Почему роторный двигатель Ванкеля не нашел большего применения в самолетах?

Роторный двигатель Ванкеля, по-видимому, имеет несколько преимуществ по сравнению с традиционными поршневыми цилиндрами с возвратно-поступательным движением. В целом, они имеют гораздо более высокое отношение мощности к весу, меньшую вибрацию и значительно сниженную частоту катастрофических отказов, а также многие другие преимущества. Я могу найти только недостатки, связанные с выбросами и топливной экономичностью. Итак, мой вопрос: почему он не нашел большего применения в авиации, хотя кажется, что он очень хорошо подходит для этого приложения?

1) Разработка и сертификация двигателя требует больших затрат, а рынок очень ограничен. FWIW, имея пару автомобилей с роторными двигателями, я могу сказать, что экономия топлива не так уж плоха, когда вы едете на стабильных высоких оборотах, как в самолете, или едете на большие расстояния по межштатным автомагистралям, что я делал, когда я владел моим. Однако они ужасны при езде с остановками или по городу.
«Кажется, имеет несколько преимуществ...» это утверждение просто неверно, к сожалению!
@ Толстяк, пожалуйста, уточни.
@AaronHolmes - мой комментарий лишний с отличными ответами: к сожалению, какой бы «красивой» ни была идея: соединение наконечника поршня / ротора со стенкой ствола / цилиндра ... по своей сути, фундаментально проблематично. Грустно!
@Fattie Спасибо и бонусные баллы за использование слова «натти».
Запись в Википедии, кажется, охватывает несколько конкретных примеров с цитатами. Публикация в качестве комментария, поскольку я не проверял, что он касается конкретных деталей в вопросе ОП. en.wikipedia.org/wiki/Wankel_engine#Авиационные_двигатели
@Freiheit: Ну, теперь я еще больше запутался. В разделе Википедии об авиационном двигателе Ванкеля они кажутся идеальным вариантом.
Я всегда думал, что основным препятствием для двигателей Ванкеля на самолетах было охлаждение. Это двигатели с водяным охлаждением, и им требуется значительный поток воздуха, чтобы оставаться в пределах температуры воды.

Ответы (4)

У них не намного более низкая частота отказов, чем у сопоставимых поршневых двигателей. Их очевидная ненадежность в автомобильных приложениях является одной из причин, по которой они так сильно потерпели неудачу на рынке. У TA моего колледжа по материаловедению был один, и он четыре раза перестраивался. Его рекорд по кратчайшему расстоянию до отказа на роторном двигателе Mazda с нулевой синхронизацией составлял 150 миль.

Причиной поломки был выход из строя апексных уплотнений на концах ротора из-за недостаточной смазки, что привело к чрезмерному износу и задирам, а также к полному разрушению уплотнений. Согласно моему ТА, Mazda претерпела более шести фундаментальных изменений системы уплотнения вершины, но так и не смогла полностью решить основную проблему.

Это ужасно. Вы случайно не помните, какие именно проблемы у него были с этим? Я всегда слышал, что двигатель Ванкеля может выйти из строя, но выходить из строя медленно — это означает, что он будет страдать от снижения выходной мощности, которая постепенно ухудшается, — но что он по существу невосприимчив к внезапному, катастрофическому отказу, подобному тому, как поршневой двигатель может заклинить. Интересно, что у него было так много проблем. Спасибо за ответ.
@AaronHolmes мой роторный RX-8 «внезапно вышел из строя» в том смысле, что он просто перестал вращаться из-за головок ротора - что является обычным режимом отказа этих двигателей. Они потребляют масло, и если их не долить, это разрушает наконечники ротора.
@Jamiec Это звучит как (а) неспособность обеспечить надлежащее обслуживание (б) проблема, характерная для автомобильных двигателей, и их режим остановки / запуска
@MikeBrockington абсолютно прав.
@Jamiec Я знаю, что многие из этих двигателей, например варианты Mazda, подают масло непосредственно в камеру, чтобы обеспечить смазку и помочь в создании уплотнения между вершинами. Я также слышал, что многие люди рекомендуют смешивать масло для 2-тактных двигателей с топливом для дальнейшего повышения эффективности. Однако некоторые современные производители, такие как AIE, утверждают, что решили проблемы расхода масла и чрезмерного износа. Многие из этих двигателей используются в БПЛА.
Двигатели Ванкеля нашли применение в крошечных гоночных автомобилях, а в последнее время — в некоторых приложениях для БПЛА. Я думаю, что в обоих случаях компромисс с надежностью, вероятно, оправдан риском, присущим этим действиям, но в большинстве случаев в авиации это не было бы приемлемой жертвой.
В середине 80-х у меня был Cosmo 1976 года выпуска. Двигатель 13В, 4-камерный карбюратор. Неудачные выбросы каждый год, когда я владел им (думаю, из-за впрыска масла), у него был ужасный пробег, но после того, как я его восстановил, он мог курсировать от заправки к заправке со скоростью 90 миль в час без каких-либо жалоб. Это великолепный авиационный двигатель с редуктором 3:1 — пропеллеры не любят крейсерских 6500 об/мин…
В частности, уплотнения Apex выйдут из строя, что приведет к плохой компрессии в двигателе для одной или нескольких камер сгорания. Не всегда связано с плохой смазкой, поскольку двигатель был разработан для самосмазывания уплотнений Apex (что приводило к преднамеренному сжиганию масла, характерному для роторного двигателя). Как только сжатие было потеряно, как и в поршневом двигателе, способность создания мощности резко снизилась. Эта проблема была более или менее решена в более поздние годы RX-8, но почти у каждого владельца RX-8 (и RX-7) есть история или истории о замене или восстановлении двигателя.
Мой RX-8 был на четвертом двигателе, все заменено по гарантии на заводе. Роторная конструкция превосходно работала на высоких оборотах и ​​была счастлива сидеть на 9000 об / мин весь день. Диапазон мощности в автомобильной версии начинался в районе 6500 об/мин. Для авиационной версии, я уверен, будет задействована коробка передач, так как большинство пропеллеров плохо работают при 9000 об/мин. Отсутствие движущихся частей (всего 3 на весь двигатель) делает его невероятно надежным, не считая проблемы с уплотнением Apex. При надлежащем техническом обслуживании двигателя вы заблаговременно обнаружите небольшую потерю компрессии, избежав каких-либо проблем.
Забавно, но у меня был пуленепробиваемый RX-7. Роторные гоночные автомобили Mazda также были очень надежными. Возможно, вы плохо обращались со своей машиной.

Как указывает другой ответ, основная проблема - низкая надежность.

В обычном поршневом двигателе скользящий контакт поршня со стенкой цилиндра в основном происходит с относительно холодным металлом и постоянно смазывается снизу маслом. Контакт часто поддерживается плотно поршневыми кольцами, имеющими естественную пружину наружу.

В типе Ванкеля скользящий контакт уплотнения наконечника ротора с внешней стенкой камеры часто происходит с гораздо более горячим металлом от недавнего сгорания, и его трудно смазывать. Требуется отдельный пружинный механизм, чтобы удерживать уплотнение закрытым против давления выстрела, так что все усложняется. В результате уплотнения наконечников чрезвычайно требовательны и имеют тенденцию изнашиваться или трескаться.

Кажется, я припоминаю, что Norton считал, что решил проблемы, но их велосипеды и БПЛА не смогли добиться значительного успеха. Я не знаю, были ли другие проблемы, влияющие на это.

Спасибо за ответ. Кажется, что некоторые из проблем более характерны для автомобильного вождения, с постоянными, широкими, быстрыми изменениями оборотов и более частыми запусками и остановками двигателя, не позволяющими двигателю должным образом прогреться.

Я думаю, что большинство ответов на этот вопрос вызвано отсутствием знаний о роторных двигателях, у этих двигателей действительно есть врожденные недостатки, связанные с верхними уплотнениями, но 90% их заявлений о «ненадежности» исходят от чистых невежественных владельцев (по крайней мере, в автомобильном мире) и полное непонимание того, как его обслуживать. Большинство rx8 могут проехать 100 000 км, прежде чем потребуется ремонт (среднее время пробега для такого количества километров составляет 2000 часов), так что это относительно соответствует большинству периодов капитального ремонта (спасибо Google). И, по крайней мере, мы не забываем, что роторный двигатель выиграл Ле-Ман в 1991 году, и с тех пор технология уплотнения вершины прошла долгий путь. Однако, чтобы на самом деле ответить на вопрос, настоящая причина связана с усилиями по сертификации двигателя и связанными с этим затратами.

Wankel RCE до сих пор используется для Ultralight, Parapente и других целей. Aixro, Wankel Supertec, Wankel GMBH, AIE.uk предлагают на продажу роторные двигатели Ванкеля, исследования проводятся в Индии. John Deere, также Curtiss-Wright, разработала линейку прототипов Ванкеля для авиации в нескольких диапазонах мощности. Двигатель John Deere имел SFC около 240 г/л.с./ч, что достаточно хорошо, если учесть, что он может работать с низкосортным бензином, существовали и тяжелотопливные версии Wankel.

Легкий вес, компактность, недостатки не такие тотальные и катастрофические, как у поршневых двигателей, преимущества Ванкеля, 2-тактный двигатель, с внезапными заеданиями, плюс проблемы с крутильными колебаниями в валу от двигателя к винту убили БД-5 и некоторых пилотов.

Двигатели Ванкеля были опробованы на БД-5. Они не используются, потому что это двигатели с водяным охлаждением, они выделяют гораздо больше тепла, чем 2-тактные и обычные 4-тактники, и невероятно сложно установить оборудование для необходимой системы охлаждения в такой небольшой планер, особенно во время руления. . Самолет просто не был рассчитан на использование такого двигателя. Проблемы с кручением в приводной системе БД-5 давно решены. Вам просто нужно следовать планам и использовать правильную систему привода от знающего производителя с хорошей репутацией.
Хорошее наблюдение. Вы знаете, что воздухозаборники NACA в BD-5 были протестированы и показали худшие результаты, чем «Открытый рот» в стиле «Vought F-8 Crusader». Сегодняшние малые Ванкели также имеют жидкостное охлаждение (Aixro, ...), но существовали версии с корпусом с воздушным охлаждением и ротором с наддувочным охлаждением. Вам может понравиться «Охлаждение вашего Ванкеля» Пола Ламара, сайт www.rotaryeng.net, он предложил для переоборудования Mazda охлаждение, подобное Mustang P-51, которое добавляло тягу за счет тепла двигателя. Благословения +
Многие строители BD5 никогда не понимали, что охлаждение двигателя зависит не от того, сколько воздуха вы подаете в моторный отсек или на поверхность радиатора, а от того, сколько тепла вы отводите. Единственные удачные схемы охлаждения двигателя для БД-5 при использовании поршневых двигателей работают за счет выхода воздуха через нижнюю часть хвостовой части с вырезанными в задней части вентиляционными отверстиями. Конструкция Р-51 не очень подходила для БД-5, потому что нижняя часть птицы уже очень низко прилегает к земле, особенно когда пилот находится в кабине.
Критика концепции БД-5, часть 1 - PDFHALL.COM на eaa.org/eaa/aircraft-building/kits-and-plans/00---c/bede-bd-5
Это не критика, это просто информационная страница EAA на BD-5. Большинство из них точны, но есть и очень устаревшая информация.
Извините, у меня нет лицензии пилота, у меня нет БД-5, я никогда не строил самолет. Если вы прочитаете ссылку полностью, вы увидите, что эксперт установил стиль охлаждения P-51 Mustang в BD-5 с хорошими результатами. Что касается Wakel, это был главный вопрос, вы можете зайти на сайт www.aixro.de и посмотреть на Ванкель постоянной мощности, который они предлагают, по крайней мере один на 40 л.с., полезный для авиации UL, и его вес со всеми аксессуарами, включая охлаждающий радиатор, воду, ... Кстати, пропиленгликоль лучше, чем этиленгликоль, в качестве антифриза и охлаждающей жидкости, документы SAE 741091, 840237. Я не могу сделать больше. Салют +
Я хорошо знаю, какая работа была проделана по различным БД-5. Этот тип охлаждающего воздухозаборника никогда не использовался с двигателем Ванкеля на БД-5, потому что двигатель выделяет слишком много тепла, и просто слишком сложно рассеять тепло на чем-либо, кроме нормальной крейсерской скорости полета. «Установлено» <> «Работает». Любой может заявить, что установил что угодно, но определение успеха идет гораздо дальше, чем просто установка чего-либо. Как я уже сказал, страница EAA — это не критика. Хотите больше информации о BD-5? Посетите домашнюю страницу BD-5.
Уважаемый г-н Хилименес: ссылка EAA включает изображение BD-5 с радиатором типа P-51, а также один с пропеллером сверхкритического профиля, если исходный двигатель BD-5 был двухтактным, склонным к hacer perla: фол вилка, и грипарс: воткнул, 36 л.с., 27 кВт, подойдут двигатели Aixro; Вы можете получить данные о весе, включая систему охлаждения, на их сайте. Чтобы избежать перегрева, подойдет любой электрический вентилятор, управляемый термостатом. Есть ли какая-то особая причина, по которой вы, кажется, так мало обсуждаете мои комментарии? Я не участвую в борьбе за власть, а пытаюсь получить информацию и поделиться ею. ОО РУ?. Агур. Благословения +
Я ничего не обсуждаю, я просто указываю на факты тому, кто никогда не строил БД-5 и не должен делать заявления типа "любой электровентилятор... справится". Это просто так не работает, извините. По ссылке EAA есть только одна фотография, и это реактивный самолет BD-5J, которым управляет Корки Форноф.
Как вы заметили, Sport Aviation, август 1986 г., «Критика концепции BD-5» Сета Б. Андерсона, включала изображение: «Радиатор охлаждающей жидкости в стиле P-51 на авторском BD-5», так что можно добавить охлаждающий вой под фюзеляжем. Что касается электровентиляторов, не составит труда найти радиатор + вентиляторы, размеры подходящие для вашего двигателя, управляемые термостатом, он может даже дуть воздухом сбоку, позволяя нагнетать воздух в полете. Из исследований Sachs по малым двигателям Ванкеля, Келлер, мы знаем, что нагнетающий вентилятор лучше, чем всасывающий. Комментарий общий про охлаждение мотоциклов, картов,.. Да я никогда не строил. Благословения +
Размещение вентилятора любого типа, электрического или ременного, перед радиатором имеет логическое преимущество, заключающееся в том, что он работает с холодным воздухом, в то время как, если его разместить за радиатором, как в большинстве старых автомобилей, он будет обрабатывать горячий воздух от радиатора с меньшей эффективностью. , не обязательно меньшее энергопотребление. Вы можете получить доступ к «Экспериментальному исследованию подводных воздухозаборников NACA на модели истребителя в масштабе 1/5», Дональд Э. Голт, NACA RM Nº A7I06. Благословения +
Почему роторный двигатель Ванкеля не нашел большего применения в самолетах?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v