V neustále se vyvíjejícím světě ultralehké letecké dopravy bylo vždy výzvou najít vhodnou pohonnou jednotku. Zatímco elektrická řešení jsou často proklamována jako budoucnost letectví, realita je taková, že současná kapacita baterií a jejich hmotnost nestačí pokrýt ani základní požadavky ultralehkého letectví a činí dlouhé lety nepraktickými a zároveň zvyšuje riziko havárie a požárů. Tradiční pístové motory, naproti tomu nejsou optimální z hlediska zástavby a vibrací. A právě zde přichází na scénu nový Birotační motor. Řešení, které bylo navrženo speciálně pro ultralehká letadla, bezpilotní stroje a podobná zařízení.

Ultralehká letadla, jak každý v oboru ví, vyžadují pohonné jednotky, které jsou:

Současná elektrická řešení, ačkoli mají environmentální přínosy zejména v oblasti snížení hluku a vibrací, mají v současné době také významná omezení. Hmotnost a energetická hustota dnešních baterií činí dlouhé lety prakticky neřešitelné. Navíc se zvyšuje riziko požárů, jelikož současné baterie jsou ze své podstaty v případě požáru neuhasitelné, dokud nedojde ke kompletnímu vybití nebo shoření. Tradiční pístové motory jsou z těchto důvodu stále v kurzu, a to ať už jako hlavní pohon, nebo jako takzvané Range extendry. Stále se totiž jedná o levné, spolehlivé a odzkoušené řešeni.

Birotační motor se těmto výzvám staví čelem a nabízí řešení přizpůsobené specifickým potřebám dnešního leteckého průmyslu.

Birotační motor je tříválcový zážehový čtyřdobý spalovací pístový motor. Tři válce motoru jsou uspořádány do „hvězdy“ pod úhlem 120° a pohybují se v rotujícím válcovém bloku. Válcový blok se otáčí ve stacionární skříni motoru, ve které jsou umístěny sací a výfukové kanály a zapalovací svíčky. Tato skříň je zároveň také hlava válce a obsahuje dvě spalovací místa. Každé spalovací místo je vybavené vlastním sacím a výfukovým kanálem a sadou zapalovacích svíček. Rotující válcový blok zároveň plní funkci šoupátkového rozvodového mechanismu a zajišťuje výměnu náplně ve válcích.

Jak je z obrázku výše patrné, tak během jedné otáčky bloku válců dojde v každém válci ke dvěma kompletním spalovacím cyklům. První obrázek ukazuje válec 1 v horní úvrati před otevřením sacího kanálu. Druhý obrázek ukazuje dokončení sacího cyklu válce 1 (dolní úvrať) a začátek komprese. Třetí obrázek zobrazuje ve válci 1 začátek expanze po zážehu. Čtvrtý obrázek zobrazuje začátek výfuku ve válci 1.

Vyšší poměr výkonu k hmotnosti Birotačního motoru vyplývá jak z nárůstu výkonu na jednotku objemu, tak z redukce hmotnosti. Toto je dosaženo následujícími konstrukčními prvky:

Díky šoupátkovému rozvodu je možné oproti běžným motorům výrazně zvětšit průřezy sacích i výfukových kanálů. V běžném čtyřdobém motoru se v průřezu vrtání válce nacházejí sací a výfukové ventily společně se svíčkou a/nebo vstřikovačem. V Birotačním motoru při rotaci bloku válců přechází postupně přes kanály celé vrtání válce. Velikost průřezu kanálu může být tedy daleko větší než průřezy ventilů v čtyřventilové hlavě válců běžných motorů. Vhodným tvarem kanálů se navíc šoupátko otevírá a zavírá rychleji než talířový ventil. To také přispívá k jeho celkové lepší průtokové charakteristice. Šoupátkový rozvod může mít ze svého principu mnohem vyšší plnicí účinnost motoru, než je tomu u běžných čtyřdobých motorů. Bezventilový rozvod je také vhodný ke spalování vodíku. Níže graf srovnání průtokových parametrů s běžným srovnatelným pístovým motorem.

Birotační motor má pouze jeden čep klikového hřídele a jeho písty se pohybují v jedné rovině, a proto motor nepodléhá žádným podélným vibracím, na rozdíl od tradičních řadových pístových motorů. Velmi krátký zdvih vede k výrazně nižším amplitudám setrvačných sil ve srovnání s tradičním řešením s dlouhým zdvihem. Hvězdicové tříválcové uspořádání má velmi malé nevyvážené setrvačné hmoty.

Birotační provedení motoru má z principu protiběžných rotačních hmot výhody vedoucí ke snížení vibrací. Při zážehu dochází ke zrychlení klikové hřídele a zároveň dochází ke zrychlení bloku válců opačným směrem. To výrazně kompenzuje reakční moment v uložení motoru, a při použití vhodného torzního tlumiče mezi motorem a vrtulí je tato pohonná jednotka schopna dosahovat výjimečného komfortu a nízkých vibrací při provozu. Tato skutečnost byla potvrzena při prvních letových zkouškách testovacím pilotem. Více na knobgear.com/the-antivibration-properties-of-the-birotary-engine.

Utěsnění spalovacího prostoru představuje naprosto zásadní konstrukční úkol, který je potřeba při návrhu rotačního motoru správně vyřešit. Birotační motor má patentované těsnění, které je uložené ve statické skříni. Na těsnící prvky nepůsobí setrvačné síly a s blokem válců mají plošný styk. Dobrý odvod tepla z těsnících prvků je zajištěn chlazenou statickou skříní.

Díky dalším vylepšením, které proběhly v průběhu vývoje jsme dosáhli výpočtového točivého mementu, což potvrzuje dosažení kvalitního utěsnění spalovacího prostoru.

Víc informací na stránkách knobgear.com/cs/new-birotary-engine-patents.

Dosavadní vývoj motoru proběhl ve firmě KNOB Engines s.r.o. kde jsme dosáhli významných milníků ve vývoji.

Birotační motor má potenciál posunout průmysl ultralehkých letadel a UAV. Tento motor nabízí robustní, účinné a všestranné řešení, které splňuje moderní požadavky v letectví. Dosavadní vývoj prokazuje potenciál námi navržené konstrukce Birotačního motoru.

Pro více informací navštivte www.knobgear.com.