Alai

Wankelmotorn har varit ett idealiskt val för många ägare och operatörer av små, propellerdrivna flygplan. Jämfört med konventionella kolvmotorer är Wankel-rotormotorer små, lätta och har ett högt effekt-viktförhållande. De är nästan vibrationsfria, de kan inte fräsa eller knacka och de har färre rörliga delar (som kan gå sönder). I dagsläget är det svårt att förbättra Wankelkonstruktionen, om man inte överväger att ändra rotorns form… till en annan form.
En ny konfiguration av en roterande motor – Szorenyi-rotationsmotorn – har utvecklats av det Melbourne-baserade Rotary Engine Development Agency (REDA). Medan statorn, eller den stationära delen av Szorenyimotorn, liknar den i en Wankelmotor, är den geometriska formen på motorns rotor en romb, som deformeras när den roterar inuti statorns kontur.

Szorenyi-rotationsmotorns cykel

Denna geometri översätts till en rotationsmotor med fyra förbränningskammare, i motsats till den traditionella Wankelrotationens tre. Varje varv med vevaxeln ger upphov till ett varv med rotorn och en fullständig motorcykel i var och en av de fyra kamrarna: eller fyra kraftslag. Wankelmotorn producerar däremot ett kraftslag per vevaxelvarv.

Wankelroterande motorcykel

En typisk Wankelroterande motor använder sig av en tresidig rotor för att skapa hålrum i statorn för en sömlös intags-, kompressions-, tändnings- och avgascykel. Punkt A markerar en av rotorns tre toppar, punkt B markerar den excentriska axeln och den vita delen är den excentriska axelns lob. (Bildkälla: Y tambe)
Enligt REDA motsvarar varje fyrtakts Szorenyi-rotationsmodul en åttacylindrig fram- och återgående eller motsatt kolvmotor.
Szorenyimotorn är också mer optimerad för en konfiguration med flera rotorer än en Wankel-rotationsmotor på grund av användningen av perifera portar jämfört med Wankelmotorns användning av komplexa sidoportar. Möjligheten att enkelt konfigurera fyrtaktsmotorer med flera rotorer skulle kunna resultera i roterande kraftverk som genererar en effekt som motsvarar 8, 16 eller 24-cylindriga fram- och återgående motorer. Dessutom skulle utvecklingen av standardiserade moduler kunna minska kostnaderna för tillverkning och underhåll under hela livscykeln.

Frihet för hastighet

Typiskt sett är Wankelmotorer begränsade till ett rotorvarvtal på 3 000 varv per minut (rpm) på grund av den överdrivna böjning av vevaxeln som orsakas av centrifugalkrafterna från den excentriska rotorn. Szorenyimotorn är inte varvtalsbegränsad i detta avseende, eftersom den använder en balanserad rotor.
Högre potentiella varvtalsgränser innebär att Szorenyimotorn har en högre effekttäthet än Wankelmotorn, vilket skulle kunna leda till större räckvidd, uthållighet och nyttolastkapacitet för flygplan. Dessutom har Szorenyimotorn mer utrymme för intern kylning av rotorn och inget behov av en reduktionsväxel i flygplan och obemannade luftfarkoster (UAV) med stora propellrar.
Enligt dokumentet skulle Szorenyimotorn kunna drivas med bensin, flygbensin (avgas), butan eller vätgas (eftersom inlopps- och utloppsportarna är väl åtskilda).
REDA noterade också att om en förkomprimeringsfas införs skulle motorn kunna användas med dieselbränsle – vilket är i linje med den amerikanska lagstiftningen. militärens ”ett bränsle”-koncept, vilket gör att motorn kan komma i fråga för militära tillämpningar.
Fullständiga uppgifter om utformning och testning av REDA:s nya motor finns i
SAE International Technical Paper, The Development of the Szorenyi Four-Chamber Rotary Engine.
En förkortad version av The Development of the Szorenyi Four-Chamber Rotary Engine och andra SAE Technical Papers som rör motorer för småflygplan och UAV:s finns i den senaste boken i SAE Internationals serie So You Want to Design, So You Want to Design Engines: I boken behandlas flera UAV-propulsionstekniker, t.ex. traditionella tunga bränslemotorer, hybridelektriska arkitekturer, distribuerade vätgasdrivna fläktar, den tidigare nämnda Szorenyi-rotationsmotorn och experimentell plasmapropulsion – eller dielektrisk barriärurladdning.

• Pratt & Whitney får 437 miljoner dollar för fortsatt utveckling av adaptiva motorer

• Treeströmmig motorarkitektur för nästa-gen militärflygplan

• Lockheed Martin och Arconic samarbetar kring 3D-utskrift och avancerade flygplansmaterial

William Kucinski är innehållsredaktör på SAE International, Aerospace Products Group i Warrendale, PA. Tidigare arbetade han som skribent vid NASA:s säkerhetscenter i Cleveland, OH, och var ansvarig för att skriva byråns fallstudier om systemfel. Hans intressen omfattar bokstavligen allt som har med rymden, tidigare och nuvarande militärflygplan och framdrivningsteknik att göra.
Kontakta honom om du vill ha en artikel eller idéer om samarbete via e-post på [email protected].
Fortsätt läsa ”