너팅 디스크 엔진

Nutating disc engine
다케인 너트 디스크 엔진의 작동

견과류 디스크 엔진(디스크 엔진이라고도 함)은 기본적으로 하나의 움직이는 부품과 크랭크축으로 직접 구동되는 내연기관이다.1993년 처음 특허를 받은 이 엔진은 여러 면에서 이전의 내연기관과는 다르며, 19세기에 개발된 유사한 증기동력 엔진에서 많이 끌어낸 원형 흔들림이나 흔들거리는 견과류 운동을 사용하며, 스와시판 엔진에서 회전하지 않는 부분의 움직임과 유사하다.

작전

기본 구성에서 엔진의 코어는 너트 비회전 디스크로, 허브의 중심이 Z자형 샤프트 중앙에 장착된다.샤프트의 양 끝이 회전하는 동안 디스크는 "너트"한다(축 주위를 회전하지 않고 흔들거리는 동작을 수행한다.디스크 원주의 운동은 구의 일부를 묘사한다.디스크 면적의 일부는 섭취와 압축에 사용되며, 일부는 중앙 케이스에 밀봉하는 데 사용되며, 나머지 부분은 팽창과 배기가스에 사용된다.압축 공기는 외부 축열조에 유입된 다음 디스크의 전원 측에 유입되기 전에 외부 연소실로 유입된다.외부 연소실은 엔진이 소형 엔진 크기로 디젤 연료를 사용할 수 있게 해 무인 항공기의 추진 및 기타 용도에 대한 독특한 기능을 제공한다.견과류 엔진의 한 가지 중요한 이점은 출력 스트로크의 겹침이다.

출력은 출력축(크랭크축)으로 직접 전달되어 기존 피스톤 엔진에 필수적인 복잡한 연결장치(피스톤의 선형 운동을 회전하는 출력 운동으로 변환하는 것)가 완전히 필요 없게 된다.디스크가 회전하지 않기 때문에 씰 속도는 동등한 IC 피스톤 엔진보다 낮다.그러나 전체 도장 길이는 다소 길기 때문에 이러한 장점이 없어질 수 있다.

디스크는 하우징 내부에서 흔들리며, 단일 디스크(한 쪽 로브)의 절반은 흡기/압축 기능을, 다른 쪽 로브는 전원/배기 기능을 수행한다.디스크 로브는 압축 및 확장 볼륨이 같거나 압축 볼륨이 확장 볼륨보다 크거나 작도록 구성할 수 있다.즉, 엔진을 자체 슈퍼차지하거나(슈퍼차저 참조), 밀러 사이클/앳킨슨 사이클로 작동할 수 있다.

특허 및 생산 이력

미국 특허번호 5,251,594번은 1993년 일리노이 주의 레오나드 마이어에게 "내연 디스크 엔진에 영양을 공급한다"[1]는 이유로 승인되었다.마이어 견과 엔진은 기존 왕복 피스톤 엔진보다 출력 밀도가 높고 가솔린, 중연료, 수소 등 다양한 연료로 작동할 수 있는 새로운 형태의 내연기관이다.이 특허는 미국의 다양한 20세기 견과 엔진에 대해 언급했지만, 아래에 기술된 원래의 다케인 엔진에 대해서는 전혀 언급하지 않았다.166년 된 수압의 전신과 비슷한 점이 눈에 띄게 뚜렷한데, 주된 변화는 디스크가 완전히 평평하지 않고 약간 볼록하다는 것이다.

Meyer Nutating Disk Engine의 작동 상세 및 잠재력은 T교수가 기술하였다.알렉산더([2][3][4][5]T. Korakianitis)와 동료들.

하나의 프로토타입이 자체 전력으로 잠시 실행되었으며, 전력 대 중량 비율은 일반적인 4행정 엔진과 동일하다.개발자/미 육군 연구소/NASA 기술 평가 보고서의 저자들은 (UAV 애플리케이션의 경우) 새로운 엔진의 생산 버전이 1.6 hp/lb 또는 2.7 kW/kg의 중량 대 전력 비율을 제공할 수 있다고 주장한다.[6]이것은 현재의 자동차 생산 엔진보다[7] 약간 나은데 G58이나[8] 사막 항공 DA 150 근처에는 없다.[9]

이전에 성공한 미국 기업가 해롤드 맥마스터가 이끌었던 맥마스터라는 회사는 또한 순수 수소와 순수한 산소의 혼합물을 태우는 영양 전동기를 개발하고 있는데, 이 모터는 200마력을 주지만 같은 생산량을 가진 가솔린/공기 생산 자동차 엔진의 10분의 1밖에 무게가 나가지 않는다고 주장한다.지금까지 맥마스터즈 회사는 개발에 천만 달러를 썼다고 주장한다.기존 드라이브트레인 전체를 없애면서 휠 허브에 직접 빌드할 수 있는 버전 '커피캔 크기'도 개발한다는 계획도 세워지고 있다.이 개념은 영국의 Layland Mini[citation needed] Moke에서 처음 시도되었지만, 그 당시에는 신뢰할 수 있는 동기화가 부족하여 심각한 지장을 받았으며, 이는 현재 유비쿼터스 소형화된 임베디드 컴퓨터 칩으로 인해 더 흔하다.가솔린 엔진은 맥마스터스에 의해 계획되기도 하는데, 맥마스터는 전통적인 엔진보다 훨씬 더 깨끗한 작동을 제공한다고 한다.[10]

역사

다케인 유압 디스크 엔진

주요 기사: 다케인 유압 디스크 엔진

1820년대에 더비셔의 달리 데일의 방앗간 주인 에드워드와 제임스 데이킨은 같은 원리에 기초하여 "롬핑 라이온"으로 알려진 유압 엔진(물 엔진)을 설계하고 건설했다.그들의 방앗간 근처에 있는 고압의 물을 이용하기 위해서.1830년에 허가된 특허에 수반되는 다소 불명확한 설명 외에는 그들의 엔진에 대해 알려진 것이 거의 없다.헤이지 인근 몰리파크 주물공장에서 주물을 제작했으며 무게는 7톤, 물 96피트의 머리에서 35마력을 냈다.프랭크 닉슨은 저서 '더비셔의 산업 고고학'(1969)에서 "이 기발한 기계의 가장 두드러진 특징은 아마도 그것을 설명하려는 사람들이 경험하는 어려움일 것이다. 특허자들과 스티븐 글로버는 단지 기념비적으로 이해할 수 없는 묘사를 만드는 데 성공했다"[11]고 평했다.

더 큰 모델은 Youlgreave 근처의 Alport의 납 광산을 배수하기 위해 만들어졌고 많은 증기 버전들은 이후에 다른 사람들에 의해 만들어졌다.

데이비스와 테일러

다키네스의 디자인을 바탕으로 증기 구동식 디스크 엔진을 처음으로 개발한 사람은 1836년 특허를 얻은 조지 데이비스와 헨리 테일러였다.증기의 입력을 제어하는 밸브를 장착했으며, 엔진의 축이 수평이라는 점, 엔진의 케이싱이 원판과 반대로 디스크 주위를 회전한다는 점에서도 다케인스 버전과 차이가 있었다.그 후 8년 동안 더 많은 특허가 뒤따랐는데, 주로 광범위한 작업과 엔진의 밀봉 개선을 도입했다.

1836년 데이비스와 테일러는 소금공장의 주인인 파든과 고스게에게 엔진에 대한 제조권을 허가했다.동시에 데이비스는 선미에서 패들 휠을 구동하는 디스크 엔진을 가지고 운하 예인 작업을 하고 있었다.1838년까지 브라인 펌핑 소금공장에서 5 hp 엔진을 사용하였다.

1839년 데이비스, 테일러, 파든, 고시지 등이 버밍엄 특허디스크엔진 회사에 엔진 제조권을 전달했다.회사의 감독관으로서, Henry Davies는 모든 디자인과 제조를 담당했고, Gossage는 이사였다.1841년 2월에 IASB는 26개의 엔진이 완성되었고, 260마력에 달하는 추가 엔진이 진행 중이며, 총 500마력이 주문되었다고 보고했다.그들은 5마력에서 30마력에 이르는 엔진을 만들 수 있었고, 현재 철도 마차를 위한 엔진을 만들고 있었다.1841년 프랑스 저널의 한 기사는 더들리 코빈 홀 마인에서 12 hp 엔진 한 대가 6개월 동안 구불구불한 엔진으로 사용되어 1분 만에 1t 180 ft의 하중을 들어올릴 수 있었다고 보도했다.디스크 엔진의 가격은 8 hp 머신의 경우 96파운드에서 30 hp 모델의 경우 300파운드까지이다.

Ipswich의 랜섬즈 오브 Ipswich(나중에 유명한 농업 기술자 랜섬즈와 심스가 된)는 1841년 로열 리버풀 쇼에서 5 hp BPDE 디스크 엔진으로 구동되는 휴대용 증기 엔진을 전시했다.

1840년까지 Davies 엔진에 의해 구동되는 The Experimention이 프로펠러 테스트에 사용되었고, 1842년 Davies는 스투브리지 운하의 반 마일을 배수함으로써 그가 시연했던 운하 바지선에 디스크 엔진과 디스크 펌프를 설치했다.같은 해, HMS Geyser의 정점에 5 hp 엔진이 장착되었다.그러나, 템즈강과 대교차로 운하 감독관들에 대한 재판은 해군이나 운하 소유주들을 설득하는데 실패했다.

그럼에도 불구하고, 운하의 증기력을 이용하는 것에 대한 관심이 높아졌고, 운하 보트의 작은 빔은 디스크 엔진을 매우 선호했다.데이비스는 그의 기회를 보고 1843년에 16 hp BPDE 엔진으로 쇠로 된 운하 예인선을 만들었다.세척을 최소화하기 위해 그는 보트 길이를 따라 간격을 두고 수선 아래 튜브에 둘러싸인 네 개의 프로펠러를 장착했다.총 8개의 프로펠러를 위해 두 개의 추진 장치가 나란히 있었다.버밍엄과 리버풀 접점 운하의 이사들에게 하루에 무려 16개의 바지선을 적당한 속도로 견인할 수 있는 6개의 예인선을 주문하도록 설득할 만큼 충분히 효과가 있었다.이용 중인 바지선 6~8대가 매일 평균 100t을 싣고 엘레스미어항과 울버햄프턴을 떠났다.불행히도 아무도 바지선 열차가 운하 자물쇠와 얕은 나무 사이를 어떻게 통과하는지 생각하지 못했다.각각의 그러한 장애물은 열차가 반대편에서 다시 조립되기 전에 열차를 분리해야 한다는 것을 의미했고 바지선은 개별적으로 그 장애물을 통해 손으로 다루거나 견인해야 했다.이것은 예인선과 기차의 이점을 부정했고 1845년에 운하의 책임자들은 예인선을 서비스에서 제거했다.

1844년에 BPDE는 붕괴되었다.[12]작업장 장비, 각종 완성된 엔진, 진행 중인 작업량 등이 판매용으로 제공됐다.1851년 BPDE의 주요 투자자 2명이 파산한 후 법적 절차를 밟는 동안, 디스크 엔진은 이익을 내지 못했으며, 그것을 실현 가능한 자산으로 의존한 것은 "부조리하다"고 말했다.

비쇼프

데이비스와 테일러의 경쟁자는 1840년 돈킨앤코에 첫 엔진을 만들게 한 전직 기관사 조지 대니얼 비쇼프였고, 1845년 특허가 인정됐다.파트너인 Barnard William Fary와 Bryan Donkin Jr.는 기본 디자인에 대한 특허를 획득했다; Donkin은 Bishopp와 함께 원래 엔진을 작업한 반면 Faryy는 Donkins의 직원이었다.

비쇼프의 엔진은 시장에 출시되었을 때 무역 언론의 일부 회의론에 부딪혔다.그러나 비쇼프는 다케인스의 원래 설계로 되돌아가는 것을 선택했다. 다케인스는 동력의 대부분을 차지했고 베어링과 씰에 가해지는 하중을 크게 줄였다.누수가 발생한 경우, 밀봉은 조절이 가능했다.게다가, Bishope는 그의 엔진을 그의 자신의 제조를 수행하지 않고 공인된 엔지니어링 능력을 가진 회사들에 의해 생산되었다. 그리고 Donkin의 엔진들뿐만 아니라, 그의 첫 엔진들 중 일부는 맨체스터의 Joseph Whitworth & Co.에 의해 만들어졌다.매우 좋은 평판을 가진 또 다른 엔지니어링 회사는 엔진의 잠재력을 너무나 확신하여 1849년에 디스크 엔진에 대한 특정한 책임을 지고 Bishopp를 그들의 작업 책임자로 고용한 런던의 G. Rennie와 Son이었다.

1849년까지 많은 비쇼프 엔진이 판매되었고, 하나는 타임즈 신문의 인쇄기를 운영하는 데 큰 성공을 거두었고, G. 레니와 손 사가 생산한 또 다른 엔진은 철포선 HMS 민x에 동력을 공급하는데 사용되었다.타임즈 엔진은 Whitworth에 의해 제작되었고 1851년의 위대한 전시회에서 보여졌는데, 그 전시회는 부드럽고 조용하게 진행되어 그것을 본 모든 사람들에게 깊은 인상을 주었다.

1853년 레니로부터 직경 13인치 크기의 디스크 엔진을 구입하여 55피트 높이의 러시아 군선을 추진했는데, 이 엔진은 7노트(13km/h; 8.1mph)의 속도로 작동했다.[13]

당시 디스크 엔진의 장점은 1855년 The Mechanics's Magazine에 의해 다음과 같이 나열되었다.[13]

  • 동력의 재래식 증기엔진의 절반 정도의 무게였다.
  • 불편함 없이 회전식 증기기관이라는 장점이 있었다.
  • 연료 면에서 더 경제적이었습니다. 18%까지.
  • 기어링 없이 RPM을 높일 수 있었다.
  • 고압 사용에 적합했다.

디스크 엔진은 작고 가벼우며 컴파운드와 같은 기능을 제공할 수 있는 현대의 고속 증기 엔진과의 경쟁 때문에 결국 사용되지 않게 되었다.또한 기존 엔진은 디스크 엔진과 같은 정밀 제조를 요구하지 않았고 증기 누출은 문제가 되지 않았다.

수도계량기

다케인스의 원래 엔진과 같은 기하학적 구조와 개념을 사용하는 [14][15]견과 디스크 미터는 아마도 세계에서 가장 널리 사용되는 유량계일 것이며, 미국과 유럽의 국내 구내에 설치된 수도 계량계의 절반 이상이 이런 유형이라고 주장한다.150년 동안 사용된 이 엔진은 본질적으로 다케인 디스크 엔진이며 아마도 1850년에 허가된 1850년 디스크 엔진 특허에서 "유체 측정계"를 언급한 페리와 돈킨에 의해 개발되었을 것이다.1859년까지 그것들은 뉴욕 버팔로의 버팔로 미터 회사에 의해 제조되고 있었다.

참고 항목

참조

  1. ^ 미국 특허 5,251,594, 마이어, 레너드, "내연기관 상호 연결" 1993-10-12
  2. ^ Korakianitis, T.; Meyer, L.; Boruta, M.; McCormick, H. E. (April 2004). "Introduction and performance prediction of a nutating-disk engine". Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 126 (2): 294–99. doi:10.1115/1.1635394.
  3. ^ Korakianitis, T.; Meyer, L.; Boruta, M.; McCormick, H. E. (July 2004). "One-disk nutating-engine performance for unmanned aerial vehicles". Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 126 (3): 475–81. doi:10.1115/1.1496770.
  4. ^ Korakianitis, T.; Meyer, L.; Boruta, M.; McCormick, H. E. (July 2004). "Alternative multi-nutating-disk engine configurations for diverse applications". Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 126 (3): 482–88. doi:10.1115/1.1688770.
  5. ^ Korakianitis, T.; Meyer, L.; Boruta, M.; Jerovsek, J.; Meitner, P. L. (October 2009). "Performance of a single nutating disk engine in the 2 to 500 kW power range". Applied Energy. 86 (10): 2213–21. doi:10.1016/j.apenergy.2009.01.006.
  6. ^ 영양 공급 엔진—프로토타이프 엔진 진행 상태 보고서 및 테스트 결과 (피터 L)Meitner, U.S. Army Research Laboratory, Glenn Research Center, Cleveland, Ohio),(Mike Boruta and Jack Jerovsek, KINETIC/BEI LLC, South Elgin, Illinois) NASA/TM—2006-214342 ARL–MR–0641 U.S. ARMY RESEARCH LABORATORY, Fig. 6.
  7. ^ http://www.sportscardesigner.com/hp_per_lb.jpg
  8. ^ "Two stroke engines for UAV: info collected by BML". Archived from the original on 2009-03-01. Retrieved 2007-12-31.
  9. ^ "Desert Aircraft". Archived from the original on 2007-09-17. Retrieved 2007-12-31.
  10. ^ 맥마스터 모터
  11. ^ Nixon, Frank (1969). The Industrial Archaeology of Derbyshire. David & Charles. p. 102.
  12. ^ Burn, Robert Scott (1857). The Steam Engine. London: Ward and Lock. pp. 108–109.
  13. ^ a b The Mechanics' Magazine. London: Robertson, Brooman, and Co. 1855. pp. 267–268.
  14. ^ 나이아가라 미터:견과 디스크 도면
  15. ^ Hersey Meter - 400 시리즈 포지티브 변위 디스크 워터 미터

외부 링크

역사
기술 보고서