Осевой двигатель

Экспериментальный осевой двигатель Almen A-4 1920-х годов (18-цилиндровый водяной охлаждение, 317 кВт и 340 кг)

Осевой двигатель (иногда известный как ствол двигатель или Z-двигатель ) представляет собой тип поршнеоказующего двигателя с поршнями, расположенными вокруг выходного вала с осями, параллельными валу. Ствол относится к цилиндрической форме цилиндрической группы (результат того, что поршни, равномерно распределенные вокруг центрального коленчатого вала и выровняются параллельно оси коленчатого вала), в то время как Z-контроль намекает на форму коленчатого вала.

В качестве монтажа кулачкового двигателя осевой двигатель может использовать либо массовую пластину , либо шаткую пластину, чтобы перевести движение поршня в вращение. Палата палачков аналогична смазке, так как поршни нажимают на пластину последовательно, придавая боковой момент, который переводится в роторное движение. Это движение может быть смоделировано путем размещения компакт -диска на шариковой подшипник в его центре и прижимаясь в прогрессивных местах вокруг его окружности. штуковины Разница в том, что, пока вращается , шаткие пластинки. Альтернативный дизайн, двигатель Rand Cam , заменяет тарелку одной или несколькими синусоидальными поверхностями кулачка. Вуноды, установленные параллельно валу, установленному в цилиндрическом «бочке», который может свободно скользить вверх и вниз по извилистой кулачке, сегменты, образованные ротором, стенами статора и лопастями, составляющими камеры сжигания. По сути, эти пространства, служащие той же цели, что и цилиндры осевого двигателя, а поверхность извилистой кулачки действует как лицо поршни. С другой стороны, эта форма следует нормальным циклам внутреннего сгорания, но с горящим газом, непосредственно придающим силу на поверхности кулачки, переведенную в силу вращения путем времени одной или нескольких детонаций. Эта конструкция устраняет множественные взаимные поршни, шариковые суставы и позабочную пластину обычного «бочка», но решающе зависит от эффективного герметизации, обеспечиваемого скользящими и вращающимися поверхностями.

Ключевым преимуществом осевой конструкции является то, что цилиндры расположены параллельно вокруг выходного/кривошитого вала в отличие от радиальных и встроенных двигателей , оба типа имеют цилиндры под прямым углом к ​​валу. В результате это очень компактный цилиндрический двигатель, позволяющий изменять соотношение сжатия двигателя во время работы. В двигателе сплавена поршневые стержни остаются параллельными с валом, а поршневые боковые формы, которые вызывают чрезмерный износ, могут быть исключены почти полностью. Маленький конец традиционного шатуна, один из самых проблемных подшипников в традиционном двигателе, исключается.

В то время как осевые двигатели сложны для того, чтобы сделать практически осуществить на типичных скоростях эксплуатации двигателя. приложения. Притяжение легких и механически простых (гораздо меньше основных движущихся частей, в виде ротора плюс двенадцать осевых лопастей, образующих двадцать четыре камера сгорания), даже с конечным рабочим сроком действия, имеет очевидное применение для небольших беспилотных самолетов.

История

Макомбер

Анимация спластий. Обратите внимание, что смазочная пластинка прикреплен к валу, поэтому он вращается вместе с ним.

В 1911 году компания Macomber Rotary Engine Engine в Лос-Анджелесе продала один из первых осевых двигателей по внутреннему сбору, изготовленным компанией Avis Engine Company из Allston, штат Массачусетс . Четырехтактный блок с воздушным охлаждением, он имел семь цилиндров и переменную коэффициент сжатия, измененный путем изменения угла шахтной пластины и, следовательно, длины хода поршня. Он назывался «вращающимся двигателем», потому что весь двигатель вращался отдельно от конец кожухи.

Зажигание было поставлено Bosch Magneto, непосредственно выводящимся из кулачковых передач. Затем ток высокого напряжения был доставлен на фиксированный электрод на корпусе переднего подшипника, из которого искры будут прыгать на свечи зажигания в головках цилиндров, когда они проходили внутри 1 ~ 16 дюймов (1,6 мм) от него. Согласно литературе Macomber, она была «гарантированно не перегреться».

Было утверждено, что двигатель может работать на уровне 150 до 1500 об / мин. На нормальной скорости 1000 об / мин он, как сообщается, разработал 50 л.с. Он весил 230 фунтов (100 кг), и он длился 28 дюймов (710 мм) в длину и 19 дюймов (480 мм) в диаметре.

Авиатор пионера Чарльз Фрэнсис Уолш летал на самолете, работающем на двигателе Macomber в мае 1911 года, «Walsh Silver Dart».

Список

В 1913 году Statax-Motor of Zürich , Швейцария, представила дизайн двигателя Swashplate. Был произведен только один прототип, который в настоящее время проводится в Музее науки, Лондон . В 1914 году компания переехала в Лондон, чтобы стать компанией Statax Engine, и планировала представить серию ротари ; 3-цилиндровый 3-х л.с., 5-цилиндровый 30 л.с., 7-цилиндровый 30 л.с. и 10-цилиндровый 3-х л.с.

Похоже, что только 40 л.с. был создан когда -либо, который был установлен в Caudron G.II для британского воздушного дерби 1914 года , но было снято перед полетом. Хансен представил полностью алюминиевую версию этого дизайна в 1922 году, но неясно, производили ли они ее в каком-либо количестве. Германская подразделение Statax в 1929 году была введена в значительные улучшенные версии, производящие 42 л.с. в новой версии клапана рукава, известной как 29B . Гринвуд и Рэймонд из Сан-Франциско приобрели патентные права для США, Канады и Японии, а также запланировали 5-цилиндр 100 л.с. и 9-цилиндровый 350 л.с.

Мишель

В 1917 году Энтони Мичелл получил патенты на свой дизайн двигателя. Его уникальной особенностью было средство передачи нагрузки из поршней в швафт, достигнутую с помощью наклонных скользких подушек, скользящих по пленке масла. Другим инновацией Мишель было его математический анализ механического дизайна, включая массу и движение компонентов, так что его двигатели находились в идеальном динамическом балансе на всех скоростях.

В 1920 году Michell основала компанию Engines Company в Фицрой (Австралия) и произвел рабочие прототипы насосов, компрессоров, автомобильных двигателей и аэро -двигателей, и все это на основе той же базовой конструкции.

Дизайнер двигателя Фил Ирвинг работал в компании, не являющейся коленчатым двигателем, до своего пребывания в HRD .

Ряд компаний получил производственную лицензию на дизайн Мишелла. Самым успешным из них была британская компания Уоллер и Сон, которые производили газовые усилители.

Крупнейшим двигателем Michell-Crankless был XB-4070, дизельный авиационный двигатель, построенный для ВМС США. Состоящий из 18 поршней, он был оценен в 2000 лошадиных сил и весил 2150 фунтов.

Джон О. Алмен

Экспериментальные стволы для использования самолетов были построены и протестированы американским Джоном О. Алменом из Сиэтла, штат Вашингтон , в начале 1920-х годов, и к середине 1920-х годов Алмен А-4 с водяным охлаждением (18 цилиндров, две группы по девяти каждая горизонтально-охлаждающие против) прошел свои тесты принятия авиационного корпуса армии Соединенных Штатов . Тем не менее, он никогда не входил в производство, как сообщается, из-за ограниченных средств и растущего акцента воздушного корпуса на радиальные двигатели с воздушным охлаждением . A-4 имел гораздо меньшую фронтальную площадь, чем двигатели с водяным охлаждением сопоставимой выходной мощности, и, таким образом, предлагали лучшие возможности оптимизации. Он был оценен в 425 л.с. (317 кВт) и весил всего 749 фунтов (340 кг), что дало соотношение мощности/веса лучше 1: 2, что значительное проектное достижение в то время.

Гераклио Альфаро

Гераклио Альфаро Фурнье был испанским авиатором, который был в рыцаре в возрасте 18 лет королем Альфонсо XIII из Испании для проектирования, строительства и летающего первого самолета Испании. Он разработал бочковый двигатель для использования самолетов, который позже был произведен индийской компанией по производству мотоциклов в качестве Alfaro . Это был прекрасный пример дизайна «Поместить все», так как он включал в себя систему клапанов рукава, основанную на вращающейся головке цилиндра, дизайну, которая никогда не входила в производство ни на одном двигателе. Позже он был разработан для использования в Doman Helicopter Стивеном Дюпоном, сыном президента индийской мотоциклетной компании, который был одним из студентов Альфаро в Массачусетском технологическом институте .

Бристоль

Бристольский осевой двигатель середины 1930-х годов был спроектирован Чарльзом Бенджамином RERURP для Bristol Tramways и Carriage Company ; Это был 7-литровый, 9-цилиндровый двигатель типа колебания. Первоначально он был задуман как силовой блок для автобусов, возможно, потому, что его компактный формат позволил бы установить его под полом автомобиля. Двигатель имел единый вращающийся клапан для контроля индукции и выхлопных газов. Несколько вариантов были использованы в автобусах в Бристоль в конце 1930 -х годов, двигатель проходил несколько версий от RR1 до RR4, который имел мощность 145 л.с. при 2900 об / мин. Разработка была остановлена ​​в 1936 году после смены управления в Bristol Company.

Вуллер

Возможно, самым утонченным из конструкций был британский Wooler шарог-двигатель 1947 года. Этот 6-цилиндровый двигатель был разработан Джоном Вулером, более известным как дизайнер двигателя мотоцикла, для использования самолетов. Он был похож на Бристольский осевой двигатель, но имел две шаткие пластины, приводящие 12 противоположных поршней в 6 цилиндрах. Двигатель часто неправильно называют как двигатель сплавкой. Один пример сохраняется в галерее самолетов Музея науки, Лондон.

HLF Trebert

Несколько небольших двигателей ствола были произведены HLF Trebert Engine Works Рочестер , Нью -Йорк для морского использования.

Сегодняшний день

Dyna-Cam

Двигатель Dyna-Cam изначально поступил из дизайна Blazer Brothers, двух американских инженеров в автомобильной промышленности Brass Era , которые работали в Studebaker в 1916 году. Они продали права Карлу Херрманну, руководителю инженерии Студебекера, который разработал концепцию над многими. Годы, в конечном итоге убрать патент США 2237989 в 1941 году. Он имеет 6 двойных поршней, работающих в 6 цилиндрах, а его 12 камеров сгорания выпускаются каждую революцию приводного вала. Поршни управляют камерой в форме синусои, в отличие от макаронной пластины или колебания, отсюда и его название.

В 1961 году, в возрасте 80 лет, Херрманн продал права одному из своих сотрудников Эдварду Палмеру, который создал Dyna-Cam Engine Corp. вместе со сыном Деннисом. Сын Эдварда Деннис и дочь Пэт затем помогли установить двигатель в самолете Piper Arrow . Двигатель был доставлен в течение примерно 700 часов с 1987 по 1991 год. Их самый длинный двигатель длился почти 4000 часов до капитального ремонта. Dyna-Cam открыла исследовательскую и разработанную ценность около 1993 года и получил множество различных наград от НАСА, ВМС США, Корпус морской пехоты Соединенных Штатов, Комиссия по энергетике Калифорнии, район управления качеством воздуха, и региональный альянс Лос-Анджелеса для различных вариаций одного и того же двигателя Dyna-Cam. Группа Herrmann была построена около 40 двигателей прототипа, а еще 25, построенных Dyna-Cam Group, с тех пор, как они приобрели двигатель и открыли свой магазин. Новый патент был предоставлен Деннису Палмеру и Эдварду Палмеру, сначала в 1985 году, а затем еще несколько примерно в 2000 году Деннису Палмеру. В 2003 году активы корпорации Dyna-Cam Engine были приобретены Aero-Marine Corporation, которая изменила свое название на Axial Vector Engine Corporation . Затем осевой вектор полностью переработал двигатель кулачков. Новый двигатель Axial Vector, как и многие другие в этом списке, страдает от проблемы «положить все», включая пьезоэлектрические клапаны и зажигание, керамические цилиндрические вкладыши без поршневых колец и множество других расширенных функций. Он мало сходства с оригинальными двигателями Herrmann и Dyna-Cam, поскольку двигатель Dyna-Cam использовал обычные клапаны, поршневые кольца, аксессуары, не имели недоказанных керамических материалов и фактически летали в самолете, а также приводили в действие 20 футов (6,1 м. ) «Элиминатор» лыжной лодки более четырех лет.

Ковакс

Компания Великобритании Covaxe Limited (известная как Fairdiesel Limited вплоть до 2017 года) проектирует двухтактные дизельные двигатели, противоположные поршневыми бочками, которые используют несинусоидальные кулачки для промышленных применений и использования авиации. Их конструкции двигателя варьируются от 2-цилиндрового, 80 мм с отверстием до 32 цилиндра, 160 мм.

Двигатели герцога

Новозеландская компания Duke Engines, начатые в 1993 году, создали несколько различных двигателей и установили один в автомобиле в 1999 году. Двигатель работает 5-литровой 4-литровой 4-XXING MANGIN третье поколение. Благодаря дизайну класса, Duke Engine теряет меньше энергии между силовыми ударами. Текущие прототипы двигателей герцога утверждают, что соответствуют характеристикам обычных двигателей внутреннего сгорания, но с меньшим количеством частей и на 30% легче. Это идет в направлении разработки более эффективного двигателя. Во время развития герцог был проверен в трансмиссии Мале в Соединенном Королевстве и в Соединенных Штатах; Результаты испытаний показывают, что он имеет многоточные возможности. Преимущества легкого и компактности двигателя Duke должны сделать эту конструкцию идеальной для мотоцикл -двигателей; И эти преимущества могут сделать силовую установку подходящей для легких самолетов. (Существует мало данных о том, гладкий ли двигатель Duke; прикрепленный большой противовес).

Внутренний

Классический испанский дизайн, параллельные поршни, работающие в оппозиции, синусоноводная смазотка, в 2023 году с двумя версиями, размером с автомобиль, с жидким охлаждением, в качестве прототипа и воздушным охлаждением четырех цилиндров, 125 CC, 22 л.с., 4,5 кг. Устройство, нацеленное на беспилотники и большие аэромодели, на стадии производства.

Цилиндрический энергетический модуль

Модуль цилиндрической энергии (CEM) представляет собой синусоиданный двигатель, который также можно использовать в качестве автономного насоса, питаемого внешним источником. Вращающаяся сборочная сборочная сборка перемещается взад -вперед с помощью поршневых штифтов, которые следуют за стационарной синусоидальной кулачкой, которая окружает сборку ротора.

Разделение двигателей

Компания США Deavize Motors в настоящее время разрабатывает новый двигатель, использующий противоположные поршни.

Приложения

• Наиболее известное применение-в торпедах , где желательна цилиндрическая форма. Современная торпеда Mark 48 оснащена монтажным двигателем 500 л.с. Он питается Otto Fuel II , монопропеллантом , который не требует подачи кислорода и может выдвигать торпеду до 65 узлов (120 км/ч) (74,56 миль в час).
• Другие применения включают пневматические и гидравлические двигатели, гидростатические передачи, такие как Honda Hondamatic CVT , и кондиционеры насосов. Кроме того, некоторые двигатели Стирлинга используют макаронное расположение, например , двигатель STM 4-120 Stmal Thermal Motors.

Смотрите также

• Осевой поршневой насос

Ссылки

• McLanahan, J. Craig (1998-09-28). «Баррельские авиационные двигатели - историческая аномалия или инновации в замешательстве?». Всемирный авиационный конгресс и экспозиция, сентябрь 1998 года . Уоррендейл, Пенсильвания: SAE International. doi : 10.2514/6.1998-5597 .
• McCutcheon, Kimble D. «Альмен A-4 ствол двигатель» (PDF) . Историческое общество самолета. Архивировано из оригинала (PDF) 2008-08-20 . Получено 2008-06-29 .

Внешние ссылки

• Двигатель ствола - часть 2 полета декабрь 1941 года