Ротативный двигатель. — Российская авиация
Такие двигатели отличались плавностью и равномерностью хода. Зажигание производилось последовательно в каждом цилиндре через один по кругу.
Второй особенностью было хорошее охлаждение. Металлургическая промышленность в те времена была не настолько развита, как сейчас и качество сплавов (в плане термостойкости) было не слишком высоким. Поэтому требовалось хорошее охлаждение.
Скорости полета самолетов были не высокие, поэтому простое охлаждение набегающим потоком стационарного движка было недостаточным. А ротативный двигатель здесь находился в более выгодном положении, потому что сам вращался с достаточной для эффективного охлаждения скоростью и цилиндры хорошо обдувались воздухом. При этом они могли быть как гладкими, так и оребренными. Охлаждение было достаточно эффективным даже при работе двигателя на земле.
Расцвет ротативных двигателей пришелся на первую мировую войну. В то время авиация уже достаточно серьезно участвовала в боевых действиях и воздушные бои не были редкостью. Самолеты и двигатели для них производились всеми крупными участниками войны.
Из двигателестроительных одной из самых известных была французская фирма «Societe des Moteurs Gnome», в свое время занимавшаяся производством двигателей внутреннего сгорания для промышленного производства. В 1900 году она купила лицензию на производство маленького одноцилиндрового стационарного двигателя (мощность 4 л.с.) «Gnome» у немецой фирмы Motorenfabrik Oberursel. Это движок продавался во Франции под французским наименованием «Gnome» и при этом настолько успешно, что наименование это было использовано в названии фирмы — «Societe des Moteurs Gnome».
В Российской Империи двигатель «Gnome» послужил прототипом для двигателей Теодора-Фердинанда (Григорьевича) Калепа. Т.Г.Калеп в начале 1911 года сначала решил приступить к производству на своем заводе двигателей «Gnome», но попытка договориться с фирмой «Societe des Moteurs Gnome» окончилась неудачей, т.
к. эта французская фирма поставила условие отдавать ей 2/3 чистого дохода.
Тогда Калеп решил спроектировать на своем заводе новый двигатель. Проект двигателя Калеп разрабатывал совместно с молодым инженером Шухгальтером. Конструкторам удалось значительно усовершенствовать конструкцию двигателя «Gnome» и создать двигатель, более надежный чем «Gnome». Прежде всего был изменен способ крепления цилиндров на картере. У двигателя «Gnome» картер состоял из нескольких частей, соединенных болтами — это весьма увеличивало массу двигателя. Калеп сделал картер всего из двух частей, причем плоскость разъема не совпадала с плоскостью, в которой лежали геометрические оси цилиндров, а была отнесена несколько в сторону. Это существенно упрощало сборку двигателя, т.к. можно было крепить цилиндры, защемляя их между двумя частями картера, причем цилиндры вставлялись в отверстия большей части картера.
Калеп усовершенствовал двигатель «Gnome», увеличив его прочность и в тоже время снизив на 7 кг его массу и уменьшив на 85 шт.
число деталей. При этом размеры двигателя Калепа не превышали размеров двигателя «Gnome». 22 ноября 1911 г. Т.Г.Калеп подал заявку за № 50497 на получение патента на авиационный двигатель «внутреннего горения с радиально укрепленными на кривошипной камере вращающимися цилиндрами», которая была удовлетворена и автор получил патент на этот двигатель за № 25057.
Двигатели «Калеп» устанавливались на самолёты «Хиони», «Стеглау» и др. Впоследствии Т.Калеп создал ещё более мощные двигатели мощностью 80 л.с. и 100 л.с., которые устанавливались на лицензионные «Ньюпоры» и другие отечественные истребители и разведчики.
Увы, хоть слава и досталась Ф.Г.Калепу, моторы для российского Воздушного флота делались во Франции — нелегко было небольшому заводу соревноваться в рекламе с солидной иностранной фирмой.
В 1913 году, будучи больным, Теодор Калеп поехал на испытания своего мотора, проводимые в Риге военным ведомством. Мотор сочли хорошим, а 47-летний Калеп через несколько дней умер.
Можно сказать, сгорел на работе…
Двигатель «Калеп-60».
Двигатель «Калеп-80» в музее ВВС Монино.
В дальнейшем на базе «Gnome» был разработан ротативный двигатель «Gnome Omega», имевший немалое количество модификаций и устанавливавшийся на самые различные самолеты. Известны так же другие массово производившиеся двигатели этой фирмы. Например, «Gnome 7 Lambda» – семицилиндровый, мощностью 80 л.с. и его продолжение «Gnome 14 Lambda-Lambda» (160 л.с.), двухрядный ротативный двигатель с 14-ю цилиндрами.
Ротативный двигатель «Gnome 7 Omega».
Двигатель «Gnome 7 Omega» на самолете.
Широко известен двигатель «Gnome Monosoupape» (один клапан), начавший выпускаться в 1913 году и считавшийся одним из лучших двигателей в начальный период войны. Этот «лучший двигатель» имел всего один клапан, использовавшийся и для выхлопа и для забора воздуха. Для поступления топлива в цилиндр из картера, в юбке цилиндра был сделан ряд специальных отверстий.
Двигатель был безкарбюраторный и из-за упрощенной системы управления был легче и потреблял, к тому же меньше масла.
Двигатель «Gnome Monosoupape» Type N.
Управления у него не было практически никакого. Был только топливный кран, подававший бензин через специальную форсунку (или распылитель) в полый неподвижный вал и далее в картер. Этим краном можно было пытаться обогащать или обеднять топливо-воздушную смесь в очень узком диапазоне, от чего было мало толку.
Подвод топлива в цилиндр двигателя «Gnome Monosoupape». Crank Case — картер, Ports — подводящие отверстия.
Пытались использовать с целью управления изменение фаз газораспределения, но быстро от этого отказались, потому что начали гореть клапана. В итоге движок постоянно работал на максимальных оборотах (как, впрочем и все ротативные двигатели) и управлялся только отключением зажигания (об этом чуть ниже).
Другой известной французской фирмой, производившей ротативный двигатели была фирма «Societe des Moteurs Le Rhone», начавшая свою работу с 1910 года.
Одними из самых известных ее двигателей были «Le Rhone 9C» (мощность 80 л.с.) и «Le Rhone 9J» (110 л.с.). Характерной их особенностью было наличие специальных трубопроводов от картера к цилиндрам для подвода топливо-воздушной смеси (немного похоже на входные коллектора современных ДВС).
Двигатель «Le Rhone 9C».
«Le Rhone» и «Gnome» первоначально соперничали, но потом объединились и с 1915 года уже работали совместно под названием «Societe des Moteurs Gnome et Rhone». Двигатель 9J был, в общем-то, уже их совместным продуктом.
Ротативный двигатель «Le Rhone 9J».
Открытый картер двигателя «Le Rhone 9J».
Интересно, что вышеупомянутая германская фирма «Motorenfabrik Oberursel» в 1913 году закупила лицензии на производство теперь уже французских ротативных двигателей «Gnome» (хотя и была родоначальницей этого брэнда, можно сказать) и чуть позже двигателей «Le Rhone». Их она выпускала под своими наименованиями: «Gnome», как «U-серия» и «Le Rhone», как «UR-серия» ( от немецкого слова Umlaufmotor, обозначающего ротативный двигатель).
Например, двигатель «Oberursel U.0» был аналогом французского «Gnome 7 Lambda» и устанавливался первоначально на самолет Fokker E.I., а двигатель «Oberursel U.III» — это копия двухрядного «Gnome 14 Lambda-Lambda».
Германский двухрядный «Oberursel U.III», копия «Gnome 14 Lambda-Lambda».
Вообще фирма «Motorenfabrik Oberursel» всю войну в довольно большом количестве производила двигатели-клоны французских моделей, которые потом ставились на самолеты, являвшиеся противниками французов и их союзников в воздушных боях. Вот такие фокусы жизни…
Истребитель Fokker E.I с двигателем «Oberursel U.0».
Среди других известных двигателестроительных фирм значится также французская фирма «Societe Clerget-Blin et Cie» (интересное для русского уха слово Blin в названии означает фамилию одного из учредителей, промышленника Эжена Блина) со своим известным движком «Clerget 9B».
Двигатель «Clerget 9B».
Двигатель «Clerget 9B» на истребителе Sopwith 1½ «Strutter».
Истребитель Sopwith 1½ «Strutter» с двигателем «Clerget 9B».
Многие двигатели производились в Великобритании по лицензиям. На этих же заводах выпускали английские двигатели разработки «Walter Owen Bentley» (того самого Бентли) «Bentley BR.1» (заменившие «Clerget 9B» на истребителях Sopwith «Camel») и «Bentley BR.2» для истребителей Sopwith 7F.1 «Snipe».
На двигателях «Bentley» в конструкции поршней впервые были применены алюминиевые сплавы. До этого на всех движках цилиндры были чугунные.
Ротативный двигатель «Bentley BR.1».
Ротативный двигатель «Bentley BR.2».
Истребитель Sopwith 7F.1″Snipe» с двигателем «Bentley BR.2».
Теперь вспомним о других особенностях ротативного двигателя, которые, так сказать, плюсов ему не прибавляют (чаще всего как раз наоборот).
Немного об управлении. Современный (стационарный, конечно) поршневой двигатель, неважно рядный он или звездообразный, управляется относительно легко.
Карбюратор (либо инжектор) формирует нужный состав топливо-воздушной смеси и с помощью дроссельной заслонки пилот может регулироват подачу ее в цилиндры и, тем самым, менять обороты двигателя. Для этого по сути дела существует ручка (или педаль, как хотите) газа.
У ротативного двигателя все не так просто. Несмотря на разницу конструкций, большинство ротативных двигателей имели на цилиндрах управляемые впускные клапана, через которые и поступала топливо-воздушная смесь. Но вращение цилиндров не позволяло применять обычный карбюратор, который бы поддерживал оптимальное соотношение воздух-топливо за дроссельной заслонкой. Состав смеси, поступающей в цилиндры нужно было корректировать для достижения оптимального соотношения и устойчивой работы двигателя.
Для этого обычно существовал дополнительный воздушный клапан («bloctube») . Пилот устанавливал рычаг газа в нужное положение (чаще всего полностью открывая дроссель) и потом рычагом регулировки подачи воздуха добивался устойчивой работы двигателя на максимальных оборотах, производя так называемую тонкую регулировку.
На таких оборотах обычно и проходил полет.
Из-за большой инерционности двигателя (масса цилиндров все же немаленькая), такая регулировка часто делалась «методом тыка», то есть определить нужную величину регулировки можно было только на практике, и эта практика была необходима для уверенного управления. Все зависело от конструкции двигателя и опыта пилота.
Весь полет проходил на максимальной частоте вращения движка и если ее по какой-либо причине надо было снизить, например для посадки, то действия по управлению должны были быть обратного направления. То есть пилоту нужно было прикрыть дроссель и потом опять регулировать подачу воздуха в двигатель.
Но такое «управление» было, как вы понимаете, достаточно громоздким и требующим времени, которое в полете не всегда есть, особенно на посадке. Поэтому гораздо чаще применялся метод отключения зажигания. Чаще всего это делалось через специальное устройство, позволяющее отключать зажигание полностью или в отдельных цилиндрах. То есть цилиндры без зажигания переставали работать и двигатель в целом терял мощность, что и нужно было пилоту.
Этот метод управления широко применялся на практике, но тянул за собой и кучу проблем. Топливо, вместе, кстати, с маслом, несмотря на отключение зажигания, продолжало поступать в двигатель и, не сгорев, благополучно его покидало и затем скапливалось под капотом. Так как движок очень горячий, то опасность серьезного пожара налицо. Тогдашние «легкие этажерки» горели очень легко и быстро.
Пример защитных капотов на (защита от масла двигатель «Gnome 7 Lambda») Sopwith «Tabloid».
Поэтому капоты для двигателей имели внизу вырез примерно на одну треть периметра или на худой конец серьезные дренажные отводы, чтобы вся эта гадость могла быть удалена набегающим потоком. Чаще всего, конечно, она размазывалась по фюзеляжу.
Кроме того свечи в неработающих цилиндрах могли оказаться залитыми и замасленными и повторный запуск поэтому был не гарантирован.
К 1918 году французская двигателестроительная фирма «Societe Clerget-Blin et Cie» (ротативные двигатели «Clerget 9B»), исходя из очевидной опасности использования способа снижения мощности путем отключения зажигания, в руководстве по эксплуатации своих двигателей рекомендовала следующий метод управления.
При необходимости снижения мощности двигателя пилот перекрывает подачу топлива закрытием дросселя (ручкой газа). При этом зажигание не отключается и свечи продолжают «искрить» (предохраняя себя от замасливания). Винт вращается в результате эффекта авторотации и при необходимости запуска топливный клапан просто открывается в то же положение, что и до закрытия. Двигатель запускается…
Однако, по отзывам пилотов, которые в наши дни летают на восстановленных или точных копиях самолетов того времени, все-таки самый удобный режим снижения мощности — это отключение зажигания, несмотря на всю «грязь», которую при этом извергают ротативные двигатели.
Самолеты с такими движками вообще особой чистотой не отличались. Про топливо в отключенных цилиндрах я уже сказал, но ведь было еще и масло. Дело в том, что из-за вращающегося блока цилиндров, возможность откачки топлива из картера была весьма проблематична, поэтому организовать полноценную систему смазки было нельзя.
Схема топливо- и маслопитания ротативного двигателя «Gnome 7 Omega».
Но без смазки никакой механизм работать не будет, поэтому она, конечно, существовала, но в о-о-очень упрощенном виде. Масло подавалось прямо в цилиндры, в топливо-воздушную смесь. На большинстве двигателей для этого существовал небольшой насос, подававший масло через полый (неподвижный, как уже известно) вал по специальным каналам.
В качестве смазывающего масла использовалось касторовое, самое лучшее по тем временам масло (природное растительное) для этих целей. Оно, кроме того не смешивалось с топливом, что улучшало условия смазки. Да и сгорало в цилиндрах оно только частично.
Пример замасливания (темные пятна) двигателя «Gnome 7 Omega» полусгоревшим касторовым маслом.
А удалялось оно оттуда после выполнения своих функций вместе с отработанным газами через выпускной клапан. И расход его при этом был очень даже немаленький. Средний движок, мощностью около 100 л.с. (75 кВт, 5-7 цилиндров) за час работы расходовал более двух галлонов (английских) масла.
То есть около 10 литров вылетало «на ветер».
Ну что тут скажешь… Бедные механики. Масло, сгоревшее и несовсем, топливная смесь, оставшаяся после дросселирования движка, сажа… все это оседало на самолете и все это нужно было отмывать. Причем масло это отмывалось очень плохо. Из-за этого на старых снимках самолеты частенько «щеголяют» грязными пятнами на крыле и фюзеляже.
Но и летчики — люди мужественные. Ведь из движка выходила касторка. А это, как известно, очень хорошее слабительное (в аптеках раньше продавалась, не знаю, как сейчас). Конечно, двигатель был закрыт капотом и снизу, как я уже говорил, был вырез для удаления всей грязи. Но ведь кабина открытая и воздушный поток — штука не всегда управляемая. Если чистая касторка попадала на лицо и потом внутрь… Последствия предугадать… наверное было не сложно…
Следующая особенность ротативных двигателей, которую я бы тоже не назвал положительной была связана с управляемостью аэропланов, на которых стояли такие движки. Немалая масса вращающегося блока представляла собой по сути дела большой гироскоп, поэтому гироскопический эффект был неизбежен.
Пока самолет летел прямолинейно, его влияние не было сильно заметно, но стоило начать совершать какие-либо полетные эволюции, как сразу проявлялась гироскопическая прецессия. Из-за этого и вкупе с большим крутящим моментом массивного блока цилиндров при выбранном правом вращении винта самолет очень неохотно поворачивал влево и при этом задирал нос, но зато быстро делал правые развороты с большой тенденцией к опусканию носа. Такой эффект с одной стороны очень мешал (особенно молодым и неопытным пилотам), а с другой был полезен при проведении воздушных боев, в так называемых «собачьих свалках» (dogfights). Это, конечно, для опытных летчиков, которые могли с толком использовать эту особенность.
Очень характерен в этом плане был известный самолет Sopwith F.1 «Camel» Королевских ВВС, считавшийся лучшим истребителем Первой Мировой. На нем стоял ротативный двигатель «Clerget 9B» (как примечание добавлю, что в последствии также ставился и английский «Bentley BR.1» (150 л.с.)). Мощный (130 л.
с.), но достаточно капризный двигатель, чувствительный к составу топлива и к маслу. Мог запросто отказать на взлете. Но именно благодаря ему и особенностям компоновки фюзеляжа (рассредоточению полезного оборудования) «Camel» был очень маневренен.
Истребитель Sopwith F.1 «Camel» с двигателем «Clerget 9B».
Маневренность эта, правда, доходила до крайности. В управлении истребитель был необычайно строг и вообще имел кое-какие неприятные особенности. Например, большое желание войти в штопор на малой скорости. Он абсолютно не подходил для обучения молодых пилотов. По некоторой статистике за время войны в боевых действиях на этом аэроплане погибло 415 пилотов, а в летных происшествиях — 385. Цифры красноречивые…
Однако опытные пилоты, хорошо его освоившие, могли извлечь большую пользу из его особенностей и делали это. Интересно, что из-за нежелания истребителя «Camel» быстро разворачиваться влево, многие пилоты предпочитали делать это, так сказать, «через правое плечо».
Поворот вправо на 270° получался значительно быстрее, чем влево на 90°.
Основным и достойным противником для Sopwith F.1 «Camel» был немецкий триплан Fokker Dr.I с двигателем «Oberursel UR.II» (полный аналог французского «Le Rhone 9J»). На таком воевал Барон Манфред Альбрехт фон Рихтгофен (Manfred Albrecht Freiherr von Richthofen), знаменитый «Красный барон».
Триплан Fokker Dr.I.
Германский двигатель «Oberursel-UR-2» (копия «Le Rhone 9J»).
За время войны ротативные двигатели достигли своего полного расцвета. При имеющихся запросах армии, несмотря на свои недостатки они очень хорошо подходили для решения, так сказать, триединой задачи «мощность — вес — надежность». Особенно, что касается легких истребителей. Ведь именно на них в подавляющем большинстве такие движки стояли.
Более крупные и тяжелые самолеты продолжали летать, используя традиционные рядные движки.
Однако авиация развивалась бурными темпами.
Требовалась все большая мощность двигателей. Для стационарных рядных это достигалось путем увеличения максимального количества оборотов. Возможности совершенствования в этом направлении были. Улучшались системы зажигания и газораспределения, принципы образования топливовоздушной смеси. Применялись все более совершенные материалы.
Это позволило к концу Первой Мировой войны поднять максимальную величину оборотов стационарного двигателя с 1200 до 2000 об/мин.
Однако, для ротационного двигателя этот было невозможно. Организовать правильное смесеобразование было нельзя. Все приходилось делать «на глазок», поэтому расход топлива (как и масла) был, мягко говоря, немаленьким (в том числе, кстати, из-за постоянной работы на больших оборотах).
Какие-либо внешние регулировочные работы на двигателе, пока он находится в запущенном состоянии само собой были невозможны.
Повысить частоту вращения тоже не получалось, потому что сопротивление воздуха быстро вращающемуся блоку цилиндров было достаточно большим.
Более того, при увеличении скорости вращения, сопротивление росло еще быстрее. Ведь, как известно, скоростной напор пропорционален квадрату скорости. То есть если скорость просто растет, то сопротивление растет в квадрате (примерно).
При попытках на некоторых моделях двигателей начала войны поднять обороты с 1200 об/мин до 1400 об/мин сопротивление поднималось на 38%. То есть получалось, что возросшая мощность двигателя больше тратилась на преодоление сопротивления, чем на создание полезной тяги воздушного винта.
Немецкой фирмой Siemens AG была сделана попытка обойти эту проблему с другой стороны. Был выполнен 11-цилиндровый двигатель так называемой биротативной схемы (наименование Siemens-Halske Sh.III). В нем блок цилиндров вращался в одну сторону с частотой 900 об/мин., а вал (ранее неподвижный) в другую с той же частотой. Суммарная относительная частота составила 1800 об/мин. Это позволило достичь мощности в 170 л.с.
Биротативный двигатель «Siemens-Halske Sh.
III».
Истребитель «Siemens-Schuckert D.IV».
Истребитель «Siemens-Schuckert D.IV» в берлинском авиамузее.
Этот двигатель имел меньшее сопротивление воздуху при вращении и меньший крутящий момент, мешающий управлению. Устанавливался на истребителе «Siemens-Schuckert D.IV» , который по мнению многих специалистов стал одним из лучших маневренных истребителей времен войны. Однако производиться начал поздно и сделан был в небольшом количестве экземпляров. Существующее положение Siemens-Halske Sh.III не поправил и не смог опять поднять ротативные двигатели на должную высоту.
Здесь следует упомянуть о работах русского инженера Анатолия Георгиевича Уфимцева. А.Г.Уфимцев работы по биротативным авиационным двигателям начал ещё в 1909 году. Им был спроектирован четырехцилиндровый биротативный двигатель с воспламенением смеси при высокой степени сжатия в цилиндрах, диаметр которых составлял 90 мм, ход поршня — 120 мм. На это изобретение А.Г.Уфимцев получил патент. Специального станка для замера мощности биротативного двигателя у конструктора не было. По его расчетам мощность двигателя массой 40 кг могла достигать 35-40 л.с. Для запуска двигателя предполагалось использовать сжатый воздух от баллона на борту самолета. В Главном инженерном управлении дали отрицательное заключение на этот проект, считая невозможным запуск двигателя сжатым воздухом (в дальнейшем практика развития авиации подтвердила целесообразность воздушного запуска).
Тем не менее А.Г.Уфимцев не оставил намерения осуществить свою идею. Четырехцилиндровый двигатель с самовоспламенением не удовлетворял автора и в новом проекте была применена электрическая система зажигания топливовоздушной смеси при меньшей степени сжатия.
Получив небольшой кредит от частных лиц, заложив дом и используя все наличные средства, изобретатель построил шестицилиндровый биротативный двигатель. При этом диаметр цилиндра равнялся 80 мм, ход поршня — 110 мм, частота вращения — 1000 об/мин. Масса двигателя — 50 кг, расчетная мощность — 40 л.с. Этот двигатель А.Г.Уфимцев установил на самолете собственной конструкции «Сфероплан-2», который был построен в 1910 году. Во время испытаний самолет не взлетел из-за передней центровки.
Аппарат А.Г.Уфимцева «Сфероплан-II». 1910 г.
В 1912 году А.Г.Уфимцев спроектировал новый шестицилиндровый двухтактный биротативный двигатель с улучшенной продувкой цилиндров. Были устранены недостатки предыдущих двигателей, существенно изменены параметры и конструкция основных узлов, расчетная мощность — в пределах 65-70 л.с. при массе 58 кг. Двигатель был построен на Брянском паровозостроительном заводе и получил наименование АДУ-4. Его испытание, доводка не были завершены, завод отказался от производства этого двигателя. В настоящее время двигатель АДУ-4 экспонируется в музее ВВС.
А.Г.Уфимцев у своего первого биротативного двигателя.
Двигатель АДУ-4 в музее ВВС Монино.
Недостатков у всех видов ротативных двигателей, как видите, хватало. Ко всему прочему могу еще добавить, что движки эти были достаточно дороги. Ведь из-за большой быстро вращающейся массы все детали двигателя должны были быть хорошо отбалансированы и четко подогнаны. Плюс сами материалы были недешевы. Это приводило к тому, что, например, двигатель Monosoupape по ценам 1916 года стоил порядка 4000$ (что в переводе на курс года 2000-го составляет примерно 65000$). Это при том, что в движке-то, вобщем-то, по нынешним понятиям, ничего особенного-то нет.
Ко всему прочему моторесурс всех таких двигателей был невысок (вплоть до 10-ти часов между ремонтами) и менять их приходилось часто, несмотря на высокую стоимость.
Все эти недостатки копились и в конце концов чаша оказалась переполнена. Ротативный двигатель широко использовался и совершенствовался (по мере возможности) вплоть до конца войны. Самолеты с такими движками некоторое время использовались во время гражданской войны в России и иностранной интервенции. Но в целом их популярность быстро пошла на спад.
Совершенствование науки и производства привели к тому, что на сцену уверенно вышел последователь ротативного двигателя — радиальный или звездообразный двигатель с воздушным охлаждением, который не сходит с нее и по сей день, работая, между прочим, в содружестве с рядным поршневым авиационным двигателем с жидкостным охлаждением.
Ротативный двигатель, оставив яркий след в истории авиации, занимает теперь почетное место в музеях и на исторических выставках.
В заключении ролик — запуск восстановленного двигателя «Gnome» 1918 года выпуска:
Ротативный двигатель. Чумазый вояка :-)…
Привет, друзья!
Истребитель Sopwith Camel F.1 с двигателем Clerget 9B.
Сегодня поговорим о двигателе, эра расцвета которого пришлась на тот период времени, когда авиация еще не вышла из состояния «летающих этажерок», но когда эти самые этажерки уже чувствовали себя в воздухе достаточно уверенно.
Основные принципы самолето- и двигателестроения быстро принимали устойчивые очертания. Появлялось все больше моделей двигателей для аэропланов, а вместе с ними как новые победы, так и новые проблемы в двигателестроении. Конструкторы и инженеры стремились (как это, вобщем-то, происходит и сейчас :-)) максимально облегчить двигатели и при этом сохранить или даже увеличить их тяговую эффективность.
На этой волне и появился ротативный двигатель для тогдашних аэропланов. Почему именно для аэропланов? Да потому что сам по себе этот тип двигателя был разработан даже значительно раньше первого полета братьев Райт.
Однако обо всем по порядку. Что из себя представляет
Рабочее топливо — бензин, воспламенение происходит от свечей зажигания.
По внешнему виду он очень похож на появившийся практически одновременно с ним и хорошо нам сегодня известный радиальный (звездообразный) поршневой двигатель. Но это только в неработающем состоянии. При запуске ротативный двигатель на неосведомленного о нем человека производит сильное впечатление.
Работа ротативного двигателя.
Происходит это потому, что уж очень необычно, на первый взгляд, выглядит его работа. Ведь вместе с винтом вращается и весь блок цилиндров, то есть, по сути дела весь двигатель. А вал, на котором происходит это вращение закреплен неподвижно. Однако в механическом плане ничего необычного тут нет. Просто дело привычки :-).
Топливо-воздушная смесь из-за вращения цилиндров не может быть подведена к ним обычным порядком, поэтому попадает туда из картера, куда подводится через полый неподвижный вал от карбюратора (или устройства его заменяющего).
Впервые в истории патент на ротативный двигатель получил французский изобретатель Félix Millet в 1888 году. Тогда этот двигатель поставили на мотоцикл и показали его на всемирной парижской выставке в 1889 году.
Ротативный двигатель Félix Millet на мотоцикле.
Позже двигатели Félix Millet ставились на автомобили, один из которых принял участие в первой в мире автомобильной гонке Paris–Bordeaux–Paris в 1895 году, а с 1900 года эти двигатели ставили на автомобили французской фирмы Darracq.
В дальнейшем инженеры-изобретатели стали обращать внимание на ротативный двигатель уже с точки зрения применения его в авиации.
Первым в этом плане был бывший ньюйоркский часовщик Stephen Balzer, создавший свой ротативный двигатель в 1890 году и ставший автором (совместно с инженером Charles M. Manly) первого в истории двигателя, разработанного конкретно для аэроплана, известного под названием Manly-Balzer engine.
Практически одновременно с ним работал американский инженер Adams Farwell, строивший автомобили с ротативными двигателями с 1901 года.
Открытый картер двигателя Le Rhône 9J.
По некоторым сведениям принципы конструкции его двигателей были взяты за основу производителями знаменитых впоследствии двигателей «Гном».
Что же так привлекало инженеров в ротативном двигателе? Что в нем такого полезного для авиации?
Есть две основные особенности, которые и являются его главными положительными качествами. Первая — это самый малый (по тому времени) вес по сравнению с двигателями той же мощности. Дело в том, что частоты вращения тогдашних двигателей были невысокие и для получения необходимой мощности (в среднем тогда порядка 100 л.с. (75 кВт)) циклы воспламенения топливовоздушной смеси давали о себе знать весьма ощутимыми толчками.
Чтобы этого избежать двигатели снабжались массивными маховиками, что, естественно, влекло за собой утяжеление конструкции. Но для ротативного двигателя маховик был не нужен, потому, что вращался сам двигатель, имеющий достаточную массу для стабилизации хода.
Такие двигатели отличались плавностью и равномерностью хода. Зажигание производилось последовательно в каждом цилиндре через один по кругу.
Второй особенностью было хорошее охлаждение. Металлургическая промышленность в те времена была не настолько развита, как сейчас и качество сплавов (в плане термостойкости) было не слишком высоким. Поэтому требовалось хорошее охлаждение.
Скорости полета самолетов были не высокие, поэтому простое охлаждение набегающим потоком стационарного движка было недостаточным. А ротативный двигатель
Теперь отвлечемся на пару полезных роликов о работе ротативного двигателя. Первый — это моделирование его работы на компьютере. Во втором показана работа «внутренностей» двигателя Le Rhône.
Расцвет ротативных двигателей пришелся на первую мировую войну. В то время авиация уже достаточно серьезно участвовала в боевых действиях и воздушные бои не были редкостью. Самолеты и двигатели для них производились всеми крупными участниками войны.
Из двигателестроительных одной из самых известных была французская фирма Société des Moteurs Gnome, в свое время занимавшаяся производством двигателей внутреннего сгорания для промышленного производства. В 1900 году она купила лицензию на производство маленького одноцилиндрового стационарного двигателя (мощность 4 л.с.) Gnom у немецой фирмы Motorenfabrik Oberursel. Это движок продавался во Франции под французским наименованием Gnome и при этом настолько успешно, что наименование это было использовано в названии фирмы.
Ротативный двигатель Gnome 7 Omega.
В дальнейшем на базе Гнома был разработан ротативный двигатель Gnome Omega, имевший немалое количество модификаций и устанавливавшийся на самые различные самолеты. Известны так же другие массово производившиеся двигатели этой фирмы. Например, Gnome 7 Lambda – семицилиндровый, мощностью 80 л.с. и его продолжение Gnome 14 Lambda-Lambda (160 л.с.), двухрядный ротативный двигатель
Двигатель Gnome Monosoupape.
Широко известен двигатель Gnome Monosoupape (один клапан), начавший выпускаться в 1913 году и считавшийся одним из лучших двигателей в начальный период войны. Этот «лучший двигатель» 🙂 имел всего один клапан, использовавшийся и для выхлопа и для забора воздуха. Для поступления топлива в цилиндр из картера, в юбке цилиндра был сделан ряд специальных отверстий. Двигатель был безкарбюраторный и из-за упрощенной системы управления был легче и потреблял, к тому же меньше масла.
Подвод топлива в цилиндр Gnome Monosoupape. Crank Case — картер, Ports — подводящие отверстия.
Управления у него не было практически никакого. Был только топливный кран, подававший бензин через специальную форсунку (или распылитель) в полый неподвижный вал и далее в картер. Этим краном можно было пытаться обогащать или обеднять топливо-воздушную смесь в очень узком диапазоне, от чего было мало толку.
Пытались использовать с целью управления изменение фаз газораспределения, но быстро от этого отказались, потому что начали гореть клапана. В итоге движок постоянно работал на максимальных оборотах (как, впрочем и все ротативные двигатели :-)) и управлялся только отключением зажигания (об этом чуть ниже :-)).
Другой известной французской фирмой, производившей ротативный двигатели была фирма Société des Moteurs Le Rhône, начавшая свою работу с 1910 года. Одними из самых известных ее двигателей были Le Rhône 9C (мощность 80 л.с.) и Le Rhône 9J (110 л.с.). Характерной их особенностью было наличие специальных трубопроводов от картера к цилиндрам для подвода топливо-воздушной смеси (немного похоже на входные коллектора современных ДВС).
Двигатель Le Rhone 9C.
Ротативный двигатель Le Rhone 9J.
Le Rhône и Gnome первоначально соперничали, но потом объединились и с 1915 года уже работали совместно под названием Société des Moteurs Gnome et Rhône. Двигатель 9J был, вобщем-то, уже их совместным продуктом.
Интересно, что вышеупомянутая германская фирма Motorenfabrik Oberursel в 1913 году закупила лицензии на производство теперь уже французских ротативных двигателей Gnome (хотя и была родоначальницей этого брэнда, можно сказать :-)) и чуть позже двигателей Le Rhône. Их она выпускала под своими наименованиями: Gnome, как U-серия и Le Rhône, как UR-серия ( от немецкого слова Umlaufmotor, обозначающего ротативный двигатель).
Например, двигатель Oberursel U.0 был аналогом французского Gnome 7 Lambda и устанавливался первоначально на самолет Fokker E.I., а двигатель Oberursel U.III – это копия двухрядного Gnome 14 Lambda-Lambda.
Истребитель Fokker E.I с двигателем Oberursel U.0 .
Германский двухрядный Oberursel U.III, копия Gnome 14 Lambda-Lambda.
Вообще фирма Motorenfabrik Oberursel всю войну в довольно большом количестве производила двигатели-клоны французских моделей, которые потом ставились на самолеты, являвшиеся противниками французов и их союзников в воздушных боях. Вот такие фокусы жизни :-)…
Среди других известных двигателестроительных фирм значится также французская фирма Société Clerget-Blin et Cie ( интересное для русского уха слово Blin в названии означает фамилию одного из учредителей, промышленника Эжена Блина :-)) со своим известным движком Clerget 9B.
Двигатель Clerget 9B.
Двигатель Clerget 9B на истребителе Sopwith 1½ Strutter.
Истребитель Sopwith 1 1/2 Strutter с двигателем Clerget 9B.
Многие двигатели производились в Великобритании по лицензиям. На этих же заводах выпускали английские двигатели разработки Walter Owen Bentley (того самого Бентли) Bentley BR.1 (заменившие Clerget 9B на истребителях Sopwith Camel) и Bentley BR.2 для истребителей Sopwith 7F.1 Snipe.
На двигателях Bentley в конструкции поршней впервые были применены алюминиевые сплавы. До этого на всех движках цилиндры были чугунные.
Ротативный двигатель Bentley BR1.
Ротативный двигатель Bentley BR2.
Истребитель Sopwith 7F.1 Snipe с двигателем Bentley BR.2 .
Теперь вспомним о других особенностях ротативного двигателя, которые, так сказать, плюсов ему не прибавляют 🙂 (чаще всего как раз наоборот).
Немного об управлении. Современный (стационарный, конечно :-)) поршневой двигатель, неважно рядный он или звездообразный, управляется относительно легко. Карбюратор (либо инжектор) формирует нужный состав топливо-воздушной смеси и с помощью дроссельной заслонки пилот может регулироват подачу ее в цилиндры и, тем самым, менять обороты двигателя. Для этого по сути дела существует ручка (или педаль, как хотите :-)) газа.
У ротативного двигателя все не так просто :-). Несмотря на разницу конструкций, большинство ротативных двигателей имели на цилиндрах управляемые впускные клапана, через которые и поступала топливо-воздушная смесь. Но вращение цилиндров не позволяло применять обычный карбюратор, который бы поддерживал оптимальное соотношение воздух-топливо за дроссельной заслонкой. Состав смеси, поступающей в цилиндры нужно было корректировать для достижения оптимального соотношения и устойчивой работы двигателя.
Для этого обычно существовал дополнительный воздушный клапан («bloctube») . Пилот устанавливал рычаг газа в нужное положение (чаще всего полностью открывая дроссель) и потом рычагом регулировки подачи воздуха добивался устойчивой работы двигателя на максимальных оборотах, производя так называемую тонкую регулировку. На таких оборотах обычно и проходил полет.
Из-за большой инерционности двигателя (масса цилиндров все же немаленькая :-)), такая регулировка часто делалась «методом тыка», то есть определить нужную величину регулировки можно было только на практике, и эта практика была необходима для уверенного управления. Все зависело от конструкции двигателя и опыта пилота.
Весь полет проходил на максимальной частоте вращения движка и если ее по какой-либо причине надо было снизить, например для посадки, то действия по управлению должны были быть обратного направления. То есть пилоту нужно было прикрыть дроссель и потом опять регулировать подачу воздуха в двигатель.
Но такое «управление» было, как вы понимаете, достаточно громоздким и требующим времени, которое в полете не всегда есть, особенно на посадке. Поэтому гораздо чаще применялся метод отключения зажигания. Чаще всего это делалось через специальное устройство, позволяющее отключать зажигание полностью или в отдельных цилиндрах. То есть цилиндры без зажигания переставали работать и двигатель в целом терял мощность, что и нужно было пилоту.
Этот метод управления широко применялся на практике, но тянул за собой и кучу проблем. Топливо, вместе, кстати, с маслом, несмотря на отключение зажигания, продолжало поступать в двигатель и, несгорев, благополучно его покидало и затем скапливалось под капотом. Так как движок очень горячий, то опасность серьезного пожара налицо. Тогдашние «легкие этажерки» горели очень легко и быстро :-).
Пример защитных капотов на двигателе (защита от масла двигатель Gnome 7 Lambda ) на самолете Sopwith Tabloid.
Поэтому капоты для двигателей имели внизу вырез примерно на одну треть периметра или на худой конец серьезные дренажные отводы, чтобы вся эта гадость могла быть удалена набегающим потоком. Чаще всего, конечно, она размазывалась по фюзеляжу.
Кроме того свечи в неработающих цилиндрах могли оказаться залитыми и замасленными и повторный запуск поэтому был не гарантирован.
К 1918 году французская двигателестроительная фирма Société Clerget-Blin et Cie (ротативные двигатели Clerget 9B), исходя из очевидной опасности использования способа снижения мощности путем отключения зажигания, в руководстве по эксплуатации своих двигателей рекомендовала следующий метод управления.
При необходимости снижения мощности двигателя пилот перекрывает подачу топлива закрытием дросселя (ручкой газа). При этом зажигание не отключается, и свечи продолжают «искрить» (предохраняя себя от замасливания). Винт вращается в результате эффекта авторотации, и при необходимости запуска топливный клапан просто открывается в то же положение, что и до закрытия. Двигатель запускается…
Однако, по отзывам пилотов, которые в наши дни летают на восстановленных или точных копиях самолетов того времени, все-таки самый удобный режим снижения мощности – это отключение зажигания, несмотря на всю «грязь», которую при этом извергают ротативные двигатели :-).
Самолеты с такими движками вообще особой чистотой не отличались. Про топливо в отключенных цилиндрах я уже сказал, но ведь было еще и масло. Дело в том, что из-за вращающегося блока цилиндров, возможность откачки топлива из картера была весьма проблематична, поэтому организовать полноценную систему смазки было нельзя.
Схема топливо- и маслопитания ротативного двигателя Gnome 7 Omega.
Но без смазки никакой механизм работать не будет, поэтому она, конечно, существовала, но в о-о-очень упрощенном виде. Масло подавалось прямо в цилиндры, в топливо-воздушную смесь.На большинстве двигателей для этого существовал небольшой насос, подававший масло через полый (неподвижный, как уже известно :-)) вал по специальным каналам.
В качестве смазывающего масла использовалось касторовое, самое лучшее по тем временам масло ( природное растительное) для этих целей. Оно, кроме того не смешивалось с топливом, что улучшало условия смазки. Да и сгорало в цилиндрах оно только частично.
Пример замасливания (темные пятна) двигателя Gnome 7 Omega полусгоревшим касторовым маслом.
А удалялось оно оттуда после выполнения своих функций вместе с отработанным газами через выпускной клапан. И расход его при этом был очень даже немаленький. Средний движок, мощностью около 100 л.с. (≈75 кВт, 5-7 цилиндров) за час работы расходовал более двух галлонов (английских) масла. То есть около 10 литров вылетало «на ветер».
Ну что тут скажешь… Бедные механики :-). Масло, сгоревшее и несовсем, топливная смесь, оставшаяся после дросселирования движка, сажа… все это оседало на самолете, и все это нужно было отмывать. Причем масло это отмывалось очень плохо. Из-за этого на старых снимках самолеты частенько «щеголяют» грязными пятнами на крыле и фюзеляже.
Но и летчики – люди мужественные :-). Ведь из движка выходила касторка. А это, как известно, очень хорошее слабительное (в аптеках раньше продавалась, не знаю, как сейчас). Конечно, двигатель был закрыт капотом, и снизу, как я уже говорил, был вырез для удаления всей грязи. Но ведь кабина открытая и воздушный поток – штука не всегда управляемая. Если чистая касторка попадала на лицо и потом внутрь… Последствия предугадать…. наверное было не сложно :-)…
Следующая особенность ротативных двигателей, которую я бы тоже не назвал положительной была связана с управляемостью аэропланов, на которых стояли такие движки. Немалая масса вращающегося блока представляла собой по сути дела большой гироскоп, поэтому гироскопический эффект был неизбежен :-).
Пока самолет летел прямолинейно, его влияние не было сильно заметно, но стоило начать совершать какие-либо полетные эволюции, как сразу проявлялась гироскопическая прецессия. Из-за этого и вкупе с большим крутящим моментом массивного блока цилиндров при выбранном правом вращении винта самолет очень неохотно поворачивал влево и при этом задирал нос, но зато быстро делал правые развороты с большой тенденцией к опусканию носа.
Такой эффект с одной стороны очень мешал (особенно молодым и неопытным пилотам), а с другой был полезен при проведении воздушных боев , в так называемых «собачьих свалках» (dogfights). Это, конечно, для опытных летчиков, которые могли с толком использовать эту особенность.
Очень характерен в этом плане был известный самолет Sopwith Camel F.1 Королевских ВВС, считавшийся лучшим истребителем Первой Мировой. На нем стоял ротативный двигатель Clerget 9B ( как примечание добавлю, что в последствии также ставился и английский Bentley BR.1(150 л.с.)). Мощный (130 л.с.), но достаточно капризный двигатель, чувствительный к составу топлива и к маслу. Мог запросто отказать на взлете. Но именно благодаря ему и особенностям компоновки фюзеляжа (рассредоточению полезного оборудования) Camel был очень маневренен.
Истребитель Sopwith Camel F.1 с двигателем Clerget 9B .
Истребитель Sopwith Camel F.1 (реплика).
Маневренность эта, правда, доходила до крайности. В управлении истребитель был необычайно строг и вообще имел кое-какие неприятные особенности. Например, большое желание войти в штопор на малой скорости :-). Он абсолютно не подходил для обучения молодых пилотов. По некоторой статистике за время войны в боевых действиях на этом аэроплане погибло 415 пилотов, а в летных происшествиях – 385. Цифры красноречивые…
Однако опытные пилоты, хорошо его освоившие, могли извлечь большую пользу из его особенностей и делали это. Интересно, что из-за нежелания Camel-а быстро разворачиваться влево, многие пилоты предпочитали делать это, так сказать, «через правое плечо» :-). Поворот вправо на 270º получался значительно быстрее, чем влево на 90º .
Основным и достойным противником для Sopwith Camel F.1 был немецкий триплан Fokker Dr.I с двигателем Oberursel UR.II (полный аналог французского Le Rhône 9J). На таком воевал Барон Ма́нфред А́льбрехт фон Рихтго́фен (Manfred Albrecht Freiherr von Richthofen), знаменитый «Красный барон».
Триплан Fokker Dr.I
Германский двигатель Oberursel-UR-2. Копия Le Rhône 9J.
Истребитель-триплан Fokker Dr.I (современная реплика, правда двигатель у нее не ротативный).
Fokker DR1, современная реплика с настоящим ротативным двигателем.
Триплан Fokker Dr.I незадолго до гибели «Красного Барона».
За время войны ротативные двигатели достигли своего полного расцвета. При имеющихся запросах армии, несмотря на свои недостатки они очень хорошо подходили для решения, так сказать, триединой задачи «мощность – вес – надежность». Особенно, что касается легких истребителей. Ведь именно на них в подавляющем большинстве такие движки стояли.
Более крупные и тяжелые самолеты продолжали летать, используя традиционные рядные движки.
Однако авиация развивалась бурными темпами. Требовалась все большая мощность двигателей. Для стационарных рядных это достигалось путем увеличения максимального количества оборотов. Возможности совершенствования в этом направлении были. Улучшались системы зажигания и газораспределения, принципы образования топливовоздушной смеси. Применялись все более совершенные материалы.
Это позволило к концу Первой Мировой войны поднять максимальную величину оборотов стационарного двигателя с 1200 до 2000 об/мин.
Однако, для ротационного двигателя этот было невозможно. Организовать правильное смесеобразование было нельзя. Все приходилось делать «на глазок», поэтому расход топлива (как и масла) был, мягко говоря, немаленьким 🙂 (в том числе, кстати, из-за постоянной работы на больших оборотах).
Какие-либо внешние регулировочные работы на двигателе, пока он находится в запущенном состоянии само собой были невозможны.
Повысить частоту вращения тоже не получалось, потому что сопротивление воздуха быстро вращающемуся блоку цилиндров было достаточно большим. Более того, при увеличении скорости вращения, сопротивление росло еще быстрее. Ведь, как известно, скоростной напор пропорционален квадрату скорости ( ρV2/2, где ρ – плотность воздуха, V – скорость потока). То есть если скорость просто растет, то сопротивление растет в квадрате (примерно :-)).
При попытках на некоторых моделях двигателей начала войны поднять обороты с 1200 об/мин до 1400 об/мин сопротивление поднималось на 38%. То есть получалось, что возросшая мощность двигателя больше тратилась на преодоление сопротивления, чем на создание полезной тяги воздушного винта.
Немецкой фирмой Siemens AG была сделана попытка обойти эту проблему с другой стороны. Был выполнен 11-цилиндровый двигатель так называемой биротативной схемы (наименование Siemens-Halske Sh.III ). В нем блок цилиндров вращался в одну сторону с частотой 900 об/мин., а вал (ранее неподвижный) в другую с той же частотой. Суммарная относительная частота составила 1800 об/мин. Это позволило достичь мощности в 170 л.с.
Биротативный двигатель Siemens-Halske Sh.III .
Истребитель Siemens-Schuckert D.IV .
Истребитель Siemens-Schuckert D.IV в берлинском музее.
Этот двигатель имел меньшее сопротивление воздуху при вращении и меньший крутящий момент, мешающий управлению. Устанавливался на истребителе Siemens-Schuckert D.IV , который по мнению многих специалистов стал одним из лучших маневренных истребителей времен войны. Однако производиться начал поздно и сделан был в небольшом количестве экземпляров.
Существующее положение Siemens-Halske Sh.III не поправил и не смог опять поднять ротативные двигатели на должную высоту.
Недостатков у них, как видите, хватало. Ко всему прочему могу еще добавить, что движки эти были достаточно дороги. Ведь из-за большой быстро вращающейся массы все детали двигателя должны были быть хорошо отбалансированы и четко подогнаны. Плюс сами материалы были недешевы. Это приводило к тому, что, например, двигатель Monosoupape по ценам 1916 года стоил порядка 4000$ (что в переводе на курс года 2000-го составляет примерно 65000$). Это при том, что в движке-то, вобщем-то, по нынешним понятиям :-), ничего особенного-то нет.
Ко всему прочему моторесурс всех таких двигателей был невысок (вплоть до 10-ти часов между ремонтами) и менять их приходилось часто, несмотря на высокую стоимость.
Все эти недостатки копились и в конце концов чаша оказалась переполнена. Ротативный двигатель широко использовался и совершенствовался (по мере возможности) вплоть до конца войны. Самолеты с такими движками некоторое время использовались во время гражданской войны в России и иностранной интервенции. Но в целом их популярность быстро пошла на спад.
Совершенствование науки и производства привели к тому, что на сцену уверенно вышел последователь ротативного двигателя – радиальный или звездообразный двигатель с воздушным охлаждением, который не сходит с нее и по сей день, работая, между прочим, в содружестве с рядным поршневым авиационным двигателем с жидкостным охлаждением.
Ротативный двигатель, оставив яркий след в истории авиации, занимает теперь почетное место в музеях и на исторических выставках.
На этом заканчиваю :-). В заключение как всегда кое-какое интересное видео. Первый ролик — запуск восстановленного двигателя Гном 1918 года выпуска. Далее три ролика о работе двигателя и полетах восстановленного Sopwith Camel F.1, а также Fokker Dr.I (на заднем плане :-)). Интересного вам просмотра и до встречи…
P.S. Один из моих читателей (Александр) совершенно справедливо указал мне на то, что в ролике, где вместе с Сопвичем летает современная реплика германского триплана, движок у этого триплана не ротативный. Абсолютно верно. Я, увлекшись Сопвичем, не обратил на это внимание :-). Прошу прощения у читателей и помещаю ролик (и фото), где в полете современная реплика Фоккера с настоящим ротативным движком. Самолет здесь классно показан :-)…
Фотографии кликабельны.
Ротативный двигатель — это… Что такое Ротативный двигатель?
М-2 (двигатель) — У этого термина существуют и другие значения, см. M2. М 2 Производитель: ГАЗ №2 Годы производства: 1919 1927 Тип: 9 цилиндровый звездообразный ротативный четырёхтактный Технические характеристики Объём: 15,07 л Ход поршня: 170 мм Количество… … Википедия
Nieuport N.11 — [1915] Лётно технические характеристики • Двигатель • Авиационное артиллерийское оружие • Авиационные средства поражения • Классификаторы • Факты • Использование в иностранных ВВС • Модификации • Галерея … Военная энциклопедия
Конфигурация двигателя — Три типа двигателей: а однорядный двигатель, b V образный двигатель, с VR двигатель Конфигурация двигателя внутреннего сгорания это инженерный термин, обозначающий расположение главных компонентов поршневого двигателя… … Википедия
Caudron G.3 — [1914] Лётно технические характеристики • Двигатель • Авиационное артиллерийское оружие • Авиационные средства поражения • Классификаторы • Факты • Использование в иностранных ВВС • Модификации • Галерея … Военная энциклопедия
Sopwith Camel — У этого термина существуют и другие значения, см. Sopwith. Sopwith 2F.1 Camel … Википедия
Корню, Поль — Поль Корню Paul Cornu … Википедия
Nieuport N.24bis — [1917] Лётно технические характеристики • Двигатель • Авиационное артиллерийское оружие • Авиационные средства поражения • Классификаторы • Факты • Использование в иностранных ВВС • Модификации • Галерея … Военная энциклопедия
Sopwith 7F.1 «Snipe» — Sopwith 7F.1 «Snipe» [1918] Лётно технические характеристики • Двигатель • Авиационное артиллерийское оружие • Авиационные средства поражения • Классификаторы • Факты • Использование в иностранных ВВС • Модификации • Галерея … Военная энциклопедия
Morane-Saulnier P «Parasol» — Morane Saulnier P «Parasol» [1916] Лётно технические характеристики • Двигатель • Авиационное артиллерийское оружие • Авиационные средства поражения • Классификаторы • Факты • Использование в иностранных ВВС • Модификации • Галерея … Военная энциклопедия
Нестеров, Пётр Николаевич — В Википедии есть статьи о других людях с такой фамилией, см. Нестеров. Пётр Николаевич Нестеров … Википедия
Ротативный двигатель. — О самолётах и авиастроении
Во всемирной авиации, перед началом Первой Мировой, широко применялись ротативные двигатели, ещё более деятельно эти моторы начали употребляться по окончании её начала. Авиация России кроме этого деятельно применяла данный тип двигателей, по большей части закупленных за рубежом, вместе с тем создавала собственные, забрав за базу зарубежные образцы.
Ротативный двигатель, эра расцвета которого пришлась на тот период времени, в то время, когда авиация еще не вышла из состояния «летающих этажерок», но в то время, когда эти самые этажерки уже ощущали себя в воздухе достаточно с уверенностью.
Ключевые принципы самолето- и двигателестроения скоро принимали устойчивые очертания. Оказалось все больше моделей двигателей для аэропланов, а вместе с ними как новые победы, так и новые неприятности в двигателестроении. инженеры и Конструкторы стремились (как это, вобщем-то, происходит и по сей день) максимально уменьшить двигатели и наряду с этим сохранить либо кроме того расширить их тяговую эффективность.
На данной волне и показался ротативный двигатель для тогдашних аэропланов.
Что из себя воображает ротативный двигатель… На британском rotary engine (что, кстати, на мой взор необычно, по причине того, что этим же словом обозначается роторный двигатель (двигатель Ванкеля)). Это двигатель внутреннего сгорания, в котором цилиндры с поршнями (их нечетное количество) расположены радиально в виде звезды, в большинстве случаев четырехтактный.
Рабочее горючее — бензин, воспламенение происходит от свечей зажигания.
По внешнему виду он весьма похож на показавшийся фактически в один момент с ним и прекрасно нам сейчас узнаваемый радиальный (звездообразный) поршневой двигатель. Но это лишь в неработающем состоянии. При запуске ротативный двигатель на неосведомленного о нем человека создаёт яркое впечатление.
Происходит это вследствие того что уж весьма необычно, на первый взгляд, выглядит его работа. Так как вместе с винтом вращается и целый блок цилиндров, другими словами, по сути дела целый двигатель. А вал, на котором происходит это вращение закреплен без движений. Т.е. цилиндры вместе с картером вращаются около неподвижного коленвала, жестко закрепленного в фюзеляже.
Но в механическом замысле ничего необыкновенного тут нет. Легко дело привычки.
Горючее-воздушная смесь из-за вращения цилиндров не может быть подведена к ним простым порядком, исходя из этого попадает в том направлении из картера, куда подводится через полый неподвижный вал от карбюратора (либо устройства его заменяющего).
В первый раз в истории патент на ротативный двигатель взял французский изобретатель Felix Millet во второй половине 80-ых годов девятнадцатого века. Тогда данный двигатель поставили на мотоцикл и продемонстрировали его на глобальной парижской выставке во второй половине 80-ых годов девятнадцатого века.
Ротативный двигатель «Felix Millet» на мотоцикле.
Позднее двигатели Felix Millet ставились на машины, один из которых участвовал в первой в мире автомобильной гонке Paris — Bordeaux — Paris в 1895 году, а с 1900 года эти двигатели ставили на машины французской компании «Darracq».
В будущем инженеры-изобретатели стали обращать внимание на ротативный двигатель уже с позиций применения его в авиации.
Первым в этом замысле был бывший ньюйоркский часовщик Stephen Balzer, создавший собственный ротативный двигатель в первой половине 90-ых годов XIX века и ставший автором (совместно с инженером Charles M.Manly) первого в истории двигателя, созданного конкретно для аэроплана, известного называющиеся «Manly-Balzer engine».
Двигатель «Manly-Balzer engine». 1903 г.
Двигатель «Manly-Balzer engine» в музее.
Фактически в один момент с ним трудился американский инженер Adams Farwell, строивший машины с ротативными двигателями с 1901 года.
По некоторым сведениям правила конструкции его двигателей были забраны за базу производителями известных потом двигателей «Gnome».
Что же так завлекало инженеров в ротативном двигателе? Что в нем для того чтобы нужного для авиации?
Имеется две главные изюминки, каковые и являются его главными хорошими качествами. Первая — это самый небольшой (по тому времени) вес если сравнивать с двигателями той же мощности. Дело в том, что частоты вращения тогдашних двигателей были низкие и для получения нужной мощности (в среднем тогда порядка 100 л.с. (75 кВт)) циклы воспламенения топливовоздушной смеси давали о себе знать очень ощутимыми толчками.
Дабы этого избежать двигатели снабжались массивными маховиками, что, конечно, влекло за собой утяжеление конструкции. Но для ротативного двигателя маховик был не нужен, по причине того, что вращался сам двигатель, имеющий достаточную массу для стабилизации хода.
Работа ротативного двигателя. Схема.
Такие двигатели отличались равномерностью и плавностью хода. Зажигание производилось последовательно в каждом цилиндре через один по кругу.
Второй изюминкой было хорошее охлаждение. Металлургическая индустрия в те времена была не так развита, как на данный момент и уровень качества сплавов (в плане термостойкости) было не через чур высоким. Исходя из этого требовалось хорошее охлаждение.
Скорости полета самолетов были не высокие, исходя из этого простое охлаждение набегающим потоком стационарного движка было недостаточным. А ротативный двигатель тут пребывал в более удачном положении, по причине того, что сам вращался с достаточной для действенного охлаждения скоростью и цилиндры прекрасно обдувались воздухом. Наряду с этим они могли быть как ровными, так и оребренными.
Охлаждение хватало действенным кроме того при работе двигателя на земле.
Расцвет ротативных двигателей пришелся на Первую мировую. В то время авиация уже достаточно без шуток принимала участие в военных действиях и воздушные битвы не были редки. двигатели и Самолёты для них производились всеми большими ветеранами .
Из двигателестроительных известной была французская компания «Societe des Moteurs Gnome», в свое время занимавшаяся производством двигателей внутреннего сгорания для производства. В 1900 году она приобрела лицензию на производство мелкого одноцилиндрового стационарного двигателя (мощность 4 л.с.) «Gnome» у немецой компании Motorenfabrik Oberursel. Это движок продавался во Франции под французским наименованием «Gnome» и наряду с этим так удачно, что наименование это было использовано в заглавии компании — «Societe des Moteurs Gnome».
В России двигатель «Gnome» послужил прототипом для двигателей Теодора-Фердинанда (Григорьевича) Калепа. Т.Г.Калеп в начале 1911 года сперва решил приступить к производству на своем заводе двигателей «Gnome», но попытка договориться с компанией «Societe des Moteurs Gnome» окончилась неудачей, т.к. эта французская компания поставила условие отдавать ей 2/3 чистого дохода.
Тогда Калеп решил спроектировать на своем заводе новый двигатель. Проект двигателя Калеп разрабатывал совместно с молодым инженером Шухгальтером. Конструкторам удалось существенно усовершенствовать конструкцию двигателя «Gnome» и создать двигатель, более надежный чем «Gnome».
В первую очередь был поменян метод крепления цилиндров на картере. У двигателя «Gnome» картер складывался из нескольких частей, соединенных болтами — это очень увеличивало массу двигателя. Калеп сделал картер всего из двух частей, причем плоскость разъема не совпадала с плоскостью, в которой лежали геометрические оси цилиндров, а была отнесена пара в сторону.
Это значительно упрощало сборку двигателя, т.к. возможно было крепить цилиндры, защемляя их между двумя частями картера, причем цилиндры вставлялись в отверстия большей части картера.
Калеп усовершенствовал двигатель «Gnome», увеличив его прочность и в также время снизив на 7 кг его массу и уменьшив на 85 шт. число подробностей. Наряду с этим размеры двигателя Калепа не превышали размеров двигателя «Gnome». 22 ноября 1911 г. Т.Г.Калеп подал заявку за № 50497 на получение патента на летный двигатель «внутреннего горения с радиально укрепленными на кривошипной камере вращающимися цилиндрами», которая была удовлетворена и создатель взял патент на данный двигатель за № 25057.
Двигатели «Калеп» устанавливались на самолёты «Хиони», «Стеглау» и др. Потом Т.Калеп создал ещё более замечательные двигатели мощностью 80 л.с. и 100 л.с., каковые устанавливались на лицензионные «Ньюпоры» и другие разведчики и отечественные истребители.
Увы, хоть слава и досталась Ф.Г.Калепу, моторы для русского Воздушного флота делались во Франции — непросто было маленькому заводу соревноваться в рекламе с надёжной зарубежной компанией.
В 1913 году, будучи больным, Теодор Калеп отправился на опробования собственного мотора, проводимые в Риге армейским ведомством. Мотор сочли хорошим, а 47-летний Калеп через пара дней погиб. Возможно сообщить, сгорел на работе…
Двигатель «Калеп-60».
Двигатель «Калеп-80» в музее ВВС Монино.
В будущем на базе «Gnome» был создан ротативный двигатель «Gnome Omega», имевший большое количество модификаций и устанавливавшийся на самые разные самолеты. Известны так же другие массово производившиеся двигатели данной компании. К примеру, «Gnome 7 Lambda» – семицилиндровый, мощностью 80 л.с. и его продолжение «Gnome 14 Lambda-Lambda» (160 л.с.), двухрядный ротативный двигатель с 14-ю цилиндрами.
Ротативный двигатель «Gnome 7 Omega».
Двигатель «Gnome 7 Omega» на самолете.
Широко известен двигатель «Gnome Monosoupape» (один клапан), начавший выпускаться в 1913 году и считавшийся одним из лучших двигателей в начальный период войны. Данный «лучший двигатель» имел всего один клапан, употреблявшийся и для выброса и для забора воздуха. Для поступления горючего в цилиндр из картера, в юбке цилиндра был сделан последовательность особых отверстий.
Двигатель был безкарбюраторный и из-за упрощенной совокупности управления был легче и потреблял, к тому же меньше масла.
Двигатель «Gnome Monosoupape» Type N.
Управления у него не было фактически никакого. Был лишь топливный кран, подававший бензин через особую форсунку (либо распылитель) в полый неподвижный вал и потом в картер. Этим краном возможно было пробовать обогащать либо обеднять горючее-воздушную смесь в весьма узком диапазоне, от чего было мало толку.
Подвод горючего в цилиндр двигателя «Gnome Monosoupape». Crank Case — картер, Ports — подводящие отверстия.
Пробовали применять с целью управления изменение фаз газораспределения, но скоро от этого отказались, по причине того, что начали гореть клапана. В итоге движок всегда работал на больших оборотах (как, но и все ротативные двигатели) и управлялся лишь отключением зажигания (об этом чуть ниже).
Второй известной французской компанией, создававшей ротативный двигатели была компания «Societe des Moteurs Le Rhone», начавшая собственную работу с 1910 года. Известными ее двигателей были «Le Rhone 9C» (мощность 80 л.с.) и «Le Rhone 9J» (110 л.с.). Характерной их изюминкой было наличие особых трубопроводов от картера к цилиндрам для подвода горючее-воздушной смеси (мало похоже на входные коллектора современных ДВС).
Двигатель «Le Rhone 9C».
«Le Rhone» и «Gnome» первоначально соперничали, но позже объединились и с 1915 года уже трудились совместно называющиеся «Societe des Moteurs Gnome et Rhone». Двигатель 9J был, в неспециализированном-то, уже их совместным продуктом.
Ротативный двигатель «Le Rhone 9J».
Открытый картер двигателя «Le Rhone 9J».
Примечательно, что упомянутая выше германская компания «Motorenfabrik Oberursel» в 1913 году закупила лицензии на производство сейчас уже французских ротативных двигателей «Gnome» (не смотря на то, что и была родоначальницей этого брэнда, возможно сообщить) и чуть позднее двигателей «Le Rhone». Их она производила под собственными наименованиями: «Gnome», как «U-серия» и «Le Rhone», как «UR-серия» ( от германского слова Umlaufmotor, обозначающего ротативный двигатель).
К примеру, двигатель «Oberursel U.0» был аналогом французского «Gnome 7 Lambda» и устанавливался первоначально на самолет Fokker E.I., а двигатель «Oberursel U.III» — это копия двухрядного «Gnome 14 Lambda-Lambda».
Германский двухрядный «Oberursel U.III», копия «Gnome 14 Lambda-Lambda».
По большому счету компания «Motorenfabrik Oberursel» всю войну в достаточно громадном количестве создавала двигатели-клоны французских моделей, каковые позже ставились на самолеты, являвшиеся соперниками их союзников и французов в воздушных битвах. Вот такие фокусы судьбы…
Истребитель Fokker E.I с двигателем «Oberursel U.0».
Среди вторых известных двигателестроительных компаний значится кроме этого французская компания «Societe Clerget-Blin et Cie» (занимательное для русского уха слово Blin в заглавии свидетельствует фамилию одного из соучредителей, промышленника Эжена Блина) со своим известным движком «Clerget 9B».
Двигатель «Clerget 9B».
Двигатель «Clerget 9B» на истребителе Sopwith 1? «Strutter».
Истребитель Sopwith 1? «Strutter» с двигателем «Clerget 9B».
Многие двигатели производились в Англии по лицензиям. На этих же фабриках производили британские двигатели разработки «Walter Owen Bentley» (того самого Бентли) «Bentley BR.1» (заменившие «Clerget 9B» на истребителях Sopwith «Camel») и «Bentley BR.2» для истребителей Sopwith 7F.1 «Snipe».
На двигателях «Bentley» в конструкции поршней в первый раз были применены алюминиевые сплавы. До этого на всех движках цилиндры были чугунные.
Ротативный двигатель «Bentley BR.1».
Ротативный двигатель «Bentley BR.2».
Истребитель Sopwith 7F.1?Snipe» с двигателем «Bentley BR.2».
Сейчас отыщем в памяти о вторых изюминках ротативного двигателя, каковые, так сообщить, плюсов ему не прибавляют (значительно чаще именно напротив).
Мало об управлении. Современный (стационарный, само собой разумеется) поршневой двигатель, не имеет значение рядный он либо звездообразный, управляется довольно легко. Карбюратор (или инжектор) формирует необходимый состав горючее-воздушной смеси и посредством дроссельной заслонки пилот может регулироват подачу ее в цилиндры и, тем самым, поменять обороты двигателя.
Для этого по сути дела существует ручка (либо педаль, как желаете) газа.
У ротативного двигателя все не так легко. Не обращая внимания на отличие конструкций, большая часть ротативных двигателей имели на цилиндрах управляемые впускные клапана, через каковые и действовала горючее-воздушная смесь. Но вращение цилиндров не разрешало использовать простой карбюратор, что бы поддерживал оптимальное соотношение воздух-горючее за дроссельной заслонкой.
Состав смеси, поступающей в цилиндры необходимо было корректировать с целью достижения устойчивой работы и оптимального соотношения двигателя.
Для этого в большинстве случаев существовал дополнительный воздушный клапан («bloctube») . Пилот устанавливал рычаг газа в необходимое положение (значительно чаще всецело открывая дроссель) и позже рычагом регулировки подачи воздуха получал устойчивой работы двигателя на больших оборотах, создавая так именуемую узкую регулировку. На таких оборотах в большинстве случаев и проходил полет.
Из-за громадной инерционности двигателя (масса цилиндров все же немаленькая), такая регулировка довольно часто делалась «способом тыка», другими словами выяснить нужную величину регулировки возможно было лишь на практике, и эта практика была нужна для уверенного управления. Все зависело от опыта пилота и конструкции двигателя.
Целый полет проходил на большой частоте вращения движка и в случае если ее по какой-либо причине нужно было снизить, к примеру для посадки, то действия по управлению должны были быть обратного направления. Другими словами пилоту необходимо было прикрыть дроссель и позже снова регулировать подачу воздуха в двигатель.
Но такое «управление» было, как вы осознаёте, достаточно громоздким и требующим времени, которое в полете не всегда имеется, в особенности на посадке. Исходя из этого значительно чаще использовался способ отключения зажигания. Значительно чаще это делалось через особое устройство, разрешающее отключать зажигание всецело либо в отдельных цилиндрах.
Другими словами цилиндры без зажигания прекратили трудиться и двигатель в целом терял мощность, что и необходимо было пилоту.
Данный способ управления активно использовался на практике, но тянул за собой и кучу неприятностей. Горючее, совместно, кстати, с маслом, не обращая внимания на отключение зажигания, поступало в двигатель и, не сгорев, благополучно его покидало и после этого скапливалось под капотом. Так как движок весьма тёплый, то опасность важного пожара налицо.
Тогдашние «легкие этажерки» горели весьма легко и скоро.
Пример защитных капотов на (защита от масла двигатель «Gnome 7 Lambda») Sopwith «Tabloid».
Исходя из этого капоты для двигателей имели внизу вырез приблизительно на одну треть периметра либо на худой конец важные дренажные отводы, дабы вся эта мерзость могла быть удалена набегающим потоком. Значительно чаще, само собой разумеется, она размазывалась по фюзеляжу.
Помимо этого свечи в неработающих цилиндрах имели возможность появляться залитыми и замасленными и повторный запуск исходя из этого был не гарантирован.
К 1918 году французская двигателестроительная компания «Societe Clerget-Blin et Cie» (ротативные двигатели «Clerget 9B»), исходя из очевидной опасности применения метода понижения мощности методом отключения зажигания, в управлении по эксплуатации собственных двигателей советовала следующий способ управления.
При необходимости понижения мощности двигателя пилот перекрывает подачу горючего закрытием дросселя (ручкой газа). Наряду с этим зажигание не отключается и свечи искрят «» (предохраняя себя от замасливания). Винт вращается в следствии результата авторотации и при необходимости запуска топливный клапан в то же положение, что и до закрытия. Двигатель запускается…
Но, по отзывам пилотов, каковые Сейчас летают на восстановленных либо правильных копиях самолетов того времени, все-таки самый эргономичный режим понижения мощности — это отключение зажигания, не обращая внимания на всю «грязь», которую наряду с этим извергают ротативные двигатели.
Самолеты с этими движками по большому счету особенной чистотой не отличались. Про горючее в отключенных цилиндрах я уже сообщил, но так как было еще и масло. Дело в том, что из-за вращающегося блока цилиндров, возможность откачки горючего из картера была очень проблематична, исходя из этого организовать полноценную совокупность смазки было нельзя.
Схема горючее- и маслопитания ротативного двигателя «Gnome 7 Omega».
Но без смазки никакой механизм трудиться не будет, исходя из этого она, само собой разумеется, существовала, но в о-о-очень упрощенном виде. Масло подавалось прямо в цилиндры, в горючее-воздушную смесь. На большинстве двигателей для этого существовал маленькой насос, подававший масло через полый (неподвижный, как уже известно) вал по особым каналам.
В качестве смазывающего масла употреблялось касторовое, наилучшее по тем временам масло (природное растительное) для этих целей. Оно, помимо этого не смешивалось с горючим, что улучшало условия смазки. Да и сгорало в цилиндрах оно лишь частично.
Пример замасливания (чёрные пятна) двигателя «Gnome 7 Omega» полусгоревшим касторовым маслом.
А удалялось оно оттуда по окончании исполнения собственных функций вместе с отработанным газами через выпускной клапан. И расход его наряду с этим был весьма кроме того немаленький. Средний движок, мощностью около 100 л.с. (75 кВт, 5-7 цилиндров) за час работы расходовал более двух галлонов (британских) масла.
Другими словами около 10 литров вылетало «на ветер».
Ну что тут сообщишь… Бедные механики. Масло, сгоревшее и несовсем, топливная смесь, оставшаяся по окончании дросселирования движка, сажа… все это оседало на самолете и все это необходимо было отмывать. Причем масло это отмывалось весьма не хорошо.
Вследствие этого на ветхих снимках самолеты частенько «щеголяют» нечистыми пятнами на фюзеляже и крыле.
Но и летчики — люди мужественные. Так как из движка выходила касторка. А это, как мы знаем, весьма хорошее слабительное (в аптеках раньше продавалась, не знаю, как на данный момент). Само собой разумеется, двигатель был закрыт капотом и снизу, как я уже сказал, был вырез для удаления всей грязи.
Но так как кабина открытая и воздушный поток — вещь не всегда управляемая. В случае если чистая касторка попадала на лицо и позже вовнутрь… Последствия предугадать… возможно было не сложно…
Следующая изюминка ротативных двигателей, которую я бы также не назвал хорошей была связана с управляемостью аэропланов, на которых находились такие движки. Большая масса вращающегося блока представляла собой по сути дела громадной гироскоп, исходя из этого гироскопический эффект был неизбежен.
До тех пор пока самолет летел прямолинейно, его авторитет не было очень сильно заметно, но стоило начать выполнять какие-либо полетные эволюции, как сходу проявлялась гироскопическая прецессия. Вследствие этого и вкупе с громадным крутящим моментом массивного блока цилиндров при выбранном правом вращении винта самолет весьма нехотя поворачивал влево и наряду с этим задирал шнобель, но скоро делал правые развороты с громадной тенденцией к опусканию носа.
Таковой эффект с одной стороны весьма мешал (особенно молодым и неопытным пилотам), а с другой был нужен при проведении воздушных боев, в так называемых «собачьих свалках» (dogfights). Это, само собой разумеется, для умелых летчиков, каковые имели возможность с толком применять эту особенность.
Весьма характерен в этом замысле был узнаваемый самолет Sopwith F.1 «Camel» Королевских ВВС, считавшийся лучшим истребителем Первой Мировой. На нем стоял ротативный двигатель «Clerget 9B» (как примечание добавлю, что в последствии кроме этого ставился и британский «Bentley BR.1» (150 л.с.)). Замечательный (130 л.с.), но достаточно капризный двигатель, чувствительный к составу горючего и к маслу.
Имел возможность свободно отказать на взлете. Но как раз благодаря ему и изюминкам компоновки фюзеляжа (рассредоточению нужного оборудования) «Camel» был весьма маневренен.
Истребитель Sopwith F.1 «Camel» с двигателем «Clerget 9B».
Маневренность эта, действительно, доходила до крайности. В управлении истребитель был очень строг и по большому счету имел кое-какие неприятные изюминки. К примеру, громадное желание войти в штопор на малой скорости.
Он полностью не доходил для обучения молодых пилотов. По некоей статистике за время войны в военных действиях на этом аэроплане погибло 415 пилотов, а в летных происшествиях — 385. Цифры красноречивые…
Но умелые пилоты, прекрасно его освоившие, имели возможность извлечь громадную пользу из его изюминок и делали это. Примечательно, что из-за нежелания истребителя «Camel» скоро разворачиваться влево, многие пилоты предпочитали делать это, так сообщить, «через правое плечо». Поворот вправо на 270° получался существенно стремительнее, чем влево на 90°.
Главным и хорошим соперником для Sopwith F.1 «Camel» был германский триплан Fokker Dr.I с двигателем «Oberursel UR.II» (полный аналог французского «Le Rhone 9J»). На таком сражался Барон Манфред Альбрехт фон Рихтгофен (Manfred Albrecht Freiherr von Richthofen), известный «Красный барон».
Триплан Fokker Dr.I.
Германский двигатель «Oberursel-UR-2» (копия «Le Rhone 9J»).
За время войны ротативные двигатели достигли собственного полного расцвета. При имеющихся запросах армии, не обращая внимания на собственные недочёты они отлично доходили для ответа, так сообщить, триединой задачи «мощность — вес — надежность». Особенно, что касается легких истребителей.
Так как именно на них в подавляющем большинстве такие движки находились.
Более большие и тяжелые самолеты летали , применяя классические рядные движки.
Но авиация развивалась бурными темпами. Требовалась все громадная мощность двигателей. Для стационарных рядных это достигалось методом повышения предельного числа оборотов.
Возможности совершенствования в этом направлении были. Улучшались газораспределения и системы зажигания, правила образования топливовоздушной смеси. Использовались все более идеальные материалы.
Это разрешило к концу Первой Мировой повысить большую величину оборотов стационарного двигателя с 1200 до 2000 об/мин.
Но, для ротационного двигателя данный было нереально. Организовать верное смесеобразование было нельзя. Все приходилось делать «на глазок», исходя из этого расход горючего (как и масла) был, мягко говоря, немаленьким (а также, кстати, из-за постоянной работы на громадных оборотах).
Какие-либо внешние регулировочные работы на двигателе, пока он будет в запущенном состоянии само собой были неосуществимы.
Повысить частоту вращения также не получалось, по причине того, что сопротивление воздуха скоро вращающемуся блоку цилиндров было большим. Более того, при повышении скорости вращения, сопротивление росло еще стремительнее. Так как, как мы знаем, скоростной напор пропорционален квадрату скорости.
Другими словами в случае если скорость , то сопротивление растет в квадрате (приблизительно).
При попытках на некоторых моделях двигателей начала войны поднять обороты с 1200 об/мин до 1400 об/мин сопротивление поднималось на 38%. Другими словами получалось, что возросшая мощность двигателя больше тратилась на преодоление сопротивления, чем на создание нужной тяги воздушного винта.
Германской компанией Siemens AG была сделана попытка обойти эту проблему иначе. Был выполнен 11-цилиндровый двигатель так называемой биротативной схемы (наименование Siemens-Halske Sh.III). В нем блок цилиндров вращался в одну сторону с частотой 900 об/мин., а вал (ранее неподвижный) в другую с той же частотой. Суммарная относительная частота составила 1800 об/мин.
Это разрешило достигнуть мощности в 170 л.с.
Биротативный двигатель «Siemens-Halske Sh.III».
Истребитель «Siemens-Schuckert D.IV».
Истребитель «Siemens-Schuckert D.IV» в берлинском авиамузее.
Данный двигатель имел меньшее сопротивление воздуху при вращении и меньший крутящий момент, мешающий управлению. Устанавливался на истребителе «Siemens-Schuckert D.IV» , что согласно точке зрения ряда экспертов стал одним из лучших маневренных истребителей времен войны. Но производиться начал поздно и сделан был в маленьком количестве экземпляров.
Существующее положение Siemens-Halske Sh.III не исправил и не смог снова поднять ротативные двигатели на должную высоту.
Тут направляться упомянуть о работах русского инженера Анатолия Георгиевича Уфимцева. А.Г.Уфимцев работы по биротативным авиационным двигателям начал ещё в 1909 году. Им был спроектирован четырехцилиндровый биротативный двигатель с воспламенением смеси при высокой степени сжатия в цилиндрах, диаметр которых составлял 90 мм, движение поршня — 120 мм.
На это изобретение А.Г.Уфимцев взял патент. Особого станка для замера мощности биротативного двигателя у конструктора не было. По его расчетам мощность двигателя массой 40 кг имела возможность достигать 35-40 л.с. Для запуска двигателя предполагалось применять сжатый воздушное пространство от баллона на борту самолета.
В Главном инженерном управлении дали отрицательное заключение на данный проект, считая неосуществимым запуск двигателя сжатым воздухом (в будущем практика развития авиации подтвердила целесообразность воздушного запуска).
Однако А.Г.Уфимцев не покинул намерения осуществить собственную идею. Четырехцилиндровый двигатель с самовоспламенением не удовлетворял автора и в новом проекте была применена электрическая совокупность зажигания топливовоздушной смеси при меньшей степени сжатия.
Взяв маленький кредит от частных лиц, заложив дом и применяя все наличные средства, изобретатель выстроил шестицилиндровый биротативный двигатель. Наряду с этим диаметр цилиндра равнялся 80 мм, движение поршня — 110 мм, частота вращения — 1000 об/мин. Масса двигателя — 50 кг, расчетная мощность — 40 л.с.
Данный двигатель А.Г.Уфимцев установил на самолете собственной конструкции «Сфероплан-2», что был выстроен в 1910 году. На протяжении опробований самолет не взлетел из-за передней центровки.
Аппарат А.Г.Уфимцева «Сфероплан-II». 1910 г.
В 1912 году А.Г.Уфимцев спроектировал новый шестицилиндровый двухтактный биротативный двигатель с улучшенной продувкой цилиндров. Были устранены недочёты прошлых двигателей, значительно поменяны конструкция и параметры главных узлов, расчетная мощность — в пределах 65-70 л.с. при массе 58 кг. Двигатель был выстроен на Брянском паровозостроительном заводе и взял наименование АДУ-4. Его опробование, доводка не были закончены, завод отказался от производства этого двигателя.
На данный момент двигатель АДУ-4 экспонируется в музее ВВС.
А.Г.Уфимцев у собственного первого биротативного двигателя.
Двигатель АДУ-4 в музее ВВС Монино.
Недочётов у всех видов ротативных двигателей, как видите, хватало. Ко всему другому могу еще добавить, что движки эти были хватает дороги. Так как из-за большой скоро вращающейся массы все детали двигателя должны были быть прекрасно отбалансированы и четко подогнаны. Плюс сами материалы были недешевы. Это приводило к тому, что, к примеру, двигатель Monosoupape по стоимостям 1916 года стоил порядка 4000$ (что в переводе на курс года 2000-го образовывает приблизительно 65000$).
Это при том, что в движке-то, вобщем-то, по нынешним понятиям, ничего особого-то нет.
Ко всему другому моторесурс всех таких двигателей был низок (впредь до 10-ти часов между ремонтами) и поменять их приходилось довольно часто, не обращая внимания на большую цена.
Все эти недочёты копились и в итоге чаша была переполнена. Ротативный двигатель обширно употреблялся и совершенствовался (по мере возможности) впредь до конца войны. Самолеты с этими движками некое время употреблялись на протяжении гражданской войны в Российской Федерации и иностранной интервенции.
Но в целом их популярность скоро отправилась на спад.
производства и Совершенствование науки стали причиной тому, что на сцену с уверенностью вышел последователь ротативного двигателя — радиальный либо звездообразный двигатель с воздушным охлаждением, что не сходит с нее и сейчас, трудясь, кстати, в содружестве с рядным поршневым авиационным двигателем с жидкостным охлаждением.
Ротативный двигатель, покинув броский след в истории авиации, занимает сейчас почетное место в музеях и на исторических выставках.
В заключении ролик — запуск восстановленного двигателя «Gnome» 1918 года выпуска:
.
.
Источник:
Сайт «Авиация понятная всем». Юрий Тарасенко. Ротативный двигатель. Чумазый вояка…
Андрей Бондаренко. Моторы пламенных сердец.
П.Д.Дузь. авиации и История воздухоплавания в Российской Федерации (период до 1914 г.).
Д.Я.Зильманович. Теодор Калеп. 1866-1913.
БИ-РОТАТИВНЫЙ ДВС Второй Прототип ГЭС 2004
Увлекательные записи:
Похожие статьи, которые вам, наверника будут интересны:
TARGET&ЗВО
TARGET&ЗВОП.Д.Дузь «История воздухоплавания и авиации в России»
ДВИГАТЕЛИ ВОХДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ
HTTP://ATTEND.TO/COMMI
Музей ВВС Италии: ангар Тростер: khmelikvictor — LiveJournal
Ангар Тростер, построенный по окончанию Первой мировой войны с уплаты военного ущерба Австрией, является старейшим сооружении в своем роде в Италии, имеет площадь около 1200 кв. м. Здесь расположена экспозиция музея начиная от пионеров авиации и доходит до конца Первой мировой войны. Самолеты имеют очень хорошее техническое состояние, а некоторые двигатели вообще работающие, несмотря на вековой возраст. Прогуливаясь по этому залу-ангару просто окунаешься в историю, техническую историю начала ХХ века.Wright Model A: реплика 1960 года.
Bleriot XI-2. Двухместная модификация знаменитого самолета с ротативным двигателем Gnome 7 Gamma. Вообще Bleriot XI — семейство самолетов разных модификаций, серийно выпускавшихся во Франции, Италии и России. Было произведено около 100 самолетов. На самолетах устанавливались разные силовые установки, да и конструкция менялась, в частности весьма характерный «кабан», или пилон, к которому крепились верхние расчалки крыла. Еще, кстати, самолет с несущим стабилизатором…
Caprony Ca.3 — итальянский тяжелый бомбардировщик периода I Мировой войны. Мне показалось, что на нем можно полететь…
Истребитель SPAD S.VII итальянского аса Руффо ди Калабрии (20 побед) тоже готов в бой.
Капитан Эрнесто Кабруна одержал на SPAD S.VII 8 побед и также стал асом.
Флавио Торелло Бараккини одержал 31 победу на этом Hanriot HD.1, изготовленном по лицензии Macchi.
Итальянский разведчик Ansaldo SVA 5.
Восстановленный образец австро-венгерской летающей лодки — разведчика Lohner L.
Ansaldo AC.2 — лицензионный Dewoitine D.1. Первый самолет известной французской фирмы имеет характерный облик истребителя 20-х годов: парасоль с обтекаемым металлическим фюзеляжем. Первый полет в 1922 году, построено больше 500 экземпляров.
Двигательная экспозиция начинается с движка Wright Vertical 4, который развивал мощность до 40 л. с.
Этот мотор итальянского мотогонщика и производителя моторов Карло Анзани стоял на первых самолетах Луи Блерио.
Первый в мире 6-цилиндровый двухрядный звездообразный двигатель Anzani появился в 1910 году. Было две модификации разного объема, мощностью 45 и 70 л. с.
Семицилиндровый ротативный двигатель Gnome имел мощность 50 л. с. при объеме 8 литров и произвел революцию в авиации.
Девятицилиндровый, также ротативный, Le Rhone 9J развивал уже 110 л. с.
В 1908 году фирма SPA приступила к разработке авиационных двигателей. Эти двигатели имеют два противоположных цилиндра, имеющих общую камеру сгорания. Редукторы передают мощность на два винта, вращающихся в противоположных направлениях для снижение вибрации. Эта концепция получили дальнейшее развитие в дизельных двигателях Junkers и Napier. Двигатели 4-цилиндровые, с водяным охлаждением, объем — 7,97 л, мощность — 90 л.с. при 1600 об/мин
Двигатель SPA 6A был специально заказан итальянским военно-авиационным техническим отделом для оснащения самолета Ansaldo SVA. Во время Первой мировой войны 3000 двигателей были произведены и оставались в рабочем состоянии до 1930-х годов. Двигатель 6А прославился благодаря тому, что использовался именно на самолете Ansaldo SVA. Мощность 150 л. с., объем 14 л. Двигатель в рабочем состоянии.
Мощность шестицилиндрового двигателя жидкостного охлаждения FIAT A.12 доходила до 300 л. с. при объеме 22 л. С 1916 по 1919 год было выпущено более 13000 двигателей.
Двигатель Hispano-Suiza 8 произведились Hispano-Suiza и другими компаниями по лицензии c 1915 года. Очень прогрессивный по конструкции верхнеклапанный двигатель стоял на многих самолетах Первой Мировой войны, в том числе на истребителях SPAD S.VII. Около 50 тысяч двигателей было выпущено на 21 заводе в Испании, Франции, Великобритании, Италии и США. Его дальнейшее развитие — легендарный Hispano-Suiza 12V.
SPA 8V — экспериментальный двигатель, разработанный для Первого итальянского военного авиационного конкурса в 1910 году. Двигатель восьмицилиндровый, V-образный, с углом 90°. Интересно отметить, что эта V-образная конфигурация была разработана для авиационных двигателей ранее, чем для автомобильных. Среди его особенностей было применение редуктора, впервые в авиационном двигателе. Было два карбюратора — по одному на каждый ряд цилиндров и клапаны, расположенные под углом 45° относительно оси цилиндра.
Isotta Fraschini Asso 750 RC35: жидкостного охлаждения, W-образный, 18 цилиндровый, угол развала 40°. Каждый цилиндр имеет по четыре клапана. Двигатель имеет одноступенчатый центробежный нагнетатель. Является дальнейшим развитием модели M2-800, используемой гоночным Macchi M67 в гонках на кубок Шнейдера в 1929 года. Диаметр цилиндра — 140 мм, ход поршня — 170 мм, объем — 47,7 л, степень сжатия — 5,7, мощность 955 л.с.
Экспонат музея, на который я хотел бы остановиться особо, по сути, не является летательным аппаратом. Его даже классифицировать корректно весьма сложно. Это — катер на подводных крыльях с аэроприводом: надеюсь правильно так. Представленная в музее модель катера №2, испытания которой проводились в 1907 году на самом деле представляет собой испытательный стенд новейших технологий начала XX века: винты изменяемого шага и оригинальные подводные крылья практически решетчатой конструкции составляют изюминки этого революционного для своего времени аппарата и позволили развить 70 км/ч на воде!
А дальше, I Мировая война окончилась и нас ждет период между жвух мировых войн — золотой век развития авиации…
Восьмицилиндровый шеститактный ротативный редукторный двигатель Ruston Proctor. Великобритания
Филип Джарретт (Philip Jarrett) продолжает исследовать малоизученные уголки истории авиации, обнаруживая неизвестные изображения и заново открывая давно потерянные подробности, касающиеся самолетов, людей и событий. В данной статье он рассказывает об изображении двигателя времен Великой войны, о котором никакой информации не появлялось и который должен получить огласку.
Недавно я купил очень редкий справочник «Aero Engine», выпущенный в 1918 году Министерством боеприпасов и имевший бесшвейное механическое скрепление листов. Этот справочник состоял из двух томов, содержавших в себе большое количество таблиц, фотографий и рисунков, относящихся к большому количеству авиационных двигателей завершающего периода Первой Мировой войны. Рассматривая свое приобретение, я наткнулся на заинтриговавшую меня статью. Всем разделам, касавшимся конкретных двигателей, предшествовала снабженная закладками классификационная страница. После заключительной записи, посвященной двигателям компании Rolls-Royce, в частности мотору Condor, я обнаружил одинокую неотмеченную фотографию двигателя, который мне был абсолютно неизвестен.
Фотография была озаглавлена как
«Ruston Proctor 300 л.с. 6 тактов».
Хорошо известно, что расположенная в Линкольне компания Ruston, Proctor & Co Ltd во время войны изготавливала по лицензии 110-сильный ротативный двигатель Clerget 9B и 340-сильный радиальный двигатель ABC Dragonfly, однако этот мотор был чем-то иным. Для начала это был восьмицилиндровый двигатель, тогда как большинство однорядных ротативных и радиальных двигателей имели нечетное число цилиндров.
Обычные справочники по авиационным двигателям и справочники Джейн 1918 и 1919 годов не дали никакой информации, как не было ничего и в изданном в 1974 году небольшом буклете «Ruston Aircraft Production». Затем я решил разыскать данные об этом моторе в двух книгах американского автора Гленна Д. Энгла (Glenn D. Angle) — лучших, на мой взгляд, книгах о авиационных двигателях. В первой из них “Airplane Engine Encyclopedia” (Otterbein Press, Дейтон (Dayton), Огайо (Ohio), 1921) была запись в три строчки:
«Двигатель компании Ruston Proctor является экспериментальным мотором воздушного охлаждения ротативного типа, который работает по шеститактному циклу и развивает мощность в 200 л.с.».
Во втором издании “Aerosphere 1939” (Aircraft Publications, New York City, 1940) — большом и увесистом томе, — включавшем в себя огромный раздел, посвященный авиационным двигателям мира, говорилось примерно то же самое, но было добавлено следующее:
«Дополнительная информация относительно этого двигателя была недоступна».
Ни одна из этих книг не содержала в себе изображение этого двигателя, так что я считаю, что это первое появление данного мотора в печати.
фотография малоизвестного восьмицилиндрового шеститактного ротативного редукторного двигателя Ruston Proctor была недавно обнаружена в винтажном справочнике «Aero Engine», выпущенном в 1918 году. Кто его автор, когда его испытывали и устанавливали ли его на самолет?
Мне хотелось бы побольше узнать об этом странном двигателе, а также определить реально развиваемую им мощность. Я сторонник приведенных в справочнике «Aero Engine» 300 л.с., но в любом случае представляется весьма сомнительным, что восьмицилиндровый шеститактный ротативный двигатель стал бы работать очень хорошо.
Один мой знакомый решил, что это “несбыточная мечта” и “чепуха”, полагая данную концепцию неосуществимой в принципе. Может быть кто-нибудь из читателей владеет информацией об этом загадочном двигателе?
источник: PHILIP JARRETT «Lost & Found» THE AVIATION HISTORIAN Issue No 5
Роторный двигатель возвращается
Марк Брэмли, Архивио Перини, Андре Ритцингер, Джон Роу, Дэниел Вон, ugo.com, avtoindex.com
Похоже, мы вечно ждали, когда Mazda выпустит новый роторный двигатель. Последним серийным автомобилем, в котором использовалась уникальная силовая установка, был RX-8, и этот автомобиль был отменен еще в 2011 году. Теперь роторный двигатель официально возвращается в модельный ряд Mazda — в качестве расширителя диапазона для первых электромобилей автопроизводителя.
Mazda представила эту новость сегодня в коротком пресс-релизе, в котором объявляет о запуске своего первого электромобиля в 2020 году. Одна версия будет полностью электрической, а другая будет оснащена расширителем диапазона роторного двигателя, который работает аналогично бензиновому двигателю в BMW. i3. Вот как Mazda оправдывает использование роторного двигателя в этом приложении:
Малый размер роторного двигателя и высокая выходная мощность делают возможным использование нескольких технологических решений по электрификации за счет общей компоновки упаковки.Благодаря совместимости роторного двигателя с газообразным топливом, расширитель диапазона с роторным двигателем также предназначен для сжигания сжиженного нефтяного газа и обеспечения источника электроэнергии в чрезвычайных ситуациях.
Мы и раньше видели сообщения о поворотном возврате в качестве расширителя диапазона, так что это не слишком удивительно. Mazda не указывает тип кузова, тип аккумулятора или запас хода своего нового электромобиля, а также не говорит, будет ли эта новая модель продаваться в Соединенных Штатах.Единственное, что мы знаем наверняка, это то, что у него будет роторный двигатель.
Этот новый электромобиль с поворотной опорой является второй частью инициативы Mazda «Sustainable Zoom-Zoom 2030», в рамках которой Mazda намеревается развивать передовые трансмиссии с использованием комбинации эффективных газовых двигателей, альтернативных видов топлива и электроэнергии. Первая часть, конечно же, — это сверхэффективный бензиновый двигатель SkyActiv-X с воспламенением от сжатия, впервые представленный в 2017 году.
Хотя это не спортивный автомобиль под маркой RX, на который мы надеялись построить Mazda, эта новость шаг в правильном направлении для непоколебимых роторных машин во всем мире.
Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano.io.
Запутанный план Mazda по возрождению знаменитого грязного роторного двигателя
Затем был гибрид Premacy Hydrogen RE, в котором водородный роторный двигатель использовался в качестве генератора для электродвигателя, вращающего колеса.Он привел к увеличению мощности на 40 процентов, лучшему ускорению и вдвое большему запасу хода по сравнению с RX-8 Hydrogen RE. Это увеличивает возможность использования роторного двигателя в качестве расширителя диапазона, двигателя внутреннего сгорания, который обеспечивает энергией электромобиль, когда батарея разряжается — система, используемая в Chevrolet Volt. Электромобиль с батарейным питанием и роторным двигателем, работающим на водороде, для увеличения запаса хода, будет верной ДНК силовой установкой с местом в будущем с нулевым выбросом вредных веществ и альтернативной энергией.
Даже если вы запустите его на газе, а не на водороде, роторный двигатель лучше подходит в качестве расширителя запаса хода, чем обычный двигатель.Это потому, что он особенно эффективен при низких постоянных оборотах двигателя (об / мин) — именно так работает генератор. Компактный размер тоже помогает. Audi поиграла с этой идеей в 2010 году, создав ранний концепт A1 e-tron, в котором для зарядки аккумулятора использовался крошечный ротор объемом 250 куб. См. Электрифицированный хэтчбек Mazda2 с автосалона в Токио в 2013 году использовал роторный двигатель объемом 330 куб. См, чтобы увеличить запас хода на 124 мили.
Да, с водородом проблемы есть. Инфраструктура для производства и распределения топлива практически отсутствует.Несмотря на недавние обещания крупных инвестиций со стороны таких компаний, как Toyota и Honda, заправочных станций просто не хватает, чтобы сделать это жизнеспособным решением для John Q. Public. Но кое-что происходит. Правительства Японии и Калифорнии уделяют особое внимание развитию этой технологии. Автомобили с водородным двигателем наконец-то появляются в выставочных залах в обоих местах. Медленно, но верно строятся водородные станции.
Так почему бы сейчас не сделать роторный двигатель, работающий на водороде, в качестве первичной или вторичной силовой установки? Оказывается, Mazda именно этим и занимается.Пока я ехал на RX-8 Hydrogen RE, инженер Mazda Ясуши Фудзикава, ездивший на ружье, упомянул, что он возглавляет команду из пяти инженеров, работающих полный рабочий день над водородным ротором, хотя он ничего не сказал о точной форме, которую принимает силовая установка, или о том, как его можно было использовать.
Фудзивара признает, что Mazda разрабатывает водородный роторный двигатель, но не для автомобилей, по крайней мере, на начальном этапе. Поскольку водород является побочным продуктом производственного процесса, Mazda изучает, как можно повторно использовать этот элемент в статическом роторном двигателе, то есть не в мобильном приложении, а в фиксированном месте, например, рядом с заводом в качестве постоянного генератора. .
«Теперь такая технология может пригодиться в будущем, если водородная инфраструктура когда-либо станет жизнеспособной», — говорит Фудзивара. «Затем мы можем использовать эту технологию для создания водородного расширителя диапазона».
Несмотря на широкие перспективы роторного двигателя в качестве расширителя диапазона, Фудзивара настаивает на том, что двигатель вернется не так. «Сначала я хочу представить новый роторный двигатель без электрификации», — говорит он. «Если я представлю это с обоими, люди скажут, что электрификация помогла роторному двигателю.»
Так что гордость — это явно проблема. И все еще нет гарантии, что водород когда-либо станет широко доступным источником топлива, отсюда старая шутка: водород — это топливо будущего — и всегда будет .
Очень неопределенный Vision
В этом мире родился RX-Vision. В прошлом месяце, гордо стоя на трибуне Токийского автосалона, президент и главный исполнительный директор Mazda Масамичи Когай заявил: «Этот автомобиль воплощает в себе видение Mazda будущего». Идеально сложенный концепт может похвастаться низким капотом, тонкими как бритва светодиодными фарами, 20-дюймовыми колесами и полированными изгибами, которые выглядят как камни, разбросанные по воде.Только роторный двигатель мог поместиться в таком коротком и тесном моторном отсеке.
MazdaЭто фантастическая красота, достойная той шумихи, которую она получила. На самом деле это настолько фантастично, что главный дизайнер Mazda Икуо Маэда говорит, что его команда не учитывала никаких реальных ограничений, таких как ограничения колесной базы или трансмиссии, когда они это составляли. Во всех смыслах — потусторонний листовой металл, туманная трансмиссия, сомнительная полезность — RX-Vision чувствует себя движимым фантазией. Это говорит о том, что это автомобиль, который воплощает в себе видение Mazda будущего, потому что вы должны задаться вопросом, насколько приверженность Mazda роторной силовой установке основана на реальности.
Нет никаких сомнений в том, что бессмертный бунтарский дух Mazda весьма респектабелен. Многое можно сказать о том, чтобы делать зигзаги, когда остальной мир движется вперед, делать ставку на себя и свой опыт, а не гнаться за трендами. Но вы задаетесь вопросом, обеспечит ли упорная верность своей истории только место Mazda в ней.
1 Сообщение обновлено в 15:10 EST 1 декабря 2015 г. и включает комментарии от управляющего директора Mazda Киёси Фудзивара.
Роторный двигатель АТФ-синтазы F1 приводится в движение торсионно-асимметричным приводным валом
Stock, D., Гиббонс, К., Аречага, И., Лесли, А. Г. У. и Уокер, Дж. Э. Ротационный механизм АТФ-синтазы. Curr. Opin. Struct. Биол. 10. С. 672–679 (2000).
CAS Статья PubMed Google ученый
Йошида М., Мунеюки Э. и Хисабори Т. АТФ-синтаза — чудесный роторный двигатель клетки. Nature Rev. Mol. Cell Biol. 2, 669–677 (2001).
CAS Статья Google ученый
Junge, W., Зилафф, Х. и Энгельбрехт, С. Генерация крутящего момента и упругая передача энергии во вращающейся F0F1-АТФазе. Nature 459, 364–370 (2009).
CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed Google ученый
Нодзи, Х., Ясуда, Р., Йошида, М. и Киносита, К. Прямое наблюдение за вращением F1-АТФазы. Nature 386, 299–302 (1997).
CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed Google ученый
Ито, H.и другие. Механически управляемый синтез АТФ F1-АТФазой. Nature 427, 465–468 (2004).
CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed Google ученый
Хаусрат А. К., Грюбер Г., Мэтьюз Б. В. и Капальди Р. А. Структурные особенности субъединицы γ АТФазы F1 Escherichia coli, выявленные с помощью карты с разрешением 4,4 Å, полученной с помощью рентгеновской кристаллографии. Proc. Natl. Акад. Sci. USA 96, 3697–3702 (1999).
Артикул Google ученый
Зилафф, Х., Rennekamp, H., Engelbrecht, S. & Junge, W. Функциональные положения остановки вращающейся F0F1-АТФазы коррелируют с кристаллическими структурами. Биофиз. J. 95, 4979–4987 (2008).
CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed PubMed Central Google ученый
Сан, С., Чандлер, Д., Диннер, А. и Остер, Г. Упругое накопление энергии в β-листах с приложением к F1-АТФазе. Евро. Биофиз. J. 32, 676–683 (2003).
CAS Статья PubMed Google ученый
Шток, Д., Лесли, А. Г. У. и Уокер, Дж. Э. Молекулярная архитектура роторного двигателя в АТФ-синтазе. Science 286, 1700–1705 (1999).
CAS Статья PubMed Google ученый
Abrahams, J. P., Leslie, A. G. W., Lutter, R. & Walker, J. Структура F1-АТФазы из сердца — митохондрии крупного рогатого скота при разрешении 2,8 Å. Nature 370, 621–628 (1994).
CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed Google ученый
Элстон, Т., Ван Х. и Остер Г. Энергетическая трансдукция в АТФ-синтазе. Nature 391, 510–513 (1998).
CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed Google ученый
Имамура, Х. и др. Доказательства вращения V1-АТФазы. Proc. Natl. Акад. Sci USA 100, 2312–2315 (2003).
CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed Google ученый
Beyenbach, K. W. & Wieczorek, H.Н + АТФаза V-типа: молекулярная структура и функции, физиологические роли и регуляция. J. Exp. Биол. 209. С. 577–589 (2006).
CAS Статья PubMed Google ученый
Minagawa, Y. et al. Основные свойства вращательной динамики V1-АТФазы молекулярного мотора Enterococcus hirae. J. Biol. Chem. 288. С. 32700–32707 (2013).
CAS Статья PubMed PubMed Central Google ученый
Томас Мейер1, К.Д., В. В. П. Д. Патрик Пользер 2. Строение роторного кольца Na + — АТФазы F-типа из ilyobacter tartaricus. Science 308, 659–662 (2005).
Бойер П. Д. АТФ-синтаза — великолепная молекулярная машина. Анну. Rev. Biochem. 66, 717–749 (1997).
CAS Статья PubMed Google ученый
Ван Х. и Остер Г. Преобразование энергии в двигателе F1 АТФ-синтазы. Nature 396, 279–282 (1998).
CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed Google ученый
Ван, Х. и Остер, Г. Трещотки, силовые удары и молекулярные двигатели. Прил. Phys. А 75, 315–323 (2002).
CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый
Гаспар П. и Герритсма Э. Стохастическая хемомеханика молекулярного двигателя F1-АТФазы. J. Theor. Биол. 247, 672–686 (2007).
CAS Статья PubMed Google ученый
Кавагути, К., Sasa, S. & Sagawa, T. Неравновесный транспорт без диссипации в F1-АТФазе и термодинамическая роль асимметричного аллостеризма. Биофиз. J. 106, 2450–2457 (2014).
CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed PubMed Central Google ученый
Ясуда, Р., Нодзи, Х., Киносита, К. и Йошида, М. F1-АТФаза — это высокоэффективный молекулярный двигатель, который вращается с дискретными шагами в 120 °. Cell 93, 1117–1124 (1998).
CAS Статья PubMed Google ученый
Киносита, К., Ясуда, Р., Нодзи, Х. и Адачи, К. Роторный молекулярный двигатель, который может работать с почти 100% -ным КПД. Филос. Пер. R. Soc. Лондон. В 355, 473–489 (2000).
CAS Статья Google ученый
Тоябе, С., Ватанабэ-Накаяма, Т., Окамото, Т., Кудо, С. и Мунеюки, Э. Термодинамическая эффективность и механохимическое связывание F1-АТФазы. Proc. Natl. Акад. Sci. USA 108, 17951–17956 (2011).
CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed Google ученый
Окадзаки, К.-Я. И Хаммер, Г. Высвобождение фосфата связано с вращательным движением F1-АТФазы. Proc. Natl. Акад. Sci. USA 110, 16468–16473 (2013).
CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed Google ученый
Mekherjee, S. & Warshel, A. Рассмотрение роли γ-субъединицы во вращающемся химическом взаимодействии и генерации крутящего момента F1-АТФазы. Proc. Natl. Акад. Sci. USA 112, 2746–2751 (2015).
Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google ученый
Рейманн, П.Броуновские моторы: шумный транспорт далеко от равновесия. Phys. Реп. 361, 57–265 (2002).
CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ MathSciNet МАТЕМАТИКА Google ученый
Parmeggiani, A., Jülicher, F., Ajdari, A. & J.Prost. Преобразование энергии изотермических трещоток. Phys. Ред. E 60, 2127–2140 (1999).
CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый
Тоябе, С.& Мунеюки, Э. Одномолекулярная термодинамика синтеза АТФ F1-АТФазой. New J. Phys. 17, 015008 (2015).
CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый
Хаяси, К., Уэно, Х., Иино, Р. и Нодзи, Х. Теорема о флуктуации применительно к F1-АТФазе. Phys. Rev. Lett. 104, 218103 (2010).
Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS PubMed Google ученый
Ватанабэ-Накаяма, Т.и другие. Влияние внешнего крутящего момента на управляемое АТФ вращение F1-АТФазы. Biochem. Биофиз. Res. Comm. 366, 951–957 (2008).
CAS Статья PubMed Google ученый
Furuike, S. et al. Безосевая F1-АТФаза вращается в правильном направлении. Science 319, 955–958 (2008).
CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed Google ученый
Учихаси, Т., Иино, Р., Андо, Т. и Ноджи, Х. Высокоскоростная атомно-силовая микроскопия выявляет роторный катализ безроторной F1-АТФазы. Science 333, 755–758 (2011).
CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed Google ученый
Ясуда, Р., Нодзи, Х., Йошида, М., Киносита, К. и Ито, Х. Разрешение отдельных вращательных подшагов с помощью субмиллисекундного кинетического анализа F1-АТФазы. Nature 410, 898–904 (2001).
CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed Google ученый
Юлихер, Ф., Ajdari, A. & Prost, J. Моделирование молекулярных двигателей. Ред. Мод. Phys. 69, 1269–1281 (1997).
Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый
Sielaff, H. et al. Податливость домена и передача упругой энергии во вращающейся F0F1-АТФазе. Proc. Natl. Акад. Sci. USA 105, 17760–17765 (2008).
CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed Google ученый
Czub, J. & Grubmüller, H.Торсионная эластичность и энергетика F1-АТФазы. Proc. Natl. Акад. Sci. USA 108, 7408–7413 (2011).
Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed Google ученый
Сан, С. X., Ван, Х. и Остер, Г. Асимметрия F1-АТФазы и ее значение для цикла вращения. Биофиз. J. 86, 1373–1384 (2004).
CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed PubMed Central Google ученый
Пянке, О., Черепанов, Д. А., Гумбиовски, К., Энгельбрехт, С. и Юнг, В. Вязкоупругая динамика актиновых филаментов, связанных с вращающейся f-АТФазой: профиль крутящего момента фермента. Биофиз. J. 81, 1220–1233 (2001).
Артикул PubMed PubMed Central Google ученый
Furuike, S. et al. Разрешение ступенчатого вращения в АТФ-синтазе thermus thermophilus с помощью зонда практически без сопротивления. Nature Comm. 6, 233 (1–9) (2011).
Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google ученый
Сакаки, Н.и другие. Один вращающийся механизм для F1-АТФазы при изменении концентрации АТФ от миллимолярной до наномолярной. Биофиз. J. 88, 2047–2056 (2005).
CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed Google ученый
Бильярд Т. и др. Одномолекулярная характеристика ферментативных состояний в F1-АТФазе e-coli с высоким разрешением. Филос. Пер. R. Soc. Лондон. В 368, 20120023 (2013).
Артикул CAS Google ученый
Нойкирх, С., Goriely, A. & Hausrath, A.C. Хиральность спиральных катушек: упругость имеет значение. Phys. Rev. Lett. 100, 038105 (2008).
Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS PubMed Google ученый
Neukirch, S., Goriely, A. & Hausrath, A.C. Эластичные спиральные спирали действуют как энергетические буферы в АТФ-синтазе. Intl. J. Нелинейный мех. 43, 1064–1073 (2008).
Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый
Суэдзаки, Ю.& Go, N. Колебания и механическая прочность α-спиралей полиглицина и поли (L-аланина). Биополимеры 15, 2137–2153 (1976).
CAS Статья PubMed Google ученый
Чоу, С. и Сан, С. X. Эластичность альфа-спиралей. J. Chem. Phys. 122, 244912 (2005).
Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS PubMed Google ученый
Ландау, Л.Д., Лифшиц, Э. М. Теория упругости, т. 7 из Курс теоретической физики (Pergamon Press, Oxford, 1970).
Эванс, К. Э., Нканса, М. А., Хатчинсон, И. Дж. И Роджерс, С. С. Проектирование молекулярных сетей. Nature 353, 124 (1991).
CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый
Lakes, R. S. Пенные конструкции с отрицательным коэффициентом Пуассона. Science 235, 1038 (1987).
CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed Google ученый
Альбертс, Б., Брей Д. и Льюис Дж. Эссенциальная клеточная биология (Garland Science, Нью-Йорк, 2013 г.), 4 изд.
Гаспари З. и Нитрей Л. Спиральные спирали как возможные модели эволюции структуры белка. Bio. Мол. Concepts 2, 199–210 (2011).
CAS Google ученый
Крик, Ф. Х. С. Упаковка α-спиралей: Простые спиральные витки. Acta Crystallogr. 6. С. 689–697 (1953).
CAS Статья МАТЕМАТИКА Google ученый
Коэн, К.& Парри, Д.А.Д. α-спиральные спиральные спирали и пучки: как сконструировать α-спиральный белок. Proteins 7, 1–15 (1990).
CAS Статья PubMed Google ученый
Вольгемут, К. В. и Сан, С. X. Упругость α-спиральных витков. Phys. Rev. Lett. 97, 248101 (2006).
Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS PubMed Google ученый
Yogurtcua, O.Н., Вольгемут, К. В. и Сан, С. X. Механический отклик и конформационное усиление в α-спиральных спиральных катушках. Биофиз. J. 99, 3895–3904 (2010).
Артикул ОБЪЯВЛЕНИЯ CAS Google ученый
Ямакава, Х. Спиральные червеобразные цепи в растворах полимеров (Springer, Heidelberg, 1997).
Хокинс Р. Дж. И Маклиш Т. Б. Динамическая аллостерия белков α-спиральных спиральных спиралей. J. R. Soc. Интерфейс 3, 125–138 (2006).
CAS Статья PubMed Google ученый
Лю, Дж. И др. Катушка с семью спиралями. Proc. Natl. Акад. Sci. USA 103, 15457–15462 (2006).
CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed Google ученый
Бланделл, Дж. Р., Терентьев, Э. М. Растяжение полугибких волокон и их сетей. Macromolecules 42, 5388–5394 (2009).
CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ Google ученый
Нельсон П.Биологическая физика (В. Х. Фриман, Нью-Йорк, 2007).
Фейнман Р. П., Лейтон Р. Б. и Сэндс М. Лекции Фейнмана по физике, т. 1 (Аддисон-Уэсли, 1963).
Beyenbach, K. W. & Wieczorek, H. Н + АТФаза V-типа: молекулярная структура и функция, физиологические роли и регуляция. J. Exp. Биол. 209. С. 577–589 (2006).
CAS Статья PubMed Google ученый
Мурата, Т., Ямато, И., Какинума, Ю., Лесли, А. Г. У. и Уокер, Дж. Э. Структура ротора Na + АТФазы V-типа из Enterococcus hirae. Science 308, 654–659 (2005).
CAS Статья ОБЪЯВЛЕНИЯ PubMed Google ученый
Автомобили с роторным двигателем: прошлое, настоящее и будущее
Мы все знаем о мнениях — у каждого есть свое мнение и так далее, — но, возможно, в автомобильном мире нет ничего столь же вызывающего разногласия, как роторный двигатель.Поклонники будут ликовать о присущей им плавности и великолепной возможности изменения, в то время как все остальные будут бормотать что-то о наконечниках ротора, NSU Ro80 и замененных двигателях. Но где же правда? Был ли роторный двигатель автомобильным тупиком или ему следовало дать еще один шанс?
История
Роторный двигатель был детищем немецкого инженера Феликса Ванкеля (поэтому его также часто называют роторным двигателем Ванкеля), которому в 1929 году был выдан патент на этот новый тип двигателя внутреннего сгорания.Тем не менее, только после Второй мировой войны в NSU всерьез начались дальнейшие разработки: Ванкель разработал один двигатель, а второй, построенный под руководством Ханна Дитера Пашке, в конечном итоге был принят в качестве образца современного двигателя. роторный двигатель.
В начале 1960-х годов Mazda и NSU объединили усилия для дальнейшей разработки роторного двигателя и устроили почти официальную гонку, чтобы увидеть, кто первым сможет запустить в производство роторный двигатель. NSU победила дебютом NSU Spider, за которым последовал (не) знаменитый Ro80.Mazda, тем временем, могла быть черепахой для зайца NSU, но ее двигатель был лучше решен в некоторых отношениях, и именно Mazda произвела несколько серийных автомобилей с роторным двигателем, в частности, поколения моделей RX.
> Роторный двигатель Mazda — 50 лет роторным автомобилям
Как это работает?
Практически единственным элементом роторного двигателя и традиционного бензинового агрегата является то, что он использует одни и те же четыре ступени — впуск, сжатие, зажигание и выпуск — но об этом процессе не заботятся цилиндры и поршни в традиционном смысле.В роторном двигателе типичный цикл Отто имеет место в камере овальной формы, в которой вращается треугольный ротор, эффективно заменяя поршни в традиционном двигателе.
Для тех из вас, кто достаточно взрослый, чтобы помнить, как выглядел набор чертежей спирографа, это очень хорошо отражает вид движения ротора в его корпусе. Когда ротор перемещается по камере, он расширяется и сжимает содержащиеся внутри газы, втягивая воздух в камеру и вытесняя выхлопные газы.Через центр ротора проходит выходной вал, который связан с помощью набора планетарных шестерен, чтобы концы ротора контактировали со стенками «цилиндра», в то время как эксцентриковый вал передает мощность на маховик.
Фаза впуска начинается, когда кончик ротора проходит мимо впускного отверстия — здесь нет необходимости в клапанах, впускные и выпускные порты всегда открыты — и по мере увеличения размера камеры втягивается топливно-воздушная смесь. , и когда следующий конец ротора проходит через впускное отверстие, камера закрывается, что позволяет перейти к следующему этапу.По мере вращения ротора камера, в которой находится топливно-воздушная смесь, становится меньше, сжимая смесь, что позволяет начать горение при подаче искры от традиционных свечей зажигания.
Две свечи обычно устанавливаются на роторный двигатель, так как из-за формы камеры сгорания возникающее пламя будет слишком долго перемещаться внутри камеры, что приведет к образованию слишком большого количества несгоревших газов. Как только кончик ротора проходит через выхлопное отверстие, отработанные газы удаляются, завершая цикл.
Какие преимущества?
Итак, это краткое изложение теории, но где же преимущества по сравнению с традиционным двигателем внутреннего сгорания? Во-первых, здесь гораздо меньше движущихся частей, нет распредвалов и клапанов, о которых нужно беспокоиться. Во-вторых, поскольку ротор и связанные с ним валы работают в одном круговом движении, роторный двигатель имеет тенденцию быть намного более плавным, чем традиционный двигатель с его возвратно-поступательным движением.
И хотя ротор проходит тот же четырехтактный цикл, что и традиционный двигатель, каждый из трех лопастей ротора проходит через этот процесс непрерывно, поэтому фактически существует три такта мощности на каждый оборот двигателя.Таким образом, роторные двигатели, как правило, имеют высокую удельную мощность — 1-литровый двигатель в NSU Ro80 выдавал 114 л.с. чрезвычайно впечатляюще в конце 1960-х годов.
Поскольку роторные двигатели очень компактны по конструкции, физический размер двигателя значительно меньше, чем у традиционного двигателя внутреннего сгорания, что дает очевидные преимущества с точки зрения экономии веса и упаковки.
Есть недостатки?
К сожалению, много. Первоначально у NSU была проблема с конструкцией наконечников ротора, из-за которых они либо теряли контакт со сторонами камеры, либо повреждали стенки камеры, что приводило к многочисленным претензиям по гарантии и замене двигателей.Это было настолько финансово, что NSU в конечном итоге перешла к Audi. В то время как Mazda лучше справилась с решением проблемы наконечников ротора, в целом роторный двигатель не так долговечен, как обычный агрегат, что приводит к необходимости ремонта на более раннем этапе эксплуатации автомобиля, чем двигатель с обычным двигателем.
Роторный двигатель также не очень экономичен и имеет низкие оценки в тестах на выбросы загрязняющих веществ. Даже с двумя свечами, обеспечивающими искру для сгорания, форма и размер камеры сгорания действительно означает, что значительное количество несгоревшего топлива выходит через выхлопное отверстие, делая автомобиль с роторным двигателем более голодным, чем автомобиль с обычным двигателем.Гораздо лучшим предложением был бы роторный двигатель, работающий на водороде, поскольку его значительно более летучая природа не приводила бы к утечке несгоревшего топлива.
Что еще хуже, роторные двигатели нуждаются в том, чтобы их камеры ротора смазывались маслом, и даже при точном впрыске очень небольших количеств, чтобы роторы не повредили стенки камеры, часть этой смазки неизбежно будет выбрасываться вместе с выхлопом. газы, усугубляющие их выбросы.
Наши пять лучших автомобилей с роторными двигателями
Несмотря на свои проблемы, роторные двигатели часто возвращаются, особенно Mazda, главный сторонник их достоинств.Концепция RX-Vision была представлена в Токио еще в 2015 году, но серийная версия так и не была реализована, и хотя были разговоры о том, что роторный двигатель используется в качестве расширителя диапазона для электромобилей несколькими производителями (включая, что неудивительно, Mazda), поскольку пока серийных моделей не было.
А пока нам придется наслаждаться теми роторными двигателями из прошлого. Вот наша пятерка.
NSU Ro80
В то время как люди более молодого возраста почти наверняка подумают о Mazda, когда их спросят о машине с роторным двигателем, для людей определенного возраста NSU Ro80 будет первым автомобилем, который придет на ум.И по совершенно неправильным причинам. Большинство из них не помнит его передовой дизайн, использование дисков по кругу или его мощность в 114 л. С. Всего из одного литра емкости.
Нет, большинство будет помнить сгоревшие наконечники ротора, ремонт двигателя на расстоянии 30 км / км и репутацию человека с хронической ненадежностью. Это будет несправедливое примечание в учебниках истории роторного двигателя — это был отличный автомобиль для вождения, и во многих отношениях он был на десять лет раньше своего времени. Да, вначале у него были проблемы с двигателем, но они были решены в течение его срока службы.Однако для NSU было уже слишком поздно, и, несмотря на десятилетний производственный цикл, было выпущено всего 37 398 экземпляров, а финансовое бремя автомобиля ускорило безвременную кончину NSU.
Mazda RX-7 (третье поколение)
Несмотря на объем всего 1,3 литра, Mazda RX-7 Mk3 была хороша для 252 л.с., в немалой степени благодаря двойным турбонагнетателям, и при небольшой снаряженной массе в 1218 кг. был наделен 210 л.с. на тонну. Небольшой двигатель был установлен прямо рядом с переборкой для конфигурации с передним и средним расположением двигателя — он был исключительно маневренным и делал его достойным автомобилем для водителя.
Играя главные роли во многих гоночных играх, таких как Need for Speed и Grid , автомобиль оставался знаменитым еще долгое время после прекращения производства в 2002 году. Сегодня автомобиль вспоминают как культового героя. И хотя это правда, что роторный двигатель RX-7 может нуждаться в ремонте всего за 60 000 миль (основная причина — изношенные концы ротора), ухоженный RX-7, безусловно, является заманчивой перспективой.
Citroën GS Birotor
Классический случай правильного автомобиля, неправильного времени? Мы никогда не узнаем, но Citroën GS Birotor был основан на популярном GS, и с его двигателем объемом 995 куб. См, развивающим 106 л.с., он должен был быть подходящей моделью с максимальным объемом.Это был не только более быстрый, чем обычный GS, но и более качественный продукт, с дисковыми тормозами со всех сторон и более роскошным интерьером.
Но, как и все автомобили с роторным двигателем, у него была трагическая жажда топлива, и его запуск в октябре 1973 года, к сожалению, совпал с нефтяным кризисом 1973 года. Цены на топливо взлетели, и покупатели стали держаться подальше, отдав предпочтение более экономичной технике. Всего было продано 847 экземпляров, прежде чем Citroën прекратил поставки, даже попытался выкупить все уже поставленные экземпляры.В результате сегодня выживают очень немногие GS Birotors.
Mercedes C111
Хотя изначально предполагалось, что это будет только исследовательский проект, Mercedes C111 должен быть в самом верху списка концептов, которые мы хотели бы построить. Футуристический стиль Бруно Сакко был возвышенным — без сомнения, этому способствовал его чудесный оранжевый оттенок — но, возможно, часто забывают, что два экземпляра были сделаны с роторными двигателями.
C111-I 1969 года имел трехроторный двигатель Ванкеля мощностью 276 л.с., в то время как C111-II 1970 года имел четырехроторный двигатель мощностью 345 л.с., что давало им максимальную скорость 168 и 186 миль в час соответственно, в то время как C111-II имел 0-62 миль в час всего за 4.9сек. Однако даже инженеры Mercedes не смогли заставить его работать должным образом, сославшись на проблемы с надежностью и долговечностью, а также на потенциальные проблемы при прохождении правил выбросов США.
Mazda 787B
Эпоха Группы C породила замечательную технику, возможно, ничто не лучше, чем единственный автомобиль без поршневого двигателя, выигравший в Ле-Мане — Mazda 787B. 2,6-литровый четырехроторный агрегат автомобиля выдавал 697 л.с. при 9000 об / мин и 448 фунт-фут крутящего момента при 6500 об / мин в гоночной комплектации (Mazda утверждает, что 845 л.с. могли быть произведены в квалификационных спецификациях), гарантируя, что соотношение мощности к массе двигателя было значительно лучше, чем у двигателя. его конкуренты с более крупными двигателями.
Тем не менее, конкуренты, такие как твин-турбо V8 C11 от Mercedes, были быстрее на одном круге. Но что интересно, безнаддувный роторный агрегат 787B превзошел тенденцию, установленную где-то еще в этом списке, будучи удивительно надежным. Это позволило ему превзойти все шансы и выиграть «24 часа Ле-Мана» 1991 года под управлением Джонни Герберта, Фолькера Вайдлера и Бертрана Гашо. Впоследствии роторные автомобили были запрещены в Ла Сарте, но победа 1991 года продемонстрировала, что при правильной разработке роторный двигатель может конкурировать с лучшими поршневыми машинами и превосходить их.
Проблема с роторными двигателями: инженерное объяснение
Высокая мощность в крошечном, простом и легком корпусе. В роторном двигателе Ванкеля есть что любить, но недостаточно, чтобы поддерживать его жизнь. Давайте посмотрим, что пошло не так
Они компактные, мощные и производят потрясающий шум.Так почему же роторные двигатели так и не стали популярными, и почему от этой концепции почти отказался один производитель, который ее отстаивал? Давайте проведем вас через это.
NSU Spider 1964 года был первым серийным автомобилем в мире, у которого задние колеса плавились под действием роторного двигателя Ванкеля. Автомобильный дебют Ванкеля готовился десятилетиями, хотя срок его службы был относительно коротким, и он закончился выпуском Mazda RX-8 2011 года. Это приводит нас к нескольким вопросам:
- Как работает роторный двигатель?
- Какие преимущества у этого двигателя? (Зачем это было сделано?)
- Какие недостатки есть у двигателя? (Почему он умер?)
1.Как работает роторный двигатель?
Процесс роторного двигателя очень похож на то, что происходит в традиционном поршневом цилиндровом двигателе. Отличие в том, что вместо поршней здесь ротор треугольной формы, а вместо цилиндров — корпус, напоминающий овал.
Всасывание
По мере того, как ротор перемещается внутри корпуса, небольшой воздушный карман расширяется в больший, создавая тем самым вакуум.Этот вакуум поступает во впускные отверстия, из которых воздух и топливо затем всасываются в камеру сгорания.
Сжатие
Ротор продолжает вращаться, сжимая топливно-воздушную смесь относительно плоской стороны корпуса ротора.
1 МБ
Благодарю Итана Смейла за эпический GIF!Мощность
Две свечи зажигания используются для воспламенения топливовоздушной смеси, помогая ускорить процесс сгорания и обеспечить сгорание большей части топлива, и это заставляет ротор продолжать вращаться.
Выхлоп
Подобно такту впуска, ротор перемещается до тех пор, пока не станут доступны выпускные отверстия, а затем выхлопные газы под высоким давлением вытесняются наружу, когда ротор закрывается из корпуса.
Важно понимать, что в отличие от поршневого цилиндрового двигателя в одном корпусе ротора все эти события происходят почти одновременно. Это означает, что в то время как всасывание происходит на одной части ротора, также происходит рабочий такт, что приводит к очень плавной подаче мощности и большому количеству мощности в небольшом корпусе.
2. Какие преимущества дает двигатель Ванкеля?
Удельная масса
Одним из самых больших преимуществ роторного двигателя был его размер.Двигатель 13B Mazda RX-7 занимал около одного кубического фута объема, но вырабатывал значительную мощность для своих небольших размеров.
Меньше движущихся частей
Часто в инженерии самое простое решение оказывается одним из лучших. Роторный двигатель резко сокращает количество деталей, необходимых для сгорания, при этом всего три основных компонента вращаются в двухроторном двигателе.
Плавная и высокая частота вращения
Роторный двигатель не имеет возвратно-поступательной массы, как клапаны или поршни в традиционном двигателе.Это приводит к невероятно сбалансированному двигателю с плавной подачей мощности и способности развивать высокие обороты, не беспокоясь о таких вещах, как клапан-поплавок.
3. Почему умер роторный двигатель?
Mazda RX-8 2011 года стала последним серийным автомобилем с ротором Ванкеля 1.3-х литровый Ренезис. Независимо от того, соответствовал ли RX-8 названию роторного двигателя, мы все прослезились из-за потери этого инновационного и уникального подхода к внутреннему сгоранию. Что нанесло последний удар? RX-8 не соответствовал нормативам выбросов Евро 5, и поэтому после 2010 года он больше не мог продаваться в Европе. Хотя в штатах он оставался законным, продажи значительно упали, поскольку модель существует с 2004 года.
Какие недостатки у поворотной конструкции?
Всего три основных движущихся части в двухроторном двигателе ВанкеляНизкий тепловой КПД
Из-за длинной камеры сгорания и уникальной формы тепловой КПД двигателя был относительно ниже по сравнению с поршневыми аналогами.Это также часто приводило к выходу несгоревшего топлива из выхлопных газов (отсюда и тенденция роторных двигателей к обратному воспламенению, что, очевидно, столь же круто, сколь и неэффективно).
Берн Бэби Берн
Роторный двигатель по своей конструкции сжигает масло. Во впускном коллекторе есть масляные распылители, а также форсунки для распыления масла непосредственно в камеру сгорания. Это не только означает, что водитель должен регулярно проверять уровни масла, чтобы поддерживать надлежащую смазку ротора, но также означает, что из выхлопной трубы выходит больше вредных веществ.А окружающая среда ненавидит плохое.
Это отверстие в корпусе — это то место, куда непосредственно впрыскивается масло во время впускного «такта» двигателя.Уплотнение ротора
Еще одна проблема, которая также может повлиять на выбросы: сложно герметизировать ротор, когда он находится в очень разных температурах.Помните, что всасывание и сгорание происходят одновременно, но в очень разных местах корпуса. Это означает, что верхняя часть корпуса относительно холодная, а нижняя часть намного горячее. С точки зрения герметичности это проблематично, поскольку вы пытаетесь создать уплотнение «металл-металл» с металлами, которые работают при существенно разных температурах. Использование рубашек для охлаждающей жидкости, чтобы помочь выровнять тепловую нагрузку, эту проблему можно уменьшить, но никогда полностью не уменьшить.
Выбросы
Если сложить все вместе, ротор погаснет. Сочетание неэффективного сгорания, внутреннего сгорания масла и проблем с герметизацией приводит к тому, что двигатель не может конкурировать с сегодняшними стандартами по выбросам или экономии топлива.
Чем отличается RX-8 от конкурентов?
Печально известное верхнее уплотнение ротора RX-7 13BВ моем видео, описывающем недостатки RX-8, зрители справедливо отметили, что я сравнивал автомобили 2015 модельного года с моделью 2011 года с точки зрения экономии топлива, что было несправедливо со стороны Mazda.Давайте исправим это неправильно, используя RX-8 первого года выпуска.
| Автомобиль | Объем двигателя | Вес | Мощность | MPG Комбинированный рейтинг |
| 2004 Mazda RX-8 | 1.3л Ванкель | 3053 фунтов (1385 кг) | 197-238 л.с. (авто / человек) | 18 миль на галлон (13 л / 100 км) |
| 2004 VW GTI | 1,8 л I4 | 2934 (1330 кг) | 180 л.с. | 9,8 л / 100 км (24 миль на галлон) |
| 2004 Корвет | 5,7 л V8 | 3214 фунтов (1458 кг) | 350 л.с. | 20 миль на галлон (11.8 л / 100 км) |
Как вы можете видеть выше, RX-8 не очень хорош с точки зрения экономии топлива. Corvette со значительно более мощным двигателем, мощностью на 47 процентов и массой на 5 процентов по-прежнему обеспечивает на 11 процентов большую экономию топлива. Также стоит упомянуть, что это был первый год выпуска модели RX-8, в то время как двигатели Corvette и GTI использовались с предыдущих лет.Проще говоря, о RX-8 нельзя сказать ничего хорошего с точки зрения экономии топлива. Хотя покупатель не обязательно может рассматривать это как отрицательный момент, без учета выбросов нет автомобиля, который можно было бы купить.
Стоит отметить, что с момента первой публикации этой статьи Mazda объявила, что вернет роторные двигатели, но только в качестве небольших расширителей запаса хода в электромобилях. Другими словами, ничего, что не взорвется.
Четырнадцать блестящих вращающихся Мазд, о которых вы, наверное, никогда не слышали (Список)
Изобретенный немецким инженером Феликсом Ванкелем и запатентованный им в 1929 году, гениальный роторный двигатель Ванкеля стал жизнеспособной альтернативой широко распространенному двигателю внутреннего сгорания, обеспечивающему четыре такта — впуск, сжатие, сгорание и выпуск — при вращении.
Ванкель заключил сделку с немецким производителем мотоциклов (а затем возрожденных легковых автомобилей) NSU в 1951 году, а баварская фирма смело представила первый в мире автомобиль с двигателем Ванкеля (NSU Spider) в 1964 году. Поскольку роторный двигатель меньше и легче по сравнению с обычным поршневым агрегатом, с превосходным соотношением мощности к весу, он не имеет возвратно-поступательных частей — только трехсторонний ротор, вращающийся в корпусе, — поэтому он тише и плавнее, предлагая выдающуюся производительность для заданного рабочего объема.В то время президент Mazda Цунедзи Мацуда быстро осознал потенциал роторного двигателя и вскоре подписал договор о техническом сотрудничестве с NSU.
Сама Mazdaпозже утверждала, что «без роторного двигателя, вероятно, не было бы Mazda. А без Mazda роторный двигатель, конечно, не производился бы более 50 лет ». В то время как испытывающая нехватку денег NSU боролась с этим новым роторным двигателем (что в конечном итоге привело к краху компании и поглощению Audi в 1969 году), инженеры Mazda воплотили уникальную концепцию конструкции двигателя Ванкеля и в конечном итоге достигли коммерческого успеха.
Mazda также приняла роторный двигатель, чтобы отличаться от других, — философия «бросить вызов условностям», которая, к счастью, до сих пор продолжается в этой слишком редкой (в наши дни) автомобильной компании, возглавляемой инженерами. В то время как другие производители автомобилей пытались (но потерпели неудачу) сделать двигатель Ванкеля успешным, Mazda упорно отказывалась позволить сложным двигателям встать у них на пути.
Постоянно возникающая механическая проблема Ванкеля заключалась в появлении царапин — получивших название «следы дьявольских когтей» — на внутренней поверхности корпуса роторного двигателя, вызванных колебаниями уплотнений треугольного ротора, вместо того, чтобы плавно скользить по внутреннему корпусу.Такая оценка привела к низкой прочности уплотнения и вызвала преждевременный отказ от предложений роторных двигателей от многих других производителей автомобилей, включая Citroën, Mercedes-Benz, Ford, General Motors, Nissan и многих других.
Под руководством талантливого инженера Кеничи Ямамото Mazda в конечном итоге решила проблему Ванкеля с помощью уплотнения из графит-алюминиевого сплава, а также устранила другие недостатки, такие как чрезмерный расход масла и отсутствие крутящего момента на низких оборотах. Наконец, Mazda сделала роторный двигатель реалистичным в реальных условиях, сочетая надежность с высокой мощностью для своего размера.
Знаменитая Mazda 110S Cosmo Sport 1967 года с роторным двигателем (как уже упоминалось в «семерке лучших Mazdas» GRR Боба Мюррея) укрепила репутацию Mazda как небольшого, но влиятельного производителя автомобилей, в конечном итоге обеспечив компании постоянное место в истории автомобилестроения. Более поздние спортивные автомобили Mazda RX-7 и RX-8 с роторными двигателями значительно помогли укрепить эту репутацию и действительно заявили о себе, как о Mazda. Обе модели также упоминаются в семерке лучших.
К началу 1970-х годов только в США продавалось около 100 000 автомобилей Mazda с роторным двигателем в год, поэтому, несмотря на топливный кризис середины 1970-х годов, в оставшуюся часть этого десятилетия половина всего производства Mazda приводилась в движение роторными двигателями.
В дополнение к семерке лучших моделей Mazda Боба Мюррея, включая Wankel Cosmo 110S, Savanna RX-7, RX-8 и получивший победу в Ле-Мане 787B (первый и на сегодняшний день единственный роторный автомобиль, выигравший легендарную гонку 24 -часовая гонка), вот дюжина пекаря менее известных роторных моделей Mazda, чтобы смаковать.
Роторный двигатель Mazda, напечатанный на 3D-принтере, доводит наши сердца до 9000
В этом выпуске Engineering Explained Джейсон Фенске объясняет, как работает роторный двигатель Ванкеля.Используя напечатанную на 3D-принтере модель двигателя 13B-REW в масштабе 1/3 от FD Mazda RX-7, мы более подробно рассмотрим, как работают роторы. Роторный двигатель Ванкеля был впервые использован Mazda, когда компания представила Cosmo еще в 1967 году. Позже он использовался в пикапах, но не набирал популярности, пока не нашел свое применение в первом поколении RX-7 в 1978 году. , роторные двигатели и название RX-7 стали синонимами вплоть до окончательного производства RX-8 в 2012 году.
7 Фото
В отличие от обычных поршневых двигателей внутреннего сгорания, двигатель Ванкеля вместо этого содержит внутри ротор.Взглянув на модель 13B-REW, вы можете увидеть внутри корпуса ротора, где происходит все самое интересное. Ротор тортильи хрустящей формы внутри является ключом к созданию мощности и вращается с помощью эксцентрикового вала. Вал и роторы вращаются вместе, в отличие от четырехтактного двигателя, в котором используется возвратно-поступательное движение.
Во время вращения ротора активны все три камеры процесса сгорания: такт впуска, рабочий ход и такт выпуска. С двигателем 13B, имеющим два ротора, это означает, что шесть циклов выполняются одновременно.Этот процесс сгорания позволяет роторному двигателю создавать большую мощность по сравнению с аналогичным четырехтактным двигателем. Не имея дела с возвратно-поступательным движением массы, роторные двигатели могут без проблем развивать скорость до 9000 об / мин из-за инерции вращения.
Из-за длинной формы камеры сгорания из выхлопной трубы часто выходит несгоревшее топливо, что не очень эффективно. По своей конструкции роторные двигатели сжигают масло для герметизации камеры сгорания. Вот почему большинство владельцев RX-7 носят в багажнике литры масла.