Los motores axiales (a veces conocidos como motores de barril o de manivela en Z ) son un tipo de motor alternativo con pistones dispuestos alrededor de un eje de salida con sus ejes paralelos al eje. Barril se refiere a la forma cilíndrica del grupo de cilindros (resultado de que los pistones están espaciados uniformemente alrededor del cigüeñal central y alineados paralelos al eje del cigüeñal) mientras que la manivela Z alude a la forma del cigüeñal.
La ventaja clave del diseño axial es que los cilindros están dispuestos en paralelo alrededor del eje de salida / cigüeñal en contraste con los motores radiales y en línea, ambos tipos tienen cilindros en ángulo recto con el eje. Como resultado, es un motor cilíndrico muy compacto, que permite variaciones en la relación de compresión del motor mientras está en funcionamiento. En un motor de plato cíclico, los vástagos del pistón permanecen paralelos al eje, y las fuerzas laterales del pistón que causan un desgaste excesivo pueden eliminarse casi por completo. Se elimina el cojinete de biela tradicional, uno de los cojinetes más problemáticos de un motor tradicional.
Un diseño alternativo, el motor de levas Rand , reemplaza la placa con una o más superficies de levas sinusoidales . Las paletas montadas paralelas a un eje montado dentro de un 'barril' cilíndrico que son libres de deslizarse hacia arriba y hacia abajo montan la leva sinuosa, los segmentos formados por el rotor, las paredes del estator y las paletas constituyen las cámaras de combustión. En efecto, estos espacios sirven al mismo propósito que los cilindros de un motor axial, y la superficie de la leva sinuosa actúa como la cara de los pistones. Por otro lado, esta forma sigue los ciclos normales de combustión interna pero con la combustión de gas impartiendo directamente una fuerza sobre la superficie de la leva, traducida en una fuerza de rotación al sincronizar una o más detonaciones. Este diseño elimina los múltiples pistones recíprocos, las rótulas y la placa oscilante de un motor de "barril" convencional, pero depende fundamentalmente del sellado eficaz proporcionado por las superficies deslizantes y giratorias. [1]
En cualquier forma, el motor axial o de "barril" puede derivarse como un motor de levas o un motor de placa oscilante o de placa oscilante .
(Una placa oscilante es similar a una placa oscilante , en que los pistones presionan hacia abajo en la placa en secuencia, impartiendo un momento lateral que se traduce en movimiento rotatorio. Este movimiento se puede simular colocando un disco compacto sobre un rodamiento de bolas en su centro y presionando hacia abajo en lugares progresivos alrededor de su circunferencia. La diferencia es que mientras una placa oscilante se nuta , una placa oscilante gira. [1] )
Si bien los motores axiales son difíciles de hacer factibles a velocidades de funcionamiento típicas del motor, se han probado algunos motores de levas que ofrecen un tamaño extremadamente compacto (aproximado a un cubo de seis pulgadas (150 mm)) pero que producen aproximadamente cuarenta caballos de fuerza a c 7000 rpm, útil para vuelos aéreos ligeros. aplicaciones. La atracción de motores ligeros y mecánicamente simples (muchas menos partes móviles importantes, en forma de rotor más doce paletas axiales que forman veinticuatro cámaras de combustión), incluso con una vida útil finita, tiene una aplicación obvia para aviones pequeños no tripulados. (Dicho diseño supuestamente se probó en NAVAIR PSEF en 2003).
Historia
Macomber
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/d/df/Swashplate_anim_metal.gif)
En 1911, Macomber Rotary Engine Company de Los Ángeles comercializó uno de los primeros motores de combustión interna axial, fabricado por Avis Engine Company de Allston, Massachusetts . Una unidad de cuatro tiempos refrigerada por aire, tenía siete cilindros y una relación de compresión variable, alterada al cambiar el ángulo de la placa de oscilación y, por lo tanto, la longitud de la carrera del pistón. [2] Se le llamó "motor rotativo", porque todo el motor giraba aparte de las carcasas de los extremos.
El encendido fue suministrado por un magneto Bosch impulsado directamente por los engranajes de levas. La alta tensión entonces actual fue llevado a un electrodo fijo en el caso de apoyo frontal, de la que las chispas saltarían a las bujías en las cabezas de los cilindros a medida que pasaban dentro de 1/16 de pulgada (1,5 mm) de la misma. Según la literatura de Macomber, estaba "garantizado que no se sobrecalentaría".
Se afirmó que el motor podía funcionar de 150 a 1500 rpm. A la velocidad normal de 1.000 rpm, supuestamente desarrollaba 50 CV. Pesaba 230 libras (100 kg) y tenía 28 pulgadas (710 mm) de largo por 19 pulgadas (480 mm) de diámetro.
El aviador pionero Charles Francis Walsh voló un avión propulsado por un motor Macomber en mayo de 1911, el "Walsh Silver Dart". [3]
Statax
En 1913 Statax-Motor de Zürich , Suiza introdujo un diseño de motor de plato cíclico. Solo se produjo un prototipo, que actualmente se encuentra en el Museo de Ciencias de Londres . En 1914, la empresa se trasladó a Londres para convertirse en Statax Engine Company y planeó introducir una serie de motores rotativos ; un 3 cilindros de 10 CV, uno de 5 cilindros de 40 CV, uno de 7 cilindros de 80 CV y uno de 10 cilindros de 100 CV. [4]
Parece que solo se produjo el diseño de 40 hp, que se instaló en un Caudron G.II para el Derby Aéreo Británico de 1914 , pero se retiró antes del vuelo. Hansen introdujo una versión totalmente de aluminio de este diseño en 1922, pero no está claro si lo produjeron en alguna cantidad. La división alemana de Statax introdujo versiones muy mejoradas en 1929, que producían 42 hp en una nueva versión de válvula de manguito conocida como 29B . Greenwood y Raymond de San Francisco adquirieron los derechos de patente para los EE. UU., Canadá y Japón, y planearon un 5 cilindros de 100 hp y uno de 9 cilindros de 350 hp.
Michell
En 1917 Anthony Michell obtuvo patentes para el diseño de su motor de plato cíclico. Su característica única era el medio de transferir la carga de los pistones al plato oscilante, que se lograba mediante el uso de zapatas deslizantes inclinables que se deslizaban sobre una película de aceite. Otra innovación de Michell fue su análisis matemático del diseño mecánico, incluida la masa y el movimiento de los componentes, para que sus motores estuvieran en perfecto equilibrio dinámico a todas las velocidades.
En 1920 Michell estableció la Crankless Engines Company en Fitzroy (Australia) y produjo prototipos funcionales de bombas, compresores, motores de automóviles y motores aeronáuticos, todos basados en el mismo diseño básico. [5]
El diseñador de motores Phil Irving trabajó para Crankless Engine Company antes de su tiempo en HRD .
Varias empresas obtuvieron una licencia de fabricación para el diseño de Michell. La más exitosa de ellas fue la empresa británica Waller and Son, que producía propulsores de gas. [6]
El motor sin cigüeñal más grande de Michell fue el XB-4070, un motor de avión diesel construido para la Marina de los Estados Unidos. [7] Constaba de 18 pistones, tenía una potencia de 2000 caballos de fuerza y pesaba 2150 libras.
John O. Almen
Los motores de barril experimentales para uso aeronáutico fueron construidos y probados por el estadounidense John O. Almen de Seattle, Washington a principios de la década de 1920, y a mediados de la década de 1920 el Almen A-4 refrigerado por agua (18 cilindros, dos grupos de nueve cada uno horizontalmente). opuesto) había pasado sus pruebas de aceptación del Cuerpo Aéreo del Ejército de los Estados Unidos . Sin embargo, nunca entró en producción, según se informa debido a los fondos limitados y al creciente énfasis del Air Corps en los motores radiales refrigerados por aire . El A-4 tenía un área frontal mucho más pequeña que los motores refrigerados por agua de potencia comparable y, por lo tanto, ofrecía mejores posibilidades de racionalización. Tenía una potencia nominal de 425 caballos de fuerza (317 kW) y pesaba solo 749 libras (340 kg), lo que daba una relación potencia / peso mejor que 1: 2, un logro de diseño considerable en ese momento. [8]
Heraclio Alfaro
Heraclio Alfaro Fournier fue un aviador español que fue nombrado caballero a la edad de 18 por el rey Alfonso XIII de España por diseñar, construir y volar el primer avión de España. [9] Desarrolló un motor de barril para uso aeronáutico que luego fue producido por la Indian Motocycle Manufacturing Company como Alfaro . Fue un ejemplo perfecto del diseño de "poner en todo", ya que incluía un sistema de válvula de manguito basado en una culata giratoria, un diseño que nunca entró en producción en ningún motor. Más tarde fue desarrollado para su uso en el helicóptero Doman por Stephen duPont, hijo del presidente de la Indian Motorcycle Company, que había sido uno de los estudiantes de Alfaro en el Instituto de Tecnología de Massachusetts . [10]
Bristol
El motor axial de Bristol de mediados de la década de 1930 fue diseñado por Charles Benjamin Redrup para Bristol Tramways and Carriage Company ; era un motor de placa oscilante de 7 litros y 9 cilindros. Originalmente se concibió como una unidad de potencia para autobuses, posiblemente porque su formato compacto permitiría instalarlo debajo del piso del vehículo. El motor tenía una sola válvula giratoria para controlar la inducción y el escape. Se utilizaron varias variantes en los autobuses de Bristol a finales de la década de 1930, el motor pasó por varias versiones de RR1 a RR4, que tenían una potencia de 145 CV a 2900 rpm. El desarrollo se detuvo en 1936 tras un cambio de dirección en la empresa de Bristol. [11]
Wooler
Quizás el más refinado de los diseños fue el motor de placa oscilante británica Wooler de 1947. Este motor de 6 cilindros fue diseñado por John Wooler, más conocido como diseñador de motores de motocicletas, para uso aeronáutico. Era similar al motor axial de Bristol, pero tenía dos placas oscilantes, impulsadas por 12 pistones opuestos en 6 cilindros. El motor a menudo se denomina incorrectamente motor de plato cíclico. [12] Un solo ejemplo se conserva en la Airplane Gallery del Science Museum de Londres.
HLF Trebert
Algunos motores de barril pequeño fueron producidos por HLF Trebert Engine Works de Rochester, Nueva York para uso marino.
En la actualidad
Dyna-Cam
El motor Dyna-Cam provino originalmente de un diseño de los hermanos Blazer, dos ingenieros estadounidenses de la industria automotriz de la era del bronce que trabajaron para Studebaker en 1916. Vendieron los derechos a Karl Herrmann, jefe de ingeniería de Studebaker, quien desarrolló el concepto durante muchos años. años, obteniendo finalmente la patente estadounidense 2237989 en 1941. [13] Tiene 6 pistones de doble extremo que funcionan en 6 cilindros, y sus 12 cámaras de combustión se encienden cada revolución del eje de transmisión. Los pistones impulsan una leva en forma de seno, a diferencia de un plato oscilante o plato oscilante, de ahí su nombre.
En 1961, a la edad de 80 años, Herrmann vendió los derechos a uno de sus empleados, Edward Palmer, quien fundó Dyna-Cam Engine Corp. junto con su hijo Dennis. El hijo de Edward, Dennis, y su hija Pat ayudaron a instalar el motor en un avión Piper Arrow . El motor se hizo volar durante aproximadamente 700 horas desde 1987 hasta 1991. Su motor de mayor duración funcionó durante casi 4000 horas antes de la revisión. Dyna-Cam abrió una instalación de investigación y desarrollo alrededor de 1993 y ganó varios premios de la NASA, la Marina de los Estados Unidos, el Cuerpo de Marines de los Estados Unidos, la Comisión de Energía de California, el Distrito de Gestión de la Calidad del Aire, [ aclaración necesaria ] y la Alianza Tecnológica Regional de Los Ángeles para diferentes variaciones del mismo motor Dyna-Cam. Cerca de 40 motores prototipo fueron construidos por Herrmann Group y otros 25 construidos por Dyna-Cam Group desde que adquirieron el motor y abrieron su tienda. Se otorgó una nueva patente a Dennis Palmer y Edward Palmer, primero en 1985 y luego varias más alrededor del 2000 a Dennis Palmer. En 2003, los activos de Dyna-Cam Engine Corporation fueron adquiridos por Aero-Marine Corporation, que cambió su nombre a Axial Vector Engine Corporation . [14] Axial Vector luego rediseñó totalmente el motor de levas. El nuevo motor de Axial Vector, como muchos de los otros en esta lista, sufre el problema de "poner todo", incluidas las válvulas piezoeléctricas y el encendido, camisas de cilindros de cerámica sin anillos de pistón y una variedad de otras características avanzadas. Tiene poca similitud con los motores originales Herrmann y Dyna-Cam, ya que el motor Dyna-Cam usaba válvulas convencionales, anillos de pistón, accesorios, no tenía materiales cerámicos no probados y en realidad volaba en un avión y también impulsaba un motor de 6,1 m (20 pies). ) Barco de esquí "Eliminator" desde hace más de cuatro años.
Covaxe
La empresa del Reino Unido Covaxe Limited (conocida como FairDiesel Limited hasta 2017) está diseñando motores diésel de pistón opuesto de dos tiempos que utilizan levas no sinusoidales, para aplicaciones industriales y uso aeronáutico. Los diseños de sus motores van desde 2 cilindros, 80 mm de diámetro hasta 32 cilindros, 160 mm de diámetro. [15]
Duke Engines
La empresa neozelandesa Duke Engines, fundada en 1993, creó varios motores diferentes e instaló uno en un automóvil en 1999. El motor funciona con una plataforma de motor de combustión interna de 5 cilindros, 3 litros y 4 tiempos con su disposición axial única, que se encuentra en su tercera generación. Debido a un diseño sin válvulas, el motor Duke pierde menos energía entre las carreras de potencia. [16] Los prototipos actuales de los motores de Duke afirman coincidir con las características de los motores de combustión interna convencionales, pero con menos piezas y un 30% más ligeros. Esto va en la dirección de desarrollar un motor más eficiente. Durante el desarrollo, el Duke ha sido probado en MAHLE Powertrain en el Reino Unido y en los Estados Unidos; Los resultados de las pruebas muestran que tiene capacidad para varios combustibles. [17] Los beneficios de ligereza y compacidad del motor Duke deberían hacer que este diseño sea ideal para motores de motocicletas; y estos beneficios podrían hacer que el motor sea adecuado también para aviones ligeros. [18] (Hay pocos datos sobre si el motor Duke es suave; el eje principal tiene un gran contrapeso adjunto).
Módulo de energía cilíndrico
El módulo de energía cilíndrico (CEM) es un motor de placa cíclica de onda sinusoidal que también se puede utilizar como una bomba independiente, alimentado por una fuente externa. El conjunto del rotor del plato oscilante giratorio se mueve hacia adelante y hacia atrás con la ayuda de los pasadores de impulsión del pistón, que siguen una pista de leva sinusoidal estacionaria que rodea el conjunto del rotor. [ cita requerida ]
Aplicaciones
- La aplicación más conocida es en torpedos , donde es deseable la forma cilíndrica. El moderno torpedo Mark 48 está propulsado por un motor de plato cíclico de 500 hp acoplado a un propulsor de chorro de bomba . Está alimentado por Otto Fuel II , un monopropelente que no requiere suministro de oxígeno y puede propulsar el torpedo a una velocidad de hasta 65 nudos (120 km / h) (74,56 mph). [19]
- Otras aplicaciones incluyen motores neumáticos e hidráulicos, transmisiones hidrostáticas como Honda Hondamatic 's CVT , [20] y acondicionador de aire bombas. [21] Además, algunos motores Stirling utilizan una disposición de placa oscilante, por ejemplo , el motor STM 4-120 de Stirling Thermal Motors. [22]
Ver también
- Bomba de pistones axiales
Notas
- ^ Yo mismo, Douglas . "Motores axiales de combustión interna" . El Museo de Tecnología Retro . Consultado el 1 de mayo de 2011 .
- ^ "Motor aeronáutico Macomber" . Pilotfriend . Consultado el 4 de julio de 2008 .
- ^ "Charles F. Walsh" . earlyaviators.com . Consultado el 4 de julio de 2008 .
- ^ Ángulo, Glenn Dale (1921). Enciclopedia de motores de avión . Prensa de Otterbein. pag. 468 .
- ^ "Michell, Anthony George Maldon (1870-1959)" . Diccionario australiano de biografía . Centro Nacional de Biografía, Universidad Nacional de Australia.
- ^ Douglas Self . "Motores axiales de combustión interna" .
- ^ "SPECO XB-4070-2 Diesel 9 Barrel Engine" .
- ^ "Fichas técnicas> Barril Almen A-4" . Museo Nacional de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos . Archivado desde el original el 13 de junio de 2008 . Consultado el 29 de junio de 2008 .
- ^ Un piloto español de 1911 y aeroingeniero del MIT y su motor aeronáutico de 1938, actualizado para hoy . duPont. 2006. ISBN 0977713407.
- ^ Stephen, duPont (2006). Un piloto español de 1911 y aeroingeniero del MIT y su Aero motor de 1938 . Grupo TEBA. ISBN 0-9777134-0-7.
- ^ Setright, LJK (1975). Algunos motores inusuales . Publicaciones de ingeniería mecánica. ISBN 0-85298-208-9.
- ^ Smith, Herschel H. (1981). Motores de pistón de avión: desde el Manly Baltzer hasta el Continental Tiara . McGraw-Hill. ISBN 0-07-058472-9.
- ^ Herrmann, Karl L. (abril de 1941). "Patente de Estados Unidos número 2237989" . USPO . Consultado el 4 de julio de 2008 .
- ^ "Axial Vector Engine Corporation anuncia la resolución del litigio Dyna-Cam" . Corporación Axial Vector Engine. 6 de julio de 2006. Archivado desde el original el 2 de marzo de 2008 . Consultado el 4 de julio de 2008 .
- ^ "Motores diésel de dos tiempos para una amplia aplicación" . FairDiesel Limited. 2006 . Consultado el 7 de julio de 2008 .
- ^ "Motor axial sin válvulas increíblemente compacto y ligero de Duke Engines" . newatlas.com . Consultado el 7 de octubre de 2016 .
- ^ "Un motor alternativo" axial "de cuatro tiempos" . Duke Engines. 2013 . Consultado el 23 de julio de 2013 .
- ^ "Duke Axial Prototype: ¿El último diseño de motor de motocicleta? | HASTA LA VELOCIDAD" . Motociclista . Consultado el 7 de octubre de 2016 .
- ^ Friedman, Norman (1997). La Guía del Instituto Naval de los sistemas mundiales de armas navales, 1997–1998 . Prensa del Instituto Naval. pag. 694. ISBN 1-55750-268-4.
- ^ "Innovaciones técnicas CVT de Honda para vehículos todo terreno" . Ingeniería Off-Highway Online. Archivado desde el original el 2 de diciembre de 2008 . Consultado el 7 de julio de 2008 .
- ^ "Compresores de plato oscilante variable" . Visteon Corporation. 2008. Archivado desde el original el 18 de julio de 2008 .
- ^ Urieli, Dr. Israel (2 de diciembre de 2007). "Configuraciones del motor Stirling" . Archivado desde el original el 20 de junio de 2003 . Consultado el 7 de julio de 2008 .
Referencias
- McLanahan, J. Craig (28 de septiembre de 1998). "¿Motores de aviones de barril - anomalía histórica o innovación bloqueada?". Congreso y exposición mundial de aviación, septiembre de 1998 . Warrendale, Pensilvania: SAE International.
- McCutcheon, Kimble D. "El motor de barril Almen A-4" (PDF) . Sociedad Histórica de Motores de Aeronaves. Archivado desde el original (PDF) el 20 de agosto de 2008 . Consultado el 29 de junio de 2008 .
enlaces externos
- Motor de barril - Parte 2 Vuelo diciembre de 1941