Kirjoittaja Aihe: Roottorimoottori  (Luettu 3850 kertaa)

Poissa elvis

  • Pro torppari
  • ****
  • Virtuaalista räpyttelyä bittitaivaalla
Roottorimoottori
« : 09 Marraskuu, 2010, 14:12:36 »
Roottorin pyörittäminen lavan kärkiin lisätyillä patoputkimoottoreillahan on jo vanha idea, esimerkiksi http://www.aviastar.org/helicopters_eng/nhi_kolibri.php, samoin muunkin tyyppisillä suihkuvoimalaitteilla.

Tällaisissa ratkaisuissa on suurena etuna se, että roottorin pyöritys ei aiheuta vääntömomenttia runkoon (laakerikitkaa ja jättövirtauksen vaakakomponenttia lukuunottamatta) ja pyrstöroottoria tms. väännön kompensoivia ratkaisuja ei periaatteessa tarvita.

Patoputken teho on pienillä nopeuksilla vaatimaton ja alkaa kasvaa merkittävästi vasta virtausnopeuden kasvaessa ylisooniseksi. Tällöin patoputken ilmanotossa syntyy sarja tiivistysaaltoja, joilla virtausnopeus hidastetaan alisooniseksi jotta siihen voidaan syöttää polttoainetta ja polttaa se hallitusti (ylisoonisen palamisen scramjetit eivät vielä ole käyttökelpoisia). Tämä aiheuttaa paljon virtaushäviöitä ja työntövoiman pienenemistä.

Omassa ideassani (skissi liitteessä) ilmanotto tapahtuukin onton, pyörivän roottorin navasta ja ahtaminen tapahtuu keskipakokiihtyvyydellä. Virtaukseen lisätään lämpöenergiaa polttamalla, käännetään kehän suuntaiseksi ja puhalletaan ulos suuttimen (suurilla paineilla Laval-tyyppisen) kautta ulkoilmaan. Suihkun aikaansaama työntövoima kumoaa pyörimisen vastusvoimat ja ahtamisen vaatiman tehon ja laite pyörii. Ahtopaineen pitäisi olla sama kuin virtauksen dynaamisen paineen vastaavalla roottorin säteellä (kun häviöitä ei huomioida). Häviöt olisivat selvästi pienempiä kuin patoputkella ainakin ylisoonisella nopeusalueella, kun virtausnopeus roottorin sisällä pysyisi alisoonisena koko ajan. Näin ainakin teoriassa.

Roottorilla pitää olla reilu alkupyörimisnopeus jotta riittävä ahtopaine saataisiin riittävän työntövoiman aikaansaamiseksi. Toisaalta roottoria on syytä jarruttaakin. Navassa pitäisi olla siis riittävän alkunopeuden aikaansaava (sähkö)moottori ja luultavasti erillinen jarru/dynamometrikin.

Kiinnostaisi kovasti joskus kokeilla toimisiko idea käytännössä. Itsellä ei ole RSt-levysepän/koneistajan tiloja, vehkeitä eikä taitoja, eli tässä olisin hieman peräänkuuluttamassa, josko jollakulla olisi intoa ja mahdollisuuksia osallistua suunnitteluun ja toteutukseen harrastuspohjalta.

Julkaisen idean tällä tavoin, koska mielestäni idean patentointi ei kannata. On aivan mahdollista, että idea toimii ja on tehokas, mutta siviilipuolella sen käytön todennäköisesti estää jo reilusti yliäänennopeuksilla pyörivän lavan kärjen aiheuttama meteli ja luultavasti melko huono ominaispolttoaineenkulut us, vaikka sen teho/painosuhde voikin olla varsin hyvä. Sotilaspuolellakin melu on ongelma, ja patenttien kunnioitus aika epämääräistä kuitenkin. Patentoinnin vaatima vaiva ja rahanmeno ovat mielestäni turhia nimen saamiseksi patenttiluetteloon. Enemmän hyötyä ja iloa tästä ideasta lienee julkaistuna, jolloin joku saattaisi pystyä kehittämään ideaa eteenpäin käyttökelpoiseksi rakennelmaksi.
« Viimeksi muokattu: 09 Marraskuu, 2010, 14:21:33 kirjoittanut elvis »
Ei oo helppoo olla Mikko Kuustonen, ei.
-elvis-

Poissa peksa

  • Opetteleva torppari
  • **
Vs: Roottorimoottori
« Vastaus #1 : 09 Marraskuu, 2010, 15:34:53 »
Mielenkiintoista ! Mitä tarkoittaa: "ahtaminen tapahtuu keskipakokiihtyvyydellä" ? Kyllä tuon joku palstan levyseppä kohta hitsaa ...
HK 450
Futaba FC-18

Poissa elvis

  • Pro torppari
  • ****
  • Virtuaalista räpyttelyä bittitaivaalla
Vs: Roottorimoottori
« Vastaus #2 : 09 Marraskuu, 2010, 18:08:05 »
Mielenkiintoista ! Mitä tarkoittaa: "ahtaminen tapahtuu keskipakokiihtyvyydellä" ? Kyllä tuon joku palstan levyseppä kohta hitsaa ...

Turboahtimissakin tai vaikka Fouga Magisterissakin on keskipakoahtimet, niissä vaan pyörimisliike saadaan aikaan ahdinlevyllä, kun tässä vähän toisella tavalla.

Juu, levysepät, pistäkääs vaikka privaviestejä jos homma kiinnostaa! Olisi hyvä tietää jotain käytännön reunaehtoja hommalle- miten ohutta rst-levyä voi hitsata kaasutiiviisti ilman liiallista vetelyä, tarvitaanko jigejä, jäykisteitä (ja montako koppaa kaljaa tms..  ;) ) Samoin joku sorvinkäyttäjä tarvittaisiin ainakin.
Ei oo helppoo olla Mikko Kuustonen, ei.
-elvis-

Poissa elvis

  • Pro torppari
  • ****
  • Virtuaalista räpyttelyä bittitaivaalla
Vs: Roottorimoottori
« Vastaus #3 : 21 Marraskuu, 2010, 16:22:37 »
Homma elää ja muuttuu, mutta periaate pysyy samana.. Ainakin vielä homma vaikuttaa edelleenkin mahdolliselta ja mielenkiintoiselta.

Liitteessä on 3d-pdf:nä tämänhetkinen roottorin kehitysversio sellaisena kuin sitä SpaceClaimilla olen hahmotellut. Kuten näkyy, se on muuttunut potkurin mallisesta kiekkomaiseksi. Tähän on kaksikin hyvää syytä; Ensiksikin tällaiselle on helpompaa tehdä riittävän suuri ja virtaviivainen ilmanottoaukko, joka ei aiheuttaisi liian suuria painehäviöitä sisäiseen virtaukseen. Toiseksi (ja tärkeämmäksi) syyksi totesin potkurimallisessa versiossa syntyvän varsin suuren paine/aaltovastuksen lapanopeuden ylittäessä äänennopeuden. Kiekkomallisessa versiossa aaltovastus pysynee varsin pienenä.

Mittakaavakin on hiljalleen pienentynyt alkuperäisestä ajatuksesta, tässä roottorin halkaisija olisi 1m. Käsiteltävyyden kannalta tästä pitänee mennä pienempään päin, painoakin tämän kokoisella roottorilla olisi jo yli 70kg, lisäksi tulee painoa akselista, laakereista jne. Haittana pienemmässä laitteessa on ainakin hankalampi valmistus ja suurempi kierrosluku, joka voi lisätä ongelmia laakereiden kanssa. Kaasulaakerit olisi kivat, mutta saattaa mennä liian hankalaksi toteuttaa rankkojen toleranssivaatimusten kanssa.

En ole vielä varmistanut laitteen lujuutta, mutta kohdakkoin senkin teen kun geometriakin on nyt mallinnukseen riittävä.
« Viimeksi muokattu: 21 Marraskuu, 2010, 16:54:22 kirjoittanut elvis »
Ei oo helppoo olla Mikko Kuustonen, ei.
-elvis-

Poissa elvis

  • Pro torppari
  • ****
  • Virtuaalista räpyttelyä bittitaivaalla
Vs: Roottorimoottori
« Vastaus #4 : 17 Joulukuu, 2010, 19:15:22 »
Ennen kuin toimivaa protoa aletaan hitsailemaan kasaan ajattelin varmistaa laitteen yleistä toimintaa ja vähän testailla tuota www.shapeways.com :n 3d-tulostuksien käyttämistä ihan insinöörityössäkin.

Tämänhetkisessä versiossa käynnistys ajatellaan tapahtuvaksi imuaukkoon puhallettavalla paineilmalla ja tasapainotusongelmia on pyritty välttämään joustavalla jousituennalla. Näiden testaamiseksi tilasin shapewaystä 3d-mallin roottorista, laakeripukista ja pohjaventtiilistä. Tulostukset ovat varsin mittatarkkoja ja lujuuskin (white strong and flexible -nailonilla) vastaa luvattua, kuulalaakerit saa pudotettua pesäänsä ja pesän suljettua taivuttamalla laakeripesää ruuveilla ilman että myötämistä tai repeämää tapahtuu. Alumiinisen D8 -putkiakselin kiinnittämiseksi mallinsin 0,2mm alimitan roottorin napaan, mikä näyttäisi toteutuneen varsin tarkasti sekin. Sen sijaan roottoriin mallintamani D2 -pa-putket siipien sisällä sekä pohjaventtiilissä luistin ja vaipan välillä käyttämäni 1mm gäppi näyttävät menneen tukkoon, mikä estää polttoaineenpumppauskons eptin testauksen tällä versiolla.

Viikonloppuna on tarkoitus pykätä tuo roottorin "kolmijalka" ja jossain vaiheessa kokeilla millaisiin alkukierroksiin paineilmalla päästään ja verrata tilannetta teoriaan häviöiden haarukoimiseksi. Ainakin roottoriin tulee selvä vääntömomentti pelkästä imuaukkoon puhaltamisestakin..  :) Palataan asiaan..

(edit: Liitteenä pari laskettua vastetta tilanteelle, jossa roottorin painopiste olisi 5mm (eli aika reilusti) sivussa akselilta kahdella eri pyörimisnopeudella. Tässä kokeilussa jousitus oli integroitu suoraan laakeripukkiin).

edit 2: Lisätty kuva kasatusta kokoonpanosta, ei kovin kaunis mutta toimii. Muoviroottorilla näyttää riittävän kiinnitys vain kolmella jousella. Hyvin pyörii pelkällä puhalluksella suullakin, jousien varassa värähtelevien jäykän kappaleen resonanssitaajuuksien yli päästään jo niinkin. Paineilmalla testausta seuraavaksi.

edit 2: Huoltoasemalla koklasin ja ihan 50Hz loisteputkien valossa näyttäisi siltä että kierrokset saa ainakin menemään reilusti yli 3000 rpm:n ilman mitään värähtely tms. ongelmia.
« Viimeksi muokattu: 04 Tammikuu, 2011, 17:00:48 kirjoittanut elvis »
Ei oo helppoo olla Mikko Kuustonen, ei.
-elvis-