Alai

De Wankel-rotatiemotor is een ideale keuze geweest voor veel eigenaars en exploitanten van kleine, door propellers aangedreven vliegtuigen. Vergeleken met conventionele zuigermotoren zijn Wankel-rotatiemotoren klein, licht en hebben ze een hoge vermogen-gewichtsverhouding. Ze zijn bijna trillingsvrij, kunnen niet vastlopen of kloppen, en hebben minder bewegende delen (om te breken). Op dit moment is het moeilijk om het Wankel-ontwerp te verbeteren; dat wil zeggen, tenzij je overweegt om de vorm van de rotor te veranderen… in een veranderende vorm.
Een nieuwe configuratie van een rotatiemotor – de Szorenyi rotatiemotor – is ontwikkeld door het in Melbourne gevestigde Rotary Engine Development Agency (REDA). Terwijl de stator, of het stationaire deel van de Szorenyi-motor vergelijkbaar is met die van een Wankelmotor, is de geometrische vorm van de motorrotor een ruit, die vervormt als hij binnen de contouren van de stator draait.

Szorenyi-draaimotorcyclus

Deze geometrie vertaalt zich in een draaimotor met vier verbrandingskamers in tegenstelling tot de drie van een traditionele Wankel-rotor. Elke omwenteling van de krukas produceert één omwenteling van de rotor en een volledige motorcyclus in elk van de vier kamers: of vier vermogensslagen. De Wankelmotor daarentegen produceert één vermogensslag per omwenteling van de krukas.

Wankelmotorcyclus

Een typische Wankelmotor gebruikt een driezijdige rotor om holtes in de stator te creëren voor een naadloze inlaat-, compressie-, ontstekings- en uitlaatcyclus. Punt A markeert een van de drie toppen van de rotor, punt B markeert de excentrische as, en het witte gedeelte is de lob van de excentrische as. (Beeldbron: Y tambe)
Volgens REDA is elke viertakt Szorenyi-rotatiemodule equivalent aan een zuigermotor met acht cilinders of een tegengestelde zuigermotor.
De Szorenyi-motor is ook meer geoptimaliseerd voor multi-rotorconfiguratie dan een Wankel-rotatiemotor door het gebruik van perifere poorten in vergelijking met het gebruik van complexe zijpoorten bij de Wankelmotor. De mogelijkheid om viertakt-motoren met meerdere rotoren gemakkelijk te configureren zou kunnen resulteren in roterende krachtbronnen die een vermogen genereren dat equivalent is aan dat van zuigermotoren met 8-, 16- of 24-cilinders. Bovendien zou de ontwikkeling van gestandaardiseerde modules de fabricage- en onderhoudskosten gedurende de gehele levenscyclus kunnen verlagen.

Vrij op toeren

Typisch zijn Wankelmotoren beperkt tot een rotorsnelheid van 3000 omwentelingen per minuut (tpm) vanwege de buitensporige krukasbuiging die wordt veroorzaakt door de centrifugale krachten van de excentrische rotor. De Szorenyi-motor is in dit opzicht niet aan een toerentalbeperking gebonden, omdat hij gebruik maakt van een gebalanceerde rotor.
Hogere potentiële toerentalgrenzen betekenen dat de Szorenyi-motor een hogere vermogensdichtheid heeft dan de Wankel-motor, hetgeen zich zou kunnen vertalen in een groter bereik, uithoudingsvermogen en laadvermogen van het vliegtuig. Bovendien heeft de Szorenyi-motor meer ruimte voor de interne koeling van de rotor en is er geen reductietandwiel nodig in vliegtuigen en onbemande luchtvaartuigen (UAV’s) met grote propellers.
Volgens het rapport kan de Szorenyi-motor lopen op benzine, vliegtuigbenzine (avgas), butaan of waterstof (aangezien de inlaat- en uitlaatpoorten goed gescheiden zijn).
REDA merkte ook op dat als er een voorcompressiefase zou worden ingevoerd, de motor dieselbrandstof zou kunnen gebruiken – wat aansluit bij het “één brandstof”-concept van het Amerikaanse leger en waardoor het mogelijk zou worden om de Szorenyi-motor op één brandstof te laten lopen. Een verkorte versie van The Development of the Szorenyi Four-Chamber Rotary Engine en andere SAE Technical Papers over motoren voor kleine vliegtuigen en onbemande luchtvaartuigen zijn beschikbaar in het nieuwste boek in de serie So You Want to Design van SAE International, So You Want to Design Engines: UAV Propulsion Systems.
Het boek behandelt verschillende UAV-voortstuwingstechnologieën zoals traditionele zware-brandstofmotoren, hybride-elektrische architecturen, gedistribueerde waterstof-aangedreven ventilatoren, de eerder genoemde Szorenyi-draaimotor, en experimentele plasmavoortstuwing – of diëlektrische barrièreontlading.

• Pratt & Whitney ontvangt $437M voor voortzetting adaptieve motorontwikkeling

• Drie-stroom motorarchitectuur beoogd voor volgende-gen militaire vliegtuigen

• Lockheed Martin en Arconic werken samen aan 3D-printing en geavanceerde lucht- en ruimtevaartmaterialen

William Kucinski is content editor bij SAE International, Aerospace Products Group in Warrendale, PA. Daarvoor werkte hij als schrijver bij het NASA Safety Center in Cleveland, OH, en was hij verantwoordelijk voor het schrijven van de System Failure Case Studies van het agentschap. Zijn interesses omvatten letterlijk alles wat te maken heeft met de ruimte, vroegere en huidige militaire vliegtuigen, en aandrijvingstechnologie.
Contacteer hem met betrekking tot een artikel of samenwerkingsideeën via e-mail op [email protected].
Volgende lezing “