем возникла проблема с поломкой апексного уплотнения, расположенного на трех апексных концах ротора.

Это нарушило герметичность двигателя и снизило эффективность. Другая проблема была связана с формой двигателя, разные части двигателя подвергались разным уровням нагрева, это означало, что некоторые металлические уплотнения разрушались, что часто приводило к утечке охлаждающей жидкости в камеры сгорания, где она сгорала. вместе с маслом. Белый дым от был наиболее распространенным индикатором этого.

Также была проблема с несгоревшим топливом в камере сгорания из-за ее уникальной формы, которая затем выходила через выхлоп и снижала экономию топлива. В конечном счете, различные проблемы с выбросами стали причиной того, что Mazda прекратила существование, что сделало ее непригодной для продажи в соответствии с новыми экологическими нормами в Европе. Для поклонников роторных двигателей это был сокрушительный удар, поскольку многие из нас надеялись, что Mazda продолжит исследования и усовершенствование этого двигателя. Спортивное купе RX-8 было последним автомобилем с двигателем 13B.

СВЯЗАННЫЙ: Роторный двигатель Mazda возвращается… в электромобиле

Роторный двигатель возвращается в новом аватаре.

Похоже, что Mazda все-таки не отказалась от роторного двигателя, так как спустя столько лет он вернется. Одним из основных недостатков Mazda MX-30 EV был очень ограниченный запас хода, который является самым низким среди конкурентов и составляет 100 миль. В качестве решения этой проблемы Mazda разработала новый роторный двигатель, который работает как поколение для зарядки аккумуляторов электромобилей в дальних поездках. Mazda e-Skyactiv R-EV — это PHEV с литий-ионным аккумулятором мощностью 17,8 кВтч, небольшим однороторным двигателем мощностью 74 л.с. с топливным баком на 13 галлонов.

Mazda внесла несколько изменений в этот новый двигатель. На этот раз, что полезно при более низкой температуре запуска, а также для повышения производительности топлива, топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания в виде мелкодисперсного тумана при сгорании. Существует также рециркуляция выхлопных газов для управления потерями тепла из-за большей площади поверхности вращающихся камер сгорания.

Mazda также увеличила размер апексного уплотнения на 25%, чтобы уменьшить вероятность поломки апексного уплотнителя. Кроме того, Mazda запатентовала систему с электродвигателем, в которой электродвигатель и инвертор слегка регулируют скорость ротора, чтобы улучшить впуск воздуха в зависимости от оборотов.

СВЯЗАННЫЙ: Роторный двигатель Mazda может иметь гораздо более захватывающее будущее

Что это означает для будущего роторного двигателя

Mazda

Передний план 3/4 Mazda RX-VISION Concept

Очевидно, что это не будущее пуристы, которые хотели получить роторное решение для своего любимого двигателя, тем не менее, это может быть шагом в правильном направлении. Использование роторного двигателя в качестве расширителя диапазона имеет смысл, поскольку они меньше и эффективнее поршневых двигателей.

BMW i3 использует аналогичную установку, но с 2-литровым поршневым двигателем, который занимает больше места, но при этом тяжелее. Очевидно, что это более элегантное решение, разработанное Mazda, однако пока неясно, когда новый автомобиль будет представлен в США. Это также означает, что Mazda продолжает свои исследования роторных двигателей и использует их для создания улучшенных версий роторных двигателей.

Еще в январе 2023 года в интервью Autocar , Йошиаки Ногучи, помощник руководителя отдела разработки силовых агрегатов Mazda, сказал следующее:

«Роторный двигатель — наш символ. Инженеры Mazda мечтают иметь спортивный автомобиль с роторным двигателем. Сейчас не время для этого». Он добавил: «Когда ситуация в компании станет намного лучше [в отношении завершения развертывания электрифицированных моделей], мы сможем подумать об этой мечте в другой раз».

Значит ли это, что мы увидим более мощный и эффективный Роторный двигатель приводит в движение RX-9? Уже ходит много слухов о следующем преемнике RX, в том числе о том, что он будет оснащен 3-роторным двигателем в паре с гибридной системой, которая заставила наши сердца немного биться. быстрее RX-9похоже, что он борется со своими традиционными соперниками, Toyota GR Supra и Nissan Z. Это также означает, что они дебютируют с лучшей и наиболее технологически усовершенствованной версией роторного двигателя.

Очевидно, что Mazda провела исследование рынка и увидела, что энтузиасты проявляют не только мимолетный интерес. По-прежнему существует преданная фанатская база роторных двигателей, которые все еще ждут еще одного серийного роторного двигателя Mazda, которые не позволят своей страсти к этим эксцентричным маленьким двигателям умереть. У Mazda есть ресурсы, чтобы вернуть роторный двигатель на ура, прямо сейчас это выглядит более чем вероятным с RX-9., футуристический гоночный автомобиль с роторным двигателем.

225CS – 40 л.с. – роторный двигатель Ванкеля

AIE UK

225CS – 40 л.с.

Роторный двигатель мирового класса 225CS – 40 л.с. Сочетая все преимущества роторного двигателя Ванкеля с нашей запатентованной системой охлаждения Compact SPARCS, вы получаете чистый и мощный двигатель с низкой совокупной стоимостью владения.

Скачать техпаспорт
Запросы

Вес Масса ядра двигателя 22 фунта
(10 кг)

Мощность Выходная мощность двигателя 40 л.с.
(30 кВт)

Тип топлива Тип топлива AVGAS/Бензин
Тяжелое топливо

TBO Время между капитальным ремонтом 500+
часов

Охлаждение Система охлаждения С жидкостным охлаждением
Запатентованная система SPARCS

Варианты двигателя

Благодаря широкому спектру практического применения наши лидирующие на рынке роторные двигатели предлагают широкий спектр преимуществ и опираются на более чем 80-летний опыт и знания. Продолжайте читать, чтобы узнать больше о двигателе 225CS и некоторых его применениях. Или, чтобы узнать, чем мы можем вам помочь, позвоните в AIE сегодня по телефону +44 1543 420700.

Преимущества роторных двигателей Ванкеля

• Чистота и компактность
• Многотопливный
• Низкая вибрация
• Долгий срок службы
• Несколько движущихся частей
• Высокая удельная мощность
• Низкая совокупная стоимость владения
• Революционная система охлаждения

ДВИГАТЕЛИ МИРОВОГО КЛАССА С ДОЛГИМ КОНСТРУКЦИОННЫМ НАСЛЕДИЕМ

Благодаря более чем 80-летнему опыту проектирования и производства компания AIE восходит к 1960-е годы. Мы являемся лидерами рынка в области применения роторных двигателей, а это означает, что вы не найдете более надежного или знающего партнера по двигателям.

Все наши разработки, испытания и производство выполняются собственными силами с использованием самого современного оборудования. Мы будем управлять вашим проектом от концепции до конечного результата, и вы получите пользу от опыта мирового класса и обслуживания клиентов.

ЗАПАТЕНТОВАННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ДАЕТ ВАМ МОЩНЫЙ И ЭФФЕКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Двигатель 225CS — это компактный и легкий двигатель, который легко интегрируется в широкий спектр приложений. Вы получите лучшее на рынке соотношение мощности и веса: двигатель 225CS мощностью 40 л.с. при весе всего 10 кг.

Хотя могут существовать и другие двигатели, они не используют нашу запатентованную технологию охлаждения Compact SPARCS. Наша революционная конструкция термобаланса означает, что ваш двигатель чище и эффективнее, а уменьшенный износ означает, что он прослужит дольше. Вам не придется ремонтировать или заменять двигатель так часто, и вы получите более высокую грузоподъемность и повышенную выносливость.

ДВИГАТЕЛЬ МИРОВОГО КЛАССА ДЛЯ БПЛА, МОТОЦИКЛОВ И ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Генерируя непревзойденную мощность от легко интегрируемого небольшого двигателя, модель 225CS имеет широкий спектр практических применений.

Это идеальный двигатель для:

Автомобильный

• Автомобильный расширитель диапазона
• Беспилотные наземные транспортные средства
• Высокоэффективный автоспорт

Аэрокосмический

• Средние тактические БПЛА
• Гибридно-электрическая силовая установка
• Платформы вертикального взлета/посадки (VTOL)

Морские

• Беспилотные морские системы
• Малый гидроцикл
• Вспомогательные силовые установки

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

9017 2 Крутящий момент

Тип двигателя	Однороторный
Рабочий объем	13,7 куб. дюймов (225 см3)
27 фунт/фут при 8000 об/мин
Степень сжатия	9,6:1
Тип топлива	AVGAS / бензин / тяжелое топливо
Выходная мощность	40 л.