طراحي اوليۀ موتورهاي دوراني پره‌محوري با استفاده از روش مدلسازي شبه‌ابعادي

Axial vane rotary engines preliminary design by quasi dimensional modeling technique

موتورهاي دوراني از نظر قابليت‌ها همچنان داراي مزاياي بسياري نسبت به موتورهاي رفت و برگشتي رايج مي‌باشند. اما موتورهاي رفت و برگشتي بخاطر مكانيزم سادۀ آب‌بندي محفظۀ احتراق جزو موتورهاي رايج در دنيا مي‌باشند. اين مقاله به نحوۀ عملكرد، طراحي، مدلسازي و تحليل يك نوع موتور دوراني جديد، موتور دوراني پره‌محوري، مي‌پردازد. يكي از اجزاء مهم موتور دوراني پره‌محوري، بادامك آن است كه مي‌تواند بر رفتار ديناميكي موتور تأثير داشته باشد. در اين مطالعه 7 نوع بادامك مختلف به منظور يافتن بادامك بهينه از نظر رفتار سينماتيكي، داشتن كمترين ميزان سرعت، شتاب، ژرك و زاويۀ فشار و عمر كاري (TBO) شبيه‌سازي شده و آنها با بادامك متداول بكار رفته در موتورهاي دوراني پره‌محوري مقايسه و بادامك بهينه پيشنهاد شده‌است. همچنين به منظور يافتن فشارها و نيروهاي اعمال‌شده به اجزاء موتور دوراني پره‌محوري يك مدل دوناحيه‌اي و شبه‌ابعادي بعنوان يك مدل ساده، سريع و دقيق براي شبيه‌سازي چرخۀ عملكردي موتور بدون نياز به انجام محاسبات پيچيده و همچنين بدون نياز به دانستن اطلاعات دقيق ابعادي آن، توسعه داده شده‌است. در نهايت با استفاده از يك مدل پارامتريك براي موتور دوراني پره‌محوري شامل پارامترهاي ابعادي و عملكردي آن، برخي از ملاحظات طراحي آن مورد بررسي قرار گرفته است.

The rotary motion engines have still potentially many advantages over the conventional reciprocating engines. But only the reciprocating engine became the dominant mechanism for engines because of the simplicity of the combustion chamber sealing mechanism. This paper describes the basic concept, design, modeling and analysis of a new rotary engine type, axial vane rotary engine. One of important component in the axial vane rotary engine is cam profile which can affect the dynamic behaviors of engine. Seven cam profiles are simulated and compared kinematically to find an optimum cam profile with minimum velocity, acceleration, jerk and pressure angle to have an axial vane rotary engine with high TBO (Time between Overhaul) with respect to conventional type. In addition, a two-zone, quasi-dimensional model as a simple, fast and accurate model, is developed to simulate engine operating cycle and find the chambers pressure. The parametric modeling of an axial vane rotary engine as a prototype, including main parameters (geometrical and operating) is studied and some design considerations are investigated.