Alai

Silnik rotacyjny Wankla był idealnym wyborem dla wielu właścicieli i operatorów małych samolotów napędzanych śmigłem. W porównaniu do konwencjonalnych silników tłokowych, silniki rotacyjne Wankla są małe, lekkie i mają wysoki stosunek mocy do masy. Są prawie pozbawione wibracji, nie ulegają zatarciu ani stukaniu i mają mniej ruchomych części (które mogą się zepsuć). W tym momencie trudno jest ulepszyć konstrukcję Wankla, chyba że rozważa się zmianę kształtu wirnika… na inny kształt.
Nowa konfiguracja silnika rotacyjnego – silnik rotacyjny Szorenyi – została opracowana przez Agencję Rozwoju Silników Rotacyjnych (REDA) z siedzibą w Melbourne. Podczas gdy stojan, czyli nieruchoma część silnika Szorenyi’ego jest podobna do części silnika Wankla, geometryczny kształt wirnika silnika jest rombem, który odkształca się podczas obrotu wewnątrz konturu stojana.

Cykl silnika obrotowego Szorenyi’ego

Ta geometria przekłada się na silnik obrotowy z czterema komorami spalania, w przeciwieństwie do trzech w tradycyjnym silniku Wankla. Każdy obrót wału korbowego powoduje jeden obrót wirnika i pełny cykl pracy silnika w każdej z czterech komór: lub cztery suwy mocy. Natomiast silnik Wankla wytwarza jeden suw mocy na jeden obrót wału korbowego.

Cykl silnika rotacyjnego Wankla

Typowy silnik rotacyjny Wankla wykorzystuje trójstronny wirnik do tworzenia wgłębień w stojanie w celu uzyskania płynnego cyklu wlotu, sprężania, zapłonu i wydechu. Punkt A oznacza jeden z trzech wierzchołków wirnika, punkt B oznacza wał mimośrodowy, zaś biała część to płat wału mimośrodowego. (Źródło obrazu: Y tambe)
Według REDA, każdy czterosuwowy moduł obrotowy Szorenyi jest odpowiednikiem ośmiocylindrowego silnika z tłokiem posuwisto-zwrotnym lub przeciwbieżnym.
Silnik Szorenyi jest również bardziej zoptymalizowany pod kątem konfiguracji wielowirnikowej niż rotacyjny Wankla ze względu na zastosowanie portów obwodowych w porównaniu z zastosowaniem złożonych portów bocznych w silniku Wankla. Możliwość łatwego konfigurowania wielowirnikowych silników czterosuwowych mogłaby zaowocować powstaniem rotacyjnych zespołów napędowych, które generowałyby moc równoważną 8-, 16- lub 24-cylindrowym silnikom tłokowym. Ponadto opracowanie znormalizowanych modułów mogłoby obniżyć koszty produkcji i utrzymania w całym cyklu życia.

Dowolność do prędkości

Typowo, silniki Wankla są ograniczone do prędkości obrotowej wirnika wynoszącej 3000 obrotów na minutę (rpm) z powodu nadmiernego zginania wału korbowego spowodowanego przez siły odśrodkowe mimośrodowego wirnika. Silnik Szorenyi nie jest ograniczony pod tym względem, ponieważ zastosowano w nim wyważony wirnik.

Większe potencjalne limity obrotów oznaczają, że silnik Szorenyi ma większą gęstość mocy niż silnik Wankla, co może przełożyć się na większy zasięg samolotu, jego wytrzymałość i ładowność. Ponadto w silniku Szorenyi jest więcej miejsca na wewnętrzne chłodzenie wirnika i nie ma potrzeby stosowania przekładni redukcyjnej w samolotach i bezzałogowych statkach powietrznych (UAV) z dużymi śmigłami.
Zgodnie z dokumentem, silnik Szorenyi może być zasilany benzyną, benzyną lotniczą (avgas), butanem lub wodorem (ponieważ porty wlotowy i wylotowy są dobrze odseparowane).
REDA zauważyła również, że po wprowadzeniu fazy sprężania wstępnego silnik mógłby być zasilany olejem napędowym – zgodnie z amerykańską koncepcją wojskową „jednego paliwa” i umożliwiającą wykorzystanie paliwa do napędu silników wysokoprężnych. Pełne szczegóły dotyczące projektowania i testowania nowego silnika REDA są dostępne w dokumencie technicznym SAE International, The Development of the Szorenyi Four-Chamber Rotary Engine.
Skrócona wersja The Development of the Szorenyi Four-Chamber Rotary Engine oraz inne dokumenty techniczne SAE dotyczące silników do małych samolotów i UAV są dostępne w najnowszej książce z serii SAE International So You Want to Design, So You Want to Design Engines: UAV Propulsion Systems.
Książka obejmuje kilka technologii napędowych UAV, takich jak tradycyjne silniki na ciężkie paliwo, architektury hybrydowo-elektryczne, rozproszone wentylatory zasilane wodorem, wspomniany wcześniej silnik obrotowy Szorenyi oraz eksperymentalny napęd plazmowy – czyli wyładowanie barierowe dielektryczne.

• Pratt & Whitney otrzymuje 437 milionów dolarów na dalszy rozwój silników adaptacyjnych

• Trójstrumieniowa architektura silnika rozważana dla samolotów wojskowych nowej generacji

• Three-stream engine architecture eyed for next-gen military aircraft

• Lockheed Martin and Arconic Collaborate on 3D printing and advanced aerospace materials

William Kucinski jest redaktorem treści w SAE International, Aerospace Products Group w Warrendale, PA. Wcześniej pracował jako pisarz w Centrum Bezpieczeństwa NASA w Cleveland, OH, i był odpowiedzialny za pisanie Studiów Przypadków Awarii Systemów tej agencji. Jego zainteresowania obejmują dosłownie wszystko, co ma związek z kosmosem, dawnymi i obecnymi samolotami wojskowymi oraz technologią napędową.
Skontaktuj się z nim w sprawie wszelkich artykułów lub pomysłów współpracy za pośrednictwem poczty elektronicznej pod adresem [email protected].
Continue reading „