Ротативный двигатель принцип работы: Ротативный двигатель. Чумазый вояка :-)… — Шины для спецтехники, шины для погрузчика

Содержание

Ротативный двигатель. Чумазый вояка :-)…

Истребитель Sopwith Camel F.1 с двигателем Clerget 9B.

Сегодня поговорим о двигателе, эра расцвета которого пришлась на тот период времени, когда авиация еще не вышла из состояния «летающих этажерок», но когда эти самые этажерки уже чувствовали себя в воздухе достаточно уверенно.

Основные принципы самолето- и двигателестроения быстро принимали устойчивые очертания. Появлялось все больше моделей двигателей для аэропланов, а вместе с ними как новые победы, так и новые проблемы в двигателестроении. Конструкторы и инженеры стремились (как это, вобщем-то, происходит и сейчас :-)) максимально облегчить двигатели и при этом сохранить или даже увеличить их тяговую эффективность.

На этой волне и появился ротативный двигатель для тогдашних аэропланов. Почему именно для аэропланов? Да потому что сам по себе этот тип двигателя был разработан даже значительно раньше первого полета братьев Райт.

Однако обо всем по порядку. Что из себя представляет ротативный двигатель…. На английском rotary engine (что, кстати, на мой взгляд странно, потому что этим же словом обозначается роторный двигатель (двигатель Ванкеля)). Это двигатель внутреннего сгорания, в котором цилиндры с поршнями ( их нечетное количество) расположены радиально в виде звезды, обычно четырехтактный.

Рабочее топливо — бензин, воспламенение происходит от свечей зажигания.

По внешнему виду он очень похож на появившийся практически одновременно с ним и хорошо нам сегодня известный радиальный (звездообразный) поршневой двигатель. Но это только в неработающем состоянии. При запуске ротативный двигатель на неосведомленного о нем человека производит сильное впечатление.

Работа ротативного двигателя.

Происходит это потому, что уж очень необычно, на первый взгляд, выглядит его работа. Ведь вместе с винтом вращается и весь блок цилиндров, то есть, по сути дела весь двигатель. А вал, на котором происходит это вращение закреплен неподвижно. Однако в механическом плане ничего необычного тут нет. Просто дело привычки :-).

Топливо-воздушная смесь из-за вращения цилиндров не может быть подведена к ним обычным порядком, поэтому попадает туда из картера, куда подводится через полый неподвижный вал от карбюратора (или устройства его заменяющего).

Впервые в истории патент на ротативный двигатель получил французский изобретатель Félix Millet в 1888 году. Тогда этот двигатель поставили на мотоцикл и показали его на всемирной парижской выставке в 1889 году.

Ротативный двигатель Félix Millet на мотоцикле.

Позже двигатели Félix Millet ставились на автомобили, один из которых принял участие в первой в мире автомобильной гонке Paris–Bordeaux–Paris в 1895 году, а с 1900 года эти двигатели ставили на автомобили французской фирмы Darracq.

В дальнейшем инженеры-изобретатели стали обращать внимание на ротативный двигатель уже с точки зрения применения его в авиации.

Первым в этом плане был бывший ньюйоркский часовщик Stephen Balzer, создавший свой ротативный двигатель в 1890 году и ставший автором (совместно с инженером Charles M. Manly) первого в истории двигателя, разработанного конкретно для аэроплана, известного под названием Manly-Balzer engine.

Практически одновременно с ним работал американский инженер Adams Farwell, строивший автомобили с ротативными двигателями с 1901 года.

Открытый картер двигателя Le Rhône 9J.

По некоторым сведениям принципы конструкции его двигателей были взяты за основу производителями знаменитых впоследствии двигателей «Гном».

Что же так привлекало инженеров в ротативном двигателе? Что в нем такого полезного для авиации?

Есть две основные особенности, которые и являются его главными положительными качествами. Первая — это самый малый (по тому времени) вес по сравнению с двигателями той же мощности. Дело в том, что частоты вращения тогдашних двигателей были невысокие и для получения необходимой мощности (в среднем тогда порядка 100 л.с. (75 кВт)) циклы воспламенения топливовоздушной смеси давали о себе знать весьма ощутимыми толчками.

Чтобы этого избежать двигатели снабжались массивными маховиками, что, естественно, влекло за собой утяжеление конструкции. Но для ротативного двигателя маховик был не нужен, потому, что вращался сам двигатель, имеющий достаточную массу для стабилизации хода.

Такие двигатели отличались плавностью и равномерностью хода. Зажигание производилось последовательно в каждом цилиндре через один по кругу.

Второй особенностью было хорошее охлаждение. Металлургическая промышленность в те времена была не настолько развита, как сейчас и качество сплавов (в плане термостойкости) было не слишком высоким. Поэтому требовалось хорошее охлаждение.

Скорости полета самолетов были не высокие, поэтому простое охлаждение набегающим потоком стационарного движка было недостаточным. А ротативный двигатель здесь находился в более выгодном положении, потому что сам вращался с достаточной для эффективного охлаждения скоростью и цилиндры хорошо обдувались воздухом. При этом они могли быть как гладкими, так и оребренными. Охлаждение было достаточно эффективным даже при работе двигателя на земле.

Теперь отвлечемся на пару полезных роликов о работе ротативного двигателя. Первый — это моделирование его работы на компьютере. Во втором показана работа «внутренностей» двигателя Le Rhône.

Расцвет ротативных двигателей пришелся на первую мировую войну. В то время авиация уже достаточно серьезно участвовала в боевых действиях и воздушные бои не были редкостью. Самолеты и двигатели для них производились всеми крупными участниками войны.

Из двигателестроительных одной из самых известных была французская фирма Société des Moteurs Gnome, в свое время занимавшаяся производством двигателей внутреннего сгорания для промышленного производства. В 1900 году она купила лицензию на производство маленького одноцилиндрового стационарного двигателя (мощность 4 л.с.) Gnom у немецой фирмы Motorenfabrik Oberursel. Это движок продавался во Франции под французским наименованием Gnome и при этом настолько успешно, что наименование это было использовано в названии фирмы.

Ротативный двигатель Gnome 7 Omega.

В дальнейшем на базе Гнома был разработан ротативный двигатель Gnome Omega, имевший немалое количество модификаций и устанавливавшийся на самые различные самолеты. Известны так же другие массово производившиеся двигатели этой фирмы. Например, Gnome 7 Lambda – семицилиндровый, мощностью 80 л.с. и его продолжение Gnome 14 Lambda-Lambda (160 л.с.), двухрядный ротативный двигатель с 14-ю цилиндрами.

Двигатель Gnome Monosoupape.

Широко известен двигатель Gnome Monosoupape (один клапан), начавший выпускаться в 1913 году и считавшийся одним из лучших двигателей в начальный период войны. Этот «лучший двигатель» 🙂 имел всего один клапан, использовавшийся и для выхлопа и для забора воздуха. Для поступления топлива в цилиндр из картера, в юбке цилиндра был сделан ряд специальных отверстий. Двигатель был безкарбюраторный и из-за упрощенной системы управления был легче и потреблял, к тому же меньше масла.

Подвод топлива в цилиндр Gnome Monosoupape. Crank Case — картер, Ports — подводящие отверстия.

Управления у него не было практически никакого. Был только топливный кран, подававший бензин через специальную форсунку (или распылитель) в полый неподвижный вал и далее в картер. Этим краном можно было пытаться обогащать или обеднять топливо-воздушную смесь в очень узком диапазоне, от чего было мало толку.

Пытались использовать с целью управления изменение фаз газораспределения, но быстро от этого отказались, потому что начали гореть клапана. В итоге движок постоянно работал на максимальных оборотах (как, впрочем и все ротативные двигатели :-)) и управлялся только отключением зажигания (об этом чуть ниже :-)).

Другой известной французской фирмой, производившей ротативный двигатели была фирма Société des Moteurs Le Rhône, начавшая свою работу с 1910 года. Одними из самых известных ее двигателей были Le Rhône 9C (мощность 80 л.с.) и Le Rhône 9J (110 л.с.). Характерной их особенностью было наличие специальных трубопроводов от картера к цилиндрам для подвода топливо-воздушной смеси (немного похоже на входные коллектора современных ДВС).

Двигатель Le Rhone 9C.

Ротативный двигатель Le Rhone 9J.

Le Rhône и Gnome первоначально соперничали, но потом объединились и с 1915 года уже работали совместно под названием Société des Moteurs Gnome et Rhône. Двигатель 9J был, вобщем-то, уже их совместным продуктом.

Интересно, что вышеупомянутая германская фирма Motorenfabrik Oberursel в 1913 году закупила лицензии на производство теперь уже французских ротативных двигателей Gnome (хотя и была родоначальницей этого брэнда, можно сказать :-)) и чуть позже двигателей Le Rhône. Их она выпускала под своими наименованиями: Gnome, как U-серия и Le Rhône, как UR-серия ( от немецкого слова Umlaufmotor, обозначающего ротативный двигатель).

Например, двигатель Oberursel U.0 был аналогом французского Gnome 7 Lambda и устанавливался первоначально на самолет Fokker E.I., а двигатель Oberursel U.III – это копия двухрядного Gnome 14 Lambda-Lambda.

Истребитель Fokker E.I с двигателем Oberursel U.0 .

Германский двухрядный Oberursel U.III, копия Gnome 14 Lambda-Lambda.

Вообще фирма Motorenfabrik Oberursel всю войну в довольно большом количестве производила двигатели-клоны французских моделей, которые потом ставились на самолеты, являвшиеся противниками французов и их союзников в воздушных боях. Вот такие фокусы жизни :-)…

Среди других известных двигателестроительных фирм значится также французская фирма Société Clerget-Blin et Cie ( интересное для русского уха слово Blin в названии означает фамилию одного из учредителей, промышленника Эжена Блина :-)) со своим известным движком Clerget 9B.

Двигатель Clerget 9B.

Двигатель Clerget 9B на истребителе Sopwith 1½ Strutter.

Истребитель Sopwith 1 1/2 Strutter с двигателем Clerget 9B.

Многие двигатели производились в Великобритании по лицензиям. На этих же заводах выпускали английские двигатели разработки Walter Owen Bentley (того самого Бентли) Bentley BR.1 (заменившие Clerget 9B на истребителях Sopwith Camel) и Bentley BR. 2 для истребителей Sopwith 7F.1 Snipe.

На двигателях Bentley в конструкции поршней впервые были применены алюминиевые сплавы. До этого на всех движках цилиндры были чугунные.

Ротативный двигатель Bentley BR1.

Ротативный двигатель Bentley BR2.

Истребитель Sopwith 7F.1 Snipe с двигателем Bentley BR.2 .

Теперь вспомним о других особенностях ротативного двигателя, которые, так сказать, плюсов ему не прибавляют 🙂 (чаще всего как раз наоборот).

Немного об управлении. Современный (стационарный, конечно :-)) поршневой двигатель, неважно рядный он или звездообразный, управляется относительно легко. Карбюратор (либо инжектор) формирует нужный состав топливо-воздушной смеси и с помощью дроссельной заслонки пилот может регулироват подачу ее в цилиндры и, тем самым, менять обороты двигателя. Для этого по сути дела существует ручка (или педаль, как хотите :-)) газа.

У ротативного двигателя все не так просто :-). Несмотря на разницу конструкций, большинство ротативных двигателей имели на цилиндрах управляемые впускные клапана, через которые и поступала топливо-воздушная смесь. Но вращение цилиндров не позволяло применять обычный карбюратор, который бы поддерживал оптимальное соотношение воздух-топливо за дроссельной заслонкой. Состав смеси, поступающей в цилиндры нужно было корректировать для достижения оптимального соотношения и устойчивой работы двигателя.

Для этого обычно существовал дополнительный воздушный клапан («bloctube») . Пилот устанавливал рычаг газа в нужное положение (чаще всего полностью открывая дроссель) и потом рычагом регулировки подачи воздуха добивался устойчивой работы двигателя на максимальных оборотах, производя так называемую тонкую регулировку. На таких оборотах обычно и проходил полет.

Из-за большой инерционности двигателя (масса цилиндров все же немаленькая :-)), такая регулировка часто делалась «методом тыка», то есть определить нужную величину регулировки можно было только на практике, и эта практика была необходима для уверенного управления. Все зависело от конструкции двигателя и опыта пилота.

Весь полет проходил на максимальной частоте вращения движка и если ее по какой-либо причине надо было снизить, например для посадки, то действия по управлению должны были быть обратного направления. То есть пилоту нужно было прикрыть дроссель и потом опять регулировать подачу воздуха в двигатель.

Но такое «управление» было, как вы понимаете, достаточно громоздким и требующим времени, которое в полете не всегда есть, особенно на посадке. Поэтому гораздо чаще применялся метод отключения зажигания. Чаще всего это делалось через специальное устройство, позволяющее отключать зажигание полностью или в отдельных цилиндрах. То есть цилиндры без зажигания переставали работать и двигатель в целом терял мощность, что и нужно было пилоту.

Этот метод управления широко применялся на практике, но тянул за собой и кучу проблем. Топливо, вместе, кстати, с маслом, несмотря на отключение зажигания, продолжало поступать в двигатель и, несгорев, благополучно его покидало и затем скапливалось под капотом. Так как движок очень горячий, то опасность серьезного пожара налицо. Тогдашние «легкие этажерки» горели очень легко и быстро :-).

Пример защитных капотов на двигателе (защита от масла двигатель Gnome 7 Lambda ) на самолете Sopwith Tabloid.

Поэтому капоты для двигателей имели внизу вырез примерно на одну треть периметра или на худой конец серьезные дренажные отводы, чтобы вся эта гадость могла быть удалена набегающим потоком. Чаще всего, конечно, она размазывалась по фюзеляжу.

Кроме того свечи в неработающих цилиндрах могли оказаться залитыми и замасленными и повторный запуск поэтому был не гарантирован.

К 1918 году французская двигателестроительная фирма Société Clerget-Blin et Cie (ротативные двигатели Clerget 9B), исходя из очевидной опасности использования способа снижения мощности путем отключения зажигания, в руководстве по эксплуатации своих двигателей рекомендовала следующий метод управления.

При необходимости снижения мощности двигателя пилот перекрывает подачу топлива закрытием дросселя (ручкой газа). При этом зажигание не отключается, и свечи продолжают «искрить» (предохраняя себя от замасливания). Винт вращается в результате эффекта авторотации, и при необходимости запуска топливный клапан просто открывается в то же положение, что и до закрытия. Двигатель запускается…

Однако, по отзывам пилотов, которые в наши дни летают на восстановленных или точных копиях самолетов того времени, все-таки самый удобный режим снижения мощности – это отключение зажигания, несмотря на всю «грязь», которую при этом извергают ротативные двигатели :-).

Самолеты с такими движками вообще особой чистотой не отличались. Про топливо в отключенных цилиндрах я уже сказал, но ведь было еще и масло. Дело в том, что из-за вращающегося блока цилиндров, возможность откачки топлива из картера была весьма проблематична, поэтому организовать полноценную систему смазки было нельзя.

Схема топливо- и маслопитания ротативного двигателя Gnome 7 Omega.

Но без смазки никакой механизм работать не будет, поэтому она, конечно, существовала, но в о-о-очень упрощенном виде. Масло подавалось прямо в цилиндры, в топливо-воздушную смесь.На большинстве двигателей для этого существовал небольшой насос, подававший масло через полый (неподвижный, как уже известно :-)) вал по специальным каналам.

В качестве смазывающего масла использовалось касторовое, самое лучшее по тем временам масло ( природное растительное) для этих целей. Оно, кроме того не смешивалось с топливом, что улучшало условия смазки. Да и сгорало в цилиндрах оно только частично.

Пример замасливания (темные пятна) двигателя Gnome 7 Omega полусгоревшим касторовым маслом.

А удалялось оно оттуда после выполнения своих функций вместе с отработанным газами через выпускной клапан. И расход его при этом был очень даже немаленький. Средний движок, мощностью около 100 л.с. (≈75 кВт, 5-7 цилиндров) за час работы расходовал более двух галлонов (английских) масла. То есть около 10 литров вылетало «на ветер».

Ну что тут скажешь… Бедные механики :-). Масло, сгоревшее и несовсем, топливная смесь, оставшаяся после дросселирования движка, сажа… все это оседало на самолете, и все это нужно было отмывать. Причем масло это отмывалось очень плохо. Из-за этого на старых снимках самолеты частенько «щеголяют» грязными пятнами на крыле и фюзеляже.

Но и летчики – люди мужественные :-). Ведь из движка выходила касторка. А это, как известно, очень хорошее слабительное (в аптеках раньше продавалась, не знаю, как сейчас). Конечно, двигатель был закрыт капотом, и снизу, как я уже говорил, был вырез для удаления всей грязи. Но ведь кабина открытая и воздушный поток – штука не всегда управляемая. Если чистая касторка попадала на лицо и потом внутрь… Последствия предугадать…. наверное было не сложно :-)…

Следующая особенность ротативных двигателей, которую я бы тоже не назвал положительной была связана с управляемостью аэропланов, на которых стояли такие движки. Немалая масса вращающегося блока представляла собой по сути дела большой гироскоп, поэтому гироскопический эффект был неизбежен :-).

Пока самолет летел прямолинейно, его влияние не было сильно заметно, но стоило начать совершать какие-либо полетные эволюции, как сразу проявлялась гироскопическая прецессия. Из-за этого и вкупе с большим крутящим моментом массивного блока цилиндров при выбранном правом вращении винта самолет очень неохотно поворачивал влево и при этом задирал нос, но зато быстро делал правые развороты с большой тенденцией к опусканию носа.

Такой эффект с одной стороны очень мешал (особенно молодым и неопытным пилотам), а с другой был полезен при проведении воздушных боев , в так называемых «собачьих свалках» (dogfights). Это, конечно, для опытных летчиков, которые могли с толком использовать эту особенность.

Очень характерен в этом плане был известный самолет Sopwith Camel F.1 Королевских ВВС, считавшийся лучшим истребителем Первой Мировой. На нем стоял ротативный двигатель Clerget 9B ( как примечание добавлю, что в последствии также ставился и английский Bentley BR.1(150 л.с.)). Мощный (130 л.с.), но достаточно капризный двигатель, чувствительный к составу топлива и к маслу. Мог запросто отказать на взлете. Но именно благодаря ему и особенностям компоновки фюзеляжа (рассредоточению полезного оборудования) Camel был очень маневренен.

Истребитель Sopwith Camel F.1 с двигателем Clerget 9B .

Истребитель Sopwith Camel F.1 (реплика).

Маневренность эта, правда, доходила до крайности. В управлении истребитель был необычайно строг и вообще имел кое-какие неприятные особенности. Например, большое желание войти в штопор на малой скорости :-). Он абсолютно не подходил для обучения молодых пилотов. По некоторой статистике за время войны в боевых действиях на этом аэроплане погибло 415 пилотов, а в летных происшествиях – 385. Цифры красноречивые…

Однако опытные пилоты, хорошо его освоившие, могли извлечь большую пользу из его особенностей и делали это. Интересно, что из-за нежелания Camel-а быстро разворачиваться влево, многие пилоты предпочитали делать это, так сказать, «через правое плечо» :-). Поворот вправо на 270º получался значительно быстрее, чем влево на 90º .

Основным и достойным противником для Sopwith Camel F.1 был немецкий триплан Fokker Dr.I с двигателем Oberursel UR.II (полный аналог французского Le Rhône 9J). На таком воевал Барон Ма́нфред А́льбрехт фон Рихтго́фен (Manfred Albrecht Freiherr von Richthofen), знаменитый «Красный барон».

Триплан Fokker Dr. I

Германский двигатель Oberursel-UR-2. Копия Le Rhône 9J.

Истребитель-триплан Fokker Dr.I (современная реплика, правда двигатель у нее не ротативный).

Fokker DR1, современная реплика с настоящим ротативным двигателем.

Триплан Fokker Dr.I незадолго до гибели «Красного Барона».

За время войны ротативные двигатели достигли своего полного расцвета. При имеющихся запросах армии, несмотря на свои недостатки они очень хорошо подходили для решения, так сказать, триединой задачи «мощность – вес – надежность». Особенно, что касается легких истребителей. Ведь именно на них в подавляющем большинстве такие движки стояли.

Более крупные и тяжелые самолеты продолжали летать, используя традиционные рядные движки.

Однако авиация развивалась бурными темпами. Требовалась все большая мощность двигателей. Для стационарных рядных это достигалось путем увеличения максимального количества оборотов. Возможности совершенствования в этом направлении были. Улучшались системы зажигания и газораспределения, принципы образования топливовоздушной смеси. Применялись все более совершенные материалы.

Это позволило к концу Первой Мировой войны поднять максимальную величину оборотов стационарного двигателя с 1200 до 2000 об/мин.

Однако, для ротационного двигателя этот было невозможно. Организовать правильное смесеобразование было нельзя. Все приходилось делать «на глазок», поэтому расход топлива (как и масла) был, мягко говоря, немаленьким 🙂 (в том числе, кстати, из-за постоянной работы на больших оборотах).

Какие-либо внешние регулировочные работы на двигателе, пока он находится в запущенном состоянии само собой были невозможны.

Повысить частоту вращения тоже не получалось, потому что сопротивление воздуха быстро вращающемуся блоку цилиндров было достаточно большим. Более того, при увеличении скорости вращения, сопротивление росло еще быстрее. Ведь, как известно, скоростной напор пропорционален квадрату скорости ( ρV2/2, где ρ – плотность воздуха, V – скорость потока). То есть если скорость просто растет, то сопротивление растет в квадрате (примерно :-)).

При попытках на некоторых моделях двигателей начала войны поднять обороты с 1200 об/мин до 1400 об/мин сопротивление поднималось на 38%. То есть получалось, что возросшая мощность двигателя больше тратилась на преодоление сопротивления, чем на создание полезной тяги воздушного винта.

Немецкой фирмой Siemens AG была сделана попытка обойти эту проблему с другой стороны. Был выполнен 11-цилиндровый двигатель так называемой биротативной схемы (наименование Siemens-Halske Sh.III ). В нем блок цилиндров вращался в одну сторону с частотой 900 об/мин., а вал (ранее неподвижный) в другую с той же частотой. Суммарная относительная частота составила 1800 об/мин. Это позволило достичь мощности в 170 л.с.

Биротативный двигатель Siemens-Halske Sh.III .

Истребитель Siemens-Schuckert D.IV .

Истребитель Siemens-Schuckert D.IV в берлинском музее.

Этот двигатель имел меньшее сопротивление воздуху при вращении и меньший крутящий момент, мешающий управлению. Устанавливался на истребителе Siemens-Schuckert D.IV , который по мнению многих специалистов стал одним из лучших маневренных истребителей времен войны. Однако производиться начал поздно и сделан был в небольшом количестве экземпляров.

Существующее положение Siemens-Halske Sh.III не поправил и не смог опять поднять ротативные двигатели на должную высоту.

Недостатков у них, как видите, хватало. Ко всему прочему могу еще добавить, что движки эти были достаточно дороги. Ведь из-за большой быстро вращающейся массы все детали двигателя должны были быть хорошо отбалансированы и четко подогнаны. Плюс сами материалы были недешевы. Это приводило к тому, что, например, двигатель Monosoupape по ценам 1916 года стоил порядка 4000$ (что в переводе на курс года 2000-го составляет примерно 65000$). Это при том, что в движке-то, вобщем-то, по нынешним понятиям :-), ничего особенного-то нет.

Ко всему прочему моторесурс всех таких двигателей был невысок (вплоть до 10-ти часов между ремонтами) и менять их приходилось часто, несмотря на высокую стоимость.

Все эти недостатки копились и в конце концов чаша оказалась переполнена. Ротативный двигатель широко использовался и совершенствовался (по мере возможности) вплоть до конца войны. Самолеты с такими движками некоторое время использовались во время гражданской войны в России и иностранной интервенции. Но в целом их популярность быстро пошла на спад.

Совершенствование науки и производства привели к тому, что на сцену уверенно вышел последователь ротативного двигателя – радиальный или звездообразный двигатель с воздушным охлаждением, который не сходит с нее и по сей день, работая, между прочим, в содружестве с рядным поршневым авиационным двигателем с жидкостным охлаждением.

Ротативный двигатель, оставив яркий след в истории авиации, занимает теперь почетное место в музеях и на исторических выставках.

На этом заканчиваю :-). В заключение как всегда кое-какое интересное видео. Первый ролик — запуск восстановленного двигателя Гном 1918 года выпуска. Далее три ролика о работе двигателя и полетах восстановленного Sopwith Camel F.1, а также Fokker Dr.I (на заднем плане :-)). Интересного вам просмотра и до встречи…

P.S. Один из моих читателей (Александр) совершенно справедливо указал мне на то, что в ролике, где вместе с Сопвичем летает современная реплика германского триплана, движок у этого триплана не ротативный. Абсолютно верно. Я, увлекшись Сопвичем, не обратил на это внимание :-). Прошу прощения у читателей и помещаю ролик (и фото), где в полете современная реплика Фоккера с настоящим ротативным движком. Самолет здесь классно показан :-)…

Фотографии кликабельны.

This entry was posted in АВИАЦИОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ, ИСТОРИЯ АВИАЦИИ and tagged ротативный двигатель. Bookmark the permalink.

знакомимся с двигателями необычных конструкций – Автоцентр.ua

АвтоцентрСервис Технологии Не такие, как все: знакомимся с двигателями необычных конструкций

Марка

Модель

Оставьте ваши контактные данные:

По телефону

На почту

Уточните удобное время для звонка:

День/дата

День/дата
Сегодня
Завтра
05
06
07
08
09
10

Часы

Минуты

Отправляя заявку я предоставляю свое согласие на сбор и обработку предоставленных мною личных персональных данных в соответствии с Законом Украины «О защите персональных данных»

Оставьте ваши контактные данные:

Уточните удобное время для звонка:

День/дата

День/дата

Сегодня
Завтра
05
06
07
08
09
10

Часы

Минуты

Прямо сейчас

Оставьте ваши контактные данные:

Выберите машину:

Марка

Сначала выберите дилера

Модель

Сначала выберите марку

Sample Text

Оставьте ваши контактные данные:

Выберите машину:

Марка

Сначала выберите дилера

Модель

Сначала выберите марку

Уточните удобное время для тест-драйва:

День/дата

День/дата
Сегодня
Завтра
05 мая
06 мая
07 мая
08 мая
09 мая
10 мая
11 мая
12 мая
13 мая
14 мая
15 мая
16 мая
17 мая

Часы

Минуты

Оберіть мовну версію сайту. За замовчуванням autocentre.ua відображається українською мовою.

Слава Україні! Героям слава!
Ви будете перенаправлені на українську версію сайту через 10 секунд

Как работает роторный двигатель? Изучение принципа работы и компонентов

Введение

Роторный двигатель — это двигатель внутреннего сгорания, в котором для производства энергии используется ротор вместо поршня. Он был изобретен Феликсом Ванкелем в 1950-х годах и с тех пор используется во многих автомобильных приложениях. В этой статье мы рассмотрим, как работает роторный двигатель, обсудим его компоненты и подсистемы, исследуем процесс сгорания, проанализируем его плюсы и минусы, сравним его с другими типами двигателей и продемонстрируем примеры транспортных средств с роторными двигателями.

Объяснение принципа работы роторного двигателя

Принцип работы роторного двигателя можно разделить на три основных компонента: ротор, камеру сгорания, впускной и выпускной коллекторы. Ротор представляет собой деталь треугольной формы, которая вращается внутри камеры сгорания. При вращении он создает три отдельные камеры, которые затем заполняются воздухом и топливом. Впускной и выпускной коллекторы позволяют воздуху и топливу входить и выходить из камеры сгорания соответственно. При срабатывании свечи зажигания создается искра, которая воспламеняет топливно-воздушную смесь, заставляя ее расширяться и толкать ротор.

Ротор соединен с коленчатым валом, который отвечает за преобразование вращательного движения ротора в поступательное движение, которое можно использовать для привода транспортного средства. Когда ротор вращается, он вырабатывает мощность, как поршневой двигатель. Однако благодаря своей уникальной конструкции роторный двигатель производит больше мощности, чем традиционный поршневой двигатель, потребляя при этом меньше топлива и производя меньше выбросов.

Обсуждение различных компонентов и подсистем роторного двигателя

Ротор — важнейший компонент роторного двигателя. Он состоит из трех лепестков, которые соединены друг с другом и вращаются внутри камеры сгорания. Когда ротор вращается, он создает три отдельные камеры, которые затем заполняются воздухом и топливом из впускного и выпускного коллекторов. Ротор соединен с коленчатым валом, который преобразует вращательное движение ротора в поступательное движение, которое можно использовать для привода транспортного средства.

В камере сгорания происходит воспламенение топливно-воздушной смеси. Он имеет форму треугольника и имеет две стенки, образующие вершину на одном конце. Такая форма помогает создать лучший поток воздуха и топлива, что необходимо для эффективного сгорания. Впускной и выпускной коллекторы отвечают за подачу воздуха и топлива в камеру сгорания и из нее соответственно. Свеча зажигания и система зажигания отвечают за срабатывание искры, которая воспламеняет смесь воздуха и топлива.

Исследование процесса сгорания в роторном двигателе

Процесс сгорания в роторном двигателе аналогичен процессу сгорания в поршневом двигателе. Он следует за четырехтактным циклом, который состоит из такта впуска, такта сжатия, рабочего такта и такта выпуска. Во время такта впуска воздух и топливо всасываются в камеру сгорания из впускного коллектора. Во время такта сжатия воздушно-топливная смесь сжимается по мере того, как ротор движется к вершине камеры сгорания. Во время рабочего такта свеча зажигания вызывает искру, которая воспламеняет воздушно-топливную смесь, заставляя ее расширяться и толкать ротор. Наконец, во время такта выпуска выпускные клапаны открываются, и выхлопные газы выбрасываются из камеры сгорания.

Анализ плюсов и минусов роторных двигателей

Роторные двигатели

имеют ряд преимуществ по сравнению с двигателями других типов. Они меньше и легче поршневых двигателей, что делает их идеальными для использования в небольших автомобилях и мотоциклах. Они также производят больше энергии, потребляя меньше топлива и производя меньше выбросов. Кроме того, они относительно просты и требуют меньше обслуживания, чем поршневые двигатели.

Однако у роторных двигателей есть и недостатки. Они дороги в производстве и ремонте, и они производят больше шума и вибрации, чем поршневые двигатели. Кроме того, они не так эффективны, как другие типы двигателей, а это означает, что они потребляют больше топлива и производят больше выбросов.

Сравнение роторных двигателей с двигателями других типов

Роторные двигатели можно сравнить с другими типами двигателей, такими как поршневые двигатели, роторные двигатели Ванкеля и электродвигатели. Поршневые двигатели являются наиболее распространенным типом двигателей внутреннего сгорания и используются в большинстве легковых и грузовых автомобилей. Они крупнее и тяжелее роторных двигателей, но они более эффективны и требуют меньше обслуживания. Роторные двигатели Ванкеля похожи на обычные роторные двигатели, но в них используется другой тип ротора, который позволяет им производить больше энергии при меньшем потреблении топлива.

Электродвигатели становятся все более популярными в автомобилях благодаря их эффективности и низкому уровню выбросов. Они тише и плавнее, чем роторные двигатели, но они намного дороже и требуют специальных деталей и опыта для обслуживания. Кроме того, они не такие мощные, как роторные двигатели, и не могут сравниться с ними по производительности.

Демонстрация автомобилей с роторными двигателями

Mazda — один из немногих автопроизводителей, использующих в своих автомобилях роторные двигатели. Mazda RX-7 — классический спортивный автомобиль, оснащенный роторным двигателем с двойным турбонаддувом. Mazda RX-8 — более новая модель, в которой используется роторный двигатель без наддува. Mazda Cosmo Sport — еще один классический спортивный автомобиль с роторным двигателем.

Иллюстрация работы роторного двигателя с помощью диаграмм

Диаграммы могут быть очень полезны для понимания того, как работает роторный двигатель. На схеме ротора показаны три лепестка, составляющие ротор, и то, как они взаимодействуют с камерой сгорания. Схема камеры сгорания иллюстрирует форму камеры и то, как она помогает создать лучший поток воздуха и топлива. Схема впускного и выпускного коллекторов показывает, как воздух и топливо поступают в камеру сгорания и выходят из нее. Наконец, схема свечи зажигания и системы зажигания иллюстрирует, как возникает искра для воспламенения воздушно-топливной смеси.

Заключение

В заключение, роторный двигатель — это двигатель внутреннего сгорания, в котором для производства энергии используется ротор вместо поршней. У него есть несколько преимуществ по сравнению с другими типами двигателей, например, он меньше и легче, производит большую мощность при меньшем потреблении топлива и требует меньшего обслуживания. Однако у него также есть некоторые недостатки, такие как дороговизна в производстве и ремонте, повышенный уровень шума и вибрации и меньшая эффективность по сравнению с другими типами двигателей.

В конечном счете, роторные двигатели представляют собой интересный и уникальный тип двигателя, который можно использовать во многих автомобильных приложениях.

(Примечание. Эта статья не соответствует вашим ожиданиям? У вас есть знания или идеи, которыми вы хотите поделиться? Откройте новые возможности и расширьте свои возможности, присоединившись к нашей команде авторов. Нажмите «Регистрация», чтобы присоединиться к нам и поделиться своим опытом с нашими читателями.)

Взлет и падение роторного двигателя

В 1954 году немецкий инженер Феликс Ванкель разработал то, что, по его мнению, станет следующей революцией в технологии внутреннего сгорания. Самая большая претензия Ванкеля к существующей технологии двигателя заключалась в резкости и вибрациях, которые передавались в кабину. Он решил обойти эту проблему, создав двигатель, в котором было всего две движущиеся части, что сделало его намного меньше, чем у обычного двигателя внутреннего сгорания, и при этом достигнув желаемого уровня усовершенствования.

К несчастью для него, его изобретение все еще было сырым, и Ханнс Дитер Пашке, инженер из NSU, тщательно переработал его, чтобы сделать его пригодным для использования на дорогах и массового производства. Его улучшенная конструкция двигателя была официально названа «KKM 57P», и она стала образцом для всех машин с роторным двигателем.

Превосходство над мощностью поршня

Основной принцип работы роторного двигателя такой же, как и у его поршневых аналогов, т. е. внутреннее сгорание, но то, как они сжигают воздух и топливо, их отличает. В отличие от поршневого двигателя, в котором используется несколько рядов цилиндров, в котором каждый цилиндр отвечает за сдерживание давления от взрыва, в роторном двигателе давление содержится в овальной камере, которая также действует как корпус двигателя.

Внутри роторного двигателя находится треугольный ротор, который в просторечии называется вращающимся дорито, прикрепленный к эксцентриковому валу, заменяющему поршни. В результате внутри камеры образуется пустота, которая расширяется и сужается в зависимости от положения ротора, и каждая из этих пустот действует как камера сгорания. Вращательное движение сжимает смесь воздуха и топлива, которая расширяет камеру при воспламенении и выбрасывает выхлопные газы через выпускное отверстие.

Но результат такого принципиально другого подхода совершенно очевиден. Во-первых, уровни обработки не имеют себе равных. Некоторые из других ключевых преимуществ:

— Низкий уровень вибрации

— Только две движущиеся части обеспечивают меньшие механические потери

— 1/3 размера и веса сопоставимого поршневого двигателя

— Линейный и плавный диапазон мощности

— Может достигать и поддерживать более высокие обороты, чем сопоставимый поршневой двигатель

В результате каждый автопроизводитель хотел принять участие в действии, и в кратчайшие сроки такие автопроизводители, как Skoda, NSU, Mercedes, Citroen и Chevrolet, представили свои реализации роторный двигатель. На самом деле, вопреки распространенному мнению, именно Skoda сделала 1000 MB с роторным двигателем в начале 19 века.60-е годы. Это был компактный седан с одним ротором, но ему так и не удалось пройти стадию прототипа.

В 1974 году роторный двигатель также нашел свое применение в массовом производстве мотоциклов, когда немецкая компания Hercules представила W 2000. Помимо Mazda, NSU является единственным автопроизводителем, который смог добиться определенного успеха с роторным двигателем. NSU был немецким производителем автомобилей, который позже стал частью Audi. Они сделали первый серийный автомобиль с роторным двигателем, который получил меткое название Wankel Spider. Затем появился NSU Ro80, семейный седан, разработанный для конкуренции с E-классом и известный своей изысканностью, но эти автомобили страдали от проблем, связанных с верхним уплотнением.

В то время как NSU отказалась от роторного двигателя с концом Ro 80, их «преемник» Audi (тогда называвшийся «Audi NSU Auto Union AG») продолжал экспериментировать, оснастив 25 Audi 100 C2 двухроторным роторным двигателем мощностью 132 кВт. двигатель (на основе двигателя Ro 80) для флотского эксперимента 1977 года, но он так и не приблизился к производству.

Успех Mazda Cosmo

Mazda направила группу инженеров на известный западногерманский автопроизводитель NSU. Там команда обнаружила огромное технологическое препятствие для разработки в виде «следов болтовни».

Чтобы взять на себя сложную задачу адаптации этого революционного и непроверенного нового двигателя, Mazda отправила команду из 47 человек во главе с Кеничи Ямамото, и эта разношерстная команда, в основном состоящая из инфантильных инженеров, приступила к работе над тем, что могло стать силовой агрегат будущего. На первый взгляд все выглядело многообещающе, но внутри Mazda люди думали, что это не более чем дорогостоящий эксперимент, который обречен на провал.

Mazda, как и любой другой производитель, столкнулась с серьезной проблемой — вышеупомянутыми уплотнениями Apex. Рассмотрев все материалы под солнцем, включая лошадиные и коровьи кости, в 1963 инженер предложил идею изменения частотных характеристик апикального уплотнения путем изменения его формы, и команда Mazda быстро разработала поперечно-полое уплотнение с крестообразным отверстием возле вершины уплотнения, и после начальных испытаний результаты выглядел многообещающе, и инженеры Mazda знали, что это их билет к превосходству Ротари.

После успеха этого эксперимента Mazda приступила к разработке своего первого серийного роторного двигателя при поддержке Nippon Carbon Co., Ltd. Новые верхние уплотнения были изготовлены из алюминиево-углеродных композитов, очень передового материала для того времени. .

Первой Mazda с роторным двигателем была Cosmo Sport, премьера которой состоялась в 1967 году. Автомобиль, который, по противоречивым мнениям, считался более красивой японской версией E-Type Jag. И сходство поначалу бросается в глаза, и оно не было случайным, ведь Mazda хотела черпать вдохновение в лучшем, а сам Энцо Феррари описал E-Type как «самый красивый автомобиль из когда-либо созданных». Силуэт E-Type, почти похожий на космический корабль, также отражает суть космической гонки, как ничто другое, включая название «Cosmo Sport».

После почти двух лет интенсивных испытаний серийная версия Mazda Cosmo Sport была готова. Серийный двигатель имел роторы из чугуна, а эксцентриковые валы были из хромомолибденовой стали. Четырехцилиндровый карбюратор Hitachi

был довольно обычным, но он был соединен с нетрадиционными двойными распределителями зажигания и двойными свечами зажигания в камере сгорания, и эта установка была соединена с четырехступенчатой коробкой передач с синхронизатором.

Несмотря на футуристическое название, подвеска Космо была в духе старой школы. Передняя часть получила полностью независимые А-образные рычаги со спиральными пружинами, трубчатые амортизаторы и стабилизатор поперечной устойчивости. Задняя часть получила листовые рессоры и трубу De Dion. Как и в случае с большинством транспортных средств того времени, шасси было из нержавеющей стали, а тормоза не работали. Все эти факторы в совокупности приводят к правильным характеристикам управляемости.

Роторный двигатель с рабочим объемом менее 1000 куб. См и мощностью 109 лошадиных сил и 96 фунт-фут крутящего момента, и, несмотря на то, что эти цифры выглядят слабыми на бумаге, Cosmo был способен разогнаться до 60 миль в час с места всего за 8,2 секунды. После появления Series 2 в 1968 году Cosmo был снят с производства в 1972 году, и Mazda добилась того, на что они надеялись.

Упадок Rotary Power

После Cosmo в 1975 году Mazda представила Cosmo AP/CD, более традиционное применение того же двигателя для массового потребителя. В 1981 была представлена серия HB, автомобиль с несколькими двигателями, включая бензиновый и дизельный, а также роторный двигатель. Затем в 1990 году появился Cosmo Eunos, или серия JC, и он стал первым автомобилем с тремя роторами в линейке японского автопроизводителя мощностью 300 лошадиных сил. Затем появился последний хлеб, серия RX, а RX-3, RX-7 и RX-8 стали последними серийными машинами с роторными двигателями.

Модельный ряд RX, особенно RX-7, сделал роторный двигатель иконой поп-культуры. Но линейка Mazda RX, особенно RX-8, была последней из оставшихся, и на это есть веские причины. После первоначального интереса к технологии Rotary Mazda была единственным производителем, который придерживался Rotary, но причина его упадка сводится к соблюдению требований по выбросам. Все роторные двигатели имеют высокий расход топлива, а использование моторного масла для смазки поршней означало, что двигатель также сжигал много масла. Это означало, что он не был таким чистым, как поршневой двигатель, и Mazda просто не могла соответствовать требуемым стандартам выбросов с этим двигателем. Вот список распространенных проблем, с которыми сталкивается Ванкл 9.0005

Роторные двигатели:

— Уплотнения Apex постоянно выходят из строя

— Меньший крутящий момент, чем у сопоставимого поршневого двигателя

— Многороторные двигатели страдают от теплового повреждения между камерами

— Низкий расход топлива

— Высокий расход масла 900 05

Возвращение роторного гибрида

После прекращения производства Mazda RX-8 в 2010 году считалось, что роторный двигатель давно ушел в прошлое. Но новые гибридные и электрифицированные автомобили могут дать роторным двигателям второй шанс. В таких автомобилях, как BMW i3, для увеличения запаса хода используется бензиновый двигатель небольшой мощности, однако эти двигатели не обязательно должны быть такими мощными, поскольку колеса всегда будут приводиться в движение электричеством.