Волновой дисковый двигатель
Двигатель с волновым диском или генератор волнового диска — это тип беспоршневого роторного двигателя, разрабатываемый в Мичиганском государственном университете и Варшавском технологическом институте . Двигатель имеет вращающийся диск с изогнутыми лопастями. Когда топливо и воздух попадают в двигатель, вращение диска создает ударные волны, сжимающие смесь. При воспламенении горящая смесь расширяется, прижимаясь к лопастям, заставляя их вращаться. Вращение самого диска открывает и закрывает впускные и выпускные каналы. [1] Предложенная концепция получила название радиального ротора с волной внутреннего сгорания .
Фон
[ редактировать ]Волновые роторы используют ударные волны для передачи энергии между жидкостью с высокой энергией к жидкости с низкой энергией, тем самым увеличивая как температуру, так и давление жидкости с низкой энергией (также называемые машинами волны давления или теплообменниками давления).
Принципы работы
[ редактировать ]Как и во всех тепловых двигателях , эффективность двигателя с волновым диском определяется разницей температур между горячей и холодной сторонами (см. теорему Карно ). По сравнению с обычным поршневым двигателем ( поршневой двигатель ), двигатель с волновым диском работает при более высокой пиковой температуре, что теоретически делает его более эффективным. Конструкция также работает без системы охлаждения, что позволяет снизить вес. По сравнению с системами на основе турбины скорость вращения и температура лопаток ротора двигателя с волновым диском ниже, что создает меньшую нагрузку на материалы и, следовательно, менее требовательные требования к материалам, что приводит к более дешевым затратам на производство и техническое обслуживание. [2]
Более ранние реализации волнового ротора в основном имели осевой поток , где процесс продувки при возврате горячего сжатого воздуха обратно в турбину был сложен. Двигатель с волновым диском использует радиальный и окружной поток, используя центробежные силы для продувки. Изогнутые каналы обеспечивают большую длину при том же диаметре диска по сравнению с прямыми каналами, что позволяет правильно настроить время распространения волн.
Текущий статус
[ редактировать ]Двигатель с волновым диском потенциально может обеспечить более высокую энергоэффективность по сравнению с традиционными конструкциями двигателей внутреннего сгорания и потенциально может снизить вес. Возможные применения включают зарядку аккумуляторов в гибридных автомобилях , что может снизить вес примерно на 1000 фунтов (450 кг). [3] [1] [ нужна ссылка ] Он обещает быть на 60% эффективным, на 30% легче и на 30% дешевле в производстве, чем эквивалентный обычный поршневой двигатель, а также сократить выбросы на 90%. [4]
Исследователи Мичиганского государственного университета и Варшавского технологического института утверждают, что у них есть прототип двигателя с волновым диском и генератора электроэнергии, который может заменить нынешнюю технологию резервного генератора в электрических гибридных транспортных средствах. [5] Исследовательскую группу возглавляет доцент кафедры машиностроения Норберт Мюллер , и она получила финансирование в размере 2,5 миллионов долларов США в рамках энергетики США Министерства программы ARPA-E . Команда Мюллера надеялась, что к концу 2011 года будет готов волновой дисковый двигатель/генератор мощностью 25 киловатт (33 л.с.) размером с автомобиль. [6] [7] По состоянию на январь 2013 года проект рассматривает возможность коммерциализации технологии. [8] Исследования продолжаются в Колумбийском университете в 2017 году. [9] и в Университете штата Мичиган. [10]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Ударная волна приводит в движение гибридные двигатели , Хелен Найт, New Scientist, 15 марта 2011 г., по состоянию на март 2011 г.
- ^ «Концепции рото-волнового радиального потока, нетрадиционные конструкции и применения» (PDF) . egr.msu.edu. 13 ноября 2004 г. Проверено 20 марта 2011 г.
- ^ Волновые диски, генерирующие ударные волны, могут заменить двигатели внутреннего сгорания. Научно-популярный журнал, 16 марта 2011 г., по состоянию на март 2011 г.
- ^ «Волновой дисковый двигатель» . ДОУ АРПА-Э . Проверено 25 апреля 2011 г.
- ^ «Двигатели с волновыми дисками сделают гибридные автомобили дешевле и эффективнее» . ZDnet.com. 01.11.2009. Архивировано из оригинала 4 января 2011 года . Проверено 20 марта 2011 г.
- ^ «Университет штата Мичиган получает награду ARPA-E на сумму 2,5 миллиона долларов за создание двигателя/генератора с волновыми дисками для серийных гибридных приложений» . greencarcongress.com. 31 октября 2009 г. Проверено 20 марта 2011 г.
- ^ «Новый двигатель вызывает шок в автомобильной промышленности» . Новости Эн-Би-Си. 06 апреля 2011 г. Архивировано из оригинала 7 марта 2016 года . Проверено 9 апреля 2011 г.
- ^ «Лауреаты ARPA-E выбраны для участия в программе Корпуса инноваций NSF» . 22 января 2013 г. Архивировано из оригинала 10 октября 2013 года.
- ^ Акбари, Пейман - Агус, Ян (19 сентября 2017 г.). «Концепция двухступенчатого волнового дискового двигателя и прогноз производительности» . Серия технических документов SAE . Том. 1. САЭ Интернэшнл. doi : 10.4271/2017-01-2046 – через DO – 10.4271/2017-01-2046.
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ П. Паррага-Рамирес1, М. Варни2, Э. Тарклесон,3 Н. Мюллер. «Разработка экспериментальной установки двигателя с волновым диском» .
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( справка ) CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Численное исследование концепции микродвигателя с волновым диском - Международный журнал газовых турбин, двигательных и энергетических систем, декабрь 2008 г., том 2, номер 1
- Shockwave Engine: Wave Disk Engine , сайт ARPA-E для Университета штата Мичиган, Министерство энергетики США
- Каталог:Wave Disk Engine , PESWiki
- Беседы преподавателей: Норберт Мюллер на YouTube
- Видео reWorking Michigan, демонстрирующее рабочий прототип на YouTube
- Обзор технологии волнового ротора и ее применения Акбари и Налим, факультет машиностроения, Школа инженерии и технологий Пердью, Индианаполис, Индиана, США. Опубликовано в Журнале инженерии газовых турбин и энергетики, ОКТЯБРЬ 2006 г., Vol. 128 / 719. По состоянию на март 2012 г.