Войти
Бочковой двигатель Almen A-4 Осевой двигатель (иногда известный как баррель или Z-кривошипные двигатели ) представляют собой тип поршневого двигателя с поршнями, расположенными вокруг выходного вала, причем их оси параллельны валу. Ствол относится к цилиндрической форме группы цилиндров (результат того, что поршни равномерно распределены вокруг центрального коленчатого вала и выровнены параллельно оси коленчатого вала), в то время как Z-образный кривошип указывает на форму коленчатого вала.
Ключевым преимуществом осевой конструкции является то, что цилиндры расположены параллельно вокруг выходного / коленчатого вала, в отличие от радиальных и рядных двигателей, причем оба типа имеют цилиндры под прямым углом к валу. В результате получается очень компактный цилиндрический двигатель, допускающий изменение степени сжатия двигателя во время работы. В двигателе с наклонной шайбой штоки поршней остаются параллельными валу, и боковые силы поршня, вызывающие чрезмерный износ, могут быть почти полностью устранены. Подшипник малого конца традиционного шатуна, один из самых проблемных подшипников в традиционном двигателе, устранен.
Альтернативная конструкция, кулачковый двигатель Rand , заменяет пластину одной или несколькими синусоидальными кулачковыми поверхностями. Лопатки, установленные параллельно валу, установленному внутри цилиндрической «бочки», которые могут свободно скользить вверх и вниз по извилистому кулачку, сегменты, образованные ротором, стенками статора и лопатками, образующими камеры сгорания. Фактически эти пространства служат той же цели, что и цилиндры осевого двигателя, а извилистая поверхность кулачка действует как поверхность поршней. В другом отношении эта форма соответствует нормальным циклам внутреннего сгорания, но с горящим газом, непосредственно передающим силу на поверхность кулачка, преобразуемую во вращательную силу путем синхронизации одного или нескольких детонаций. Эта конструкция исключает наличие нескольких возвратно-поступательных поршней, шаровых шарниров и наклонной шайбы обычного цилиндрического двигателя, но в решающей степени зависит от эффективного уплотнения, обеспечиваемого скользящими и вращающимися поверхностями. 'двигатель может быть получен как двигатель с кулачком или swashplate или двигатель с качающимся диском.
(A качающаяся шайба похожа на качающуюся шайбу тем, что поршни последовательно нажимают на пластину, передавая поперечный момент, который преобразуется во вращательное движение. Это движение можно моделировать путем размещения компакт-диска на шарикоподшипнике в его центре и прижатия в прогрессивных местах по его окружности.Разница состоит в том, что пока качающаяся шайба вращается в нута, качающаяся шайба вращается.)
В то время как осевые двигатели сложно реализовать на типичных рабочих оборотах двигателя, были протестированы некоторые кулачковые двигатели, которые имеют чрезвычайно компактный размер (примерно равный шестидюймовому двигателю. h (150 мм) куб), при этом вырабатывая примерно сорок лошадиных сил при 7000 об / мин, что полезно для легких воздушных применений. Привлекательность легких и механически простых (гораздо меньше основных движущихся частей в виде ротора плюс двенадцать осевых лопастей, образующих двадцать четыре камеры сгорания) двигателей, даже с ограниченным сроком службы, очевидно, применима для небольших беспилотных летательных аппаратов. (Такая конструкция предположительно была испытана в NAVAIR PSEF в 2003 году.)
Анимация автомата перекоса. Обратите внимание, что качающаяся шайба прикреплена к валу, поэтому он вращается вместе с ним. В 1911 году Macomber Rotary Engine Company из Лос-Анджелеса выпустила на рынок один из первых осевых двигателей внутреннего сгорания, произведенных Avis Engine Company из Олстон, Массачусетс. Четырехтактный агрегат с воздушным охлаждением, он имел семь цилиндров и переменную степень сжатия, изменяемую за счет изменения угла качающейся шайбы и, следовательно, длины хода поршня. Он был назван «роторным двигателем», потому что весь двигатель вращался, кроме концевых кожухов.
Зажигание осуществлялось от магнето Bosch с прямым приводом от кулачковых шестерен. Затем ток высокого напряжения подавался на неподвижный электрод на корпусе переднего подшипника, от которого искры попадали на свечи зажигания в головках цилиндров, когда они проходили в пределах 1/16 дюйма (1,5 мм) от Это. Согласно литературе Макомбера, он «гарантированно не перегревался».
Предполагалось, что двигатель может работать со скоростью от 150 до 1500 об / мин. Сообщается, что при нормальной скорости 1000 об / мин он развивал 50 л.с. Он весил 230 фунтов (100 кг), имел длину 28 дюймов (710 мм) и диаметр 19 дюймов (480 мм).
Пионер-авиатор Чарльз Фрэнсис Уолш в мае 1911 года пилотировал самолет с двигателем Макомбера, «Серебряный дротик Уолша».
В 1913 г. Компания Statax-Motor из Цюриха, Швейцария представила двигатель с наклонной шайбой. Был изготовлен только один прототип, который в настоящее время хранится в Музее науки в Лондоне. В 1914 году компания переехала в Лондон и стала называться Statax Engine Company и планировала выпустить серию роторных двигателей ; 3-цилиндровый 10 л.с., 5-цилиндровый 40 л.с., 7-цилиндровый 80 л.с. и 10-цилиндровый 100 л.с.
Похоже, что когда-либо производилась только конструкция мощностью 40 л.с. который был установлен в британском самолете 1914 года Aerial Derby, но был снят с производства перед полетом. Хансен представил полностью алюминиевую версию этой конструкции в 1922 году, но неясно, производили ли они ее в любом количестве. В 1929 году немецкое подразделение Statax представило значительно улучшенные версии, которые производили 42 л.с. в новой версии с гидрораспределителями, известной как 29B. Гринвуд и Раймонд из Сан-Франциско приобрели патентные права в США, Канаде и Японии и запланировали 5-цилиндровый двигатель мощностью 100 л.с. и 9-цилиндровый двигатель мощностью 350 л.с.
В 1917 Энтони Мичелл получил патенты на свою конструкцию двигателя с наклонной шайбой. Его уникальной особенностью было средство передачи нагрузки с поршней на наклонную шайбу, достигнутое с помощью наклонных скользящих колодок, скользящих по масляной пленке. Еще одним нововведением Мичелла был его математический анализ механической конструкции, включая массу и движение компонентов, так что его двигатели находились в идеальном динамическом балансе на всех скоростях.
В 1920 году Мичелл основал компанию Crankless Engines Company в Фицрое (Австралия) и произвел действующие прототипы насосов, компрессоров, автомобильных двигателей и авиационных двигателей, основанных на одной базовой конструкции.
Двигатель дизайнер Фил Ирвинг работал в компании Crankless Engine Company до своего пребывания в HRD.
. Ряд компаний получили производственную лицензию на дизайн Мичелла. Самым успешным из них была британская компания Waller and Son, которая производила газовые ускорители.
Самым большим бесшатунным двигателем Michell был XB-4070, дизельный авиационный двигатель, построенный для ВМС США. Состоящий из 18 поршней, он имел мощность 2000 лошадиных сил и весил 2150 фунтов.
Экспериментальные цилиндрические двигатели для использования в самолетах были построены и испытаны американцем Джоном О. Алменом из Сиэтла, Вашингтон в начале 1920-х годов, и Середина 1920-х годов Almen A-4 с водяным охлаждением (18 цилиндров, две группы по девять в каждой горизонтально расположены напротив) прошел приемочные испытания ВВС США. Однако в производство он так и не поступил, как сообщается, из-за ограниченных средств и растущего внимания авиационного корпуса к радиальным двигателям с воздушным охлаждением . А-4 имел гораздо меньшую лобовую площадь, чем двигатели с водяным охлаждением сопоставимой выходной мощности, и, таким образом, предлагал лучшие возможности обтекаемости. Он был рассчитан на 425 лошадиных сил (317 кВт) и весил всего 749 фунтов (340 кг), таким образом давая соотношение мощности и веса лучше 1: 2, что было значительным достижением дизайна в то время.
Ираклио Альфаро Фурнье был испанским летчиком, посвященным в рыцари в возрасте 18 лет королем Испании Альфонсо XIII за проектирование, строительство, и управлял первым самолетом Испании. Он разработал цилиндрический двигатель для использования в самолетах, который позже был произведен Indian Motocycle Manufacturing Company как Alfaro. Это был прекрасный пример конструкции, которую можно было «положить во все», поскольку она включала систему золотникового клапана, основанную на вращающейся головке блока цилиндров, конструкция, которая никогда не производилась ни на одном двигателе. Позднее он был разработан для использования в вертолете Doman Стивеном Дюпоном, сыном президента Indian Motorcycle Company, который был одним из студентов Альфаро в Массачусетском технологическом институте.
Модель середины 1930-х годов была разработана Чарльзом Бенджамином Редрупом для Бристольской трамвайной и вагонной компании ; это был 7-литровый 9-цилиндровый двигатель с качающейся шайбой. Первоначально он был задуман как силовой агрегат для автобусов, возможно, потому, что его компактный формат позволял устанавливать его под полом транспортного средства. Двигатель имел единственный поворотный клапан для управления впуском и выпуском. Несколько вариантов использовались в автобусах Bristol в конце 1930-х годов, двигатель прошел несколько версий от RR1 до RR4, которые имели выходную мощность 145 л.с. при 2900 об / мин. Разработка была остановлена в 1936 году после смены руководства в компании Bristol.
Возможно, наиболее усовершенствованной из разработок был британский Wooler качающийся двигатель компании. 1947. Этот 6-цилиндровый двигатель был разработан Джоном Вулером, более известным как разработчик двигателей для мотоциклов, для использования в самолетах. Он был похож на осевой двигатель Bristol, но имел две качающиеся пластины, которые приводились в движение 12 противоположными поршнями в 6 цилиндрах. Двигатель часто неправильно называют двигателем с наклонной шайбой. Единственный экземпляр сохранился в Галерее самолетов Музея науки в Лондоне.
Некоторые малокалиберные двигатели производились фирмой H.L.F. Trebert Engine Works из Рочестер, Нью-Йорк для использования на море.
Двигатель Dyna-Cam изначально был разработан братьями Блейзер, двумя американскими инженерами из эпоха латуни автомобильная промышленность, которые работали на Студебеккер в 1916 году. Они продали права Карлу Херрманну, главному инженеру Студебеккера, который разрабатывал концепцию в течение многих лет, и в конечном итоге получил патент США 2237989 в 1941. Он имеет 6 двусторонних поршней, работающих в 6 цилиндрах, и его 12 камер сгорания срабатывают при каждом обороте приводного вала. Поршни приводят в движение кулачок синусоидальной формы, в отличие от наклонной шайбы или качающейся шайбы, отсюда и его название.
В 1961 году в возрасте 80 лет Херрманн продал права одному из своих сотрудников Эдварду Палмеру, который вместе с сыном Деннисом основал Dyna-Cam Engine Corp. Затем сын Эдварда Деннис и дочь Пэт помогли установить двигатель на самолет Piper Arrow. С 1987 по 1991 год двигатель налетал около 700 часов. Самый продолжительный срок их службы двигатель проработал почти 4000 часов до капитального ремонта. Примерно в 1993 году компания Dyna-Cam открыла научно-исследовательский центр и получила множество различных наград от НАСА, ВМС США, Корпуса морской пехоты США, Комиссии по энергетике Калифорнии, Района управления качеством воздуха и Регионального технологического альянса Лос-Анджелеса за различные варианты тот же двигатель Dyna-Cam. Около 40 прототипов двигателей было построено Herrmann Group, а еще 25 построено Dyna-Cam Group с тех пор, как они приобрели двигатель и открыли свой цех. Новый патент был выдан Деннису Палмеру и Эдварду Палмеру, сначала в 1985 году, а затем еще несколько в 2000 году Деннису Палмеру. В 2003 году активы Dyna-Cam Engine Corporation были приобретены Aero-Marine Corporation, которая сменила название на. Затем Axial Vector полностью изменил дизайн кулачкового двигателя. Новый двигатель Axial Vector, как и многие другие в этом списке, страдает от проблемы «положить все во все», включая пьезоэлектрические клапаны и зажигание, керамические гильзы цилиндров без поршневых колец и множество других усовершенствованных функции. Он мало похож на оригинальные двигатели Herrmann и Dyna-Cam, поскольку двигатель Dyna-Cam использовал обычные клапаны, поршневые кольца, аксессуары, не имел непроверенных керамических материалов и фактически летал в самолете, а также приводил в движение 20-футовый (6,1 м)) Лыжная лодка «Элиминатор» более четырех лет.
Компания Covaxe Limited из Соединенного Королевства (до 2017 года известная как FairDiesel Limited) разрабатывает двухтактные дизельные двигатели с оппозитным поршневым цилиндром, в которых используются несинусоидальные кулачки, для промышленного применения и использования в авиации.. Их конструкция двигателей варьируется от 2-цилиндрового с диаметром цилиндра 80 мм до 32-цилиндрового с диаметром цилиндра 160 мм.
Новозеландская компания Duke Engines, основанная в 1993 году, создала несколько различных двигателей и установил один в автомобиле в 1999 году. Двигатель работает на платформе 5-цилиндрового, 3-литрового, 4-тактного двигателя внутреннего сгорания с уникальным осевым расположением, которое является его третьим поколением. Благодаря бесклапанной конструкции двигатель Duke теряет меньше энергии между рабочими тактами. Текущие прототипы двигателей Duke утверждают, что они соответствуют характеристикам обычных двигателей внутреннего сгорания, но с меньшим количеством деталей и на 30% легче. Это идет в направлении разработки более эффективного двигателя. Во время разработки Duke тестировался на MAHLE Powertrain в Великобритании и США; Результаты испытаний показывают, что он может работать на разных видах топлива. Преимущества двигателя Duke в виде легкости и компактности должны сделать эту конструкцию идеальной для двигателей мотоциклов; и эти преимущества могут сделать силовую установку пригодной и для легких самолетов. (Данных о плавности работы двигателя Duke мало; к главному валу прикреплен большой противовес).
Цилиндрический энергетический модуль (CEM) - это синусоидальный двигатель с наклонной шайбой, который также может использоваться в качестве автономного насоса с питанием от внешнего источника. Вращающийся узел ротора с наклонной шайбой перемещается вперед и назад с помощью приводных штифтов поршня, которые следуют по неподвижной синусоидальной кулачковой дорожке, которая окружает узел ротора.
