¿Por qué el motor rotativo Wankel no ha visto más uso en aviones?

El motor rotativo Wankel parece tener varias ventajas sobre los diseños tradicionales de pistón y cilindro alternativo. En general, tienen una relación potencia-peso mucho mayor, menos vibración y una tasa de fallas catastróficas drásticamente reducida, entre muchos otros beneficios. Solo puedo encontrar desventajas relacionadas con las emisiones y la eficiencia del combustible. Así que mi pregunta es, ¿por qué no ha tenido más uso en la aviación aunque parece muy adecuado para esta aplicación?

1) Cuesta mucho desarrollar y certificar un motor, y hay un mercado muy limitado. FWIW, después de haber tenido un par de autos con motor rotativo, puedo decir que la economía de combustible no es tan mala cuando se está funcionando a RPM altas y constantes, como lo haría en un avión o conduciendo largas distancias en las carreteras interestatales, que yo hice cuando yo era dueño de la mía. Sin embargo, son horribles en la conducción de paradas y arranques, o en la ciudad.
"parece tener varias ventajas..." ¡esa declaración es simplemente incorrecta, desafortunadamente!
@Fattie, por favor, elabora.
@AaronHolmes: mi comentario es superfluo con las excelentes respuestas: desafortunadamente, no importa cuán "elegante" sea una idea: la conexión de la punta del pistón/rotor a la pared del barril/cilindro ... es intrínsecamente, fundamentalmente, problemático. ¡Desafortunadamente!
@Fattie Gracias y puntos de bonificación por el uso de la palabra "natty".
La entrada de wikipedia parece cubrir varios ejemplos específicos con citas. Publicar como un comentario ya que no he comprobado que aborde los detalles específicos en la pregunta de OP. en.wikipedia.org/wiki/Wankel_engine#Aircraft_engines
@Freiheit: Bueno, ahora estoy aún más confundido. La sección de Wikipedia sobre el motor de avión Wankel los hace parecer una opción perfecta.
Siempre pensé que la principal barrera para los motores Wankel en los aviones era la refrigeración. Son motores enfriados por agua y necesitan un flujo de aire significativo para mantenerse dentro de los límites de temperatura del agua.

Respuestas (4)

No tienen tasas de falla drásticamente más bajas que los motores de pistón comparables. Su falta de confiabilidad manifiesta en las aplicaciones automotrices es una de las razones por las que fracasaron tan gravemente en el mercado. Mi TA de ciencia de los materiales de la universidad tenía uno y lo reconstruyó cuatro veces. Su récord de la distancia más corta antes de fallar en un motor rotativo Mazda sin tiempo fue de 150 millas.

El modo de avería fue la falla de los sellos del vértice en las puntas del rotor debido a una lubricación deficiente, lo que provocó un desgaste y rayado excesivos y la destrucción completa de los sellos. Según mi TA, Mazda pasó por más de seis rediseños fundamentales del sistema de sellado del vértice, pero nunca pudo resolver completamente el problema básico.

Eso es terrible. Por casualidad, ¿recuerda qué problemas específicos tenía con él? Siempre escuché que un Wankel podría fallar, pero fallaría lentamente, lo que significa que sufriría una potencia de salida reducida que empeora gradualmente, pero que era esencialmente inmune a fallas repentinas y catastróficas en la forma en que un motor alternativo podría agarrotarse. Es interesante que tuviera tantos problemas. Gracias por la respuesta.
@AaronHolmes, mi RX-8 rotativo "falló repentinamente" porque simplemente dejó de girar debido a las cabezas del rotor, que es el modo de falla habitual de estos motores. Consumen aceite y, si no los rellena, destruye las puntas del rotor.
@Jamiec Eso suena como (a) una falta de mantenimiento adecuado (b) un problema específico de los motores de automóviles y su régimen de parada/arranque
@MikeBrockington tiene toda la razón.
@Jamiec Sé que muchos de estos motores, como las variantes de Mazda, introducen aceite directamente en la cámara para proporcionar lubricación y ayudar a crear un sello entre los vértices. También escuché que muchas personas recomiendan mezclar aceite de 2 tiempos en el combustible para aumentar aún más la eficacia. Sin embargo, varios fabricantes modernos, como AIE, afirman haber resuelto los problemas de consumo de aceite y desgaste excesivo. Muchos de estos motores se están utilizando en vehículos aéreos no tripulados.
Los motores Wankel han visto un poco de uso en pequeños corredores y, más recientemente, en algunas aplicaciones de vehículos aéreos no tripulados. Creo que en ambos casos la compensación de confiabilidad probablemente esté justificada por el riesgo inherente de esas actividades, pero en la mayoría de la aviación no sería un sacrificio aceptable.
Tuve un Cosmo de 1976 durante un tiempo a mediados de los 80. Motor 13B, carburador de 4 cilindros. Emisiones fallidas todos los años que tuve (debido a la inyección de aceite, creo), obtuvo un kilometraje terrible, pero navegaba de una estación de servicio a otra a 90 mph sin ninguna queja después de que lo reconstruí. Es un motor de avión brillante, con un sistema de reducción de 3:1: a las hélices no les gusta el crucero de 6500 rpm...
Específicamente, los sellos Apex fallarían, lo que provocaría una compresión deficiente en el motor para una o más de las cámaras de combustión. No siempre relacionado con una mala lubricación, ya que el motor fue diseñado para autolubricar los sellos Apex (lo que provocó una quema deliberada de aceite, una marca registrada del motor rotativo). Una vez que se perdió la compresión, al igual que en un motor de pistón, la capacidad de creación de energía se redujo drásticamente. Este problema se resolvió más o menos en los últimos años del RX-8, pero casi todos los propietarios de RX-8 (y RX-7) tienen una historia o historias sobre el reemplazo o la reconstrucción del motor.
Mi RX-8 estaba en su cuarto motor, todo reemplazado bajo garantía por la fábrica. El diseño rotativo sobresalió en el rendimiento de altas rpm y estaba feliz de estar conectado a 9000 RPM todo el día. La banda de potencia en la versión para automóvil comenzó alrededor de las 6500 RPM. Para una versión de aviación, estoy seguro de que habría una caja de cambios involucrada ya que la mayoría de las hélices no funcionan bien a 9,000 RPM. La falta de partes móviles (solo 3 en todo el motor) lo hace increíblemente confiable, además del problema del Apex Seal. Con el mantenimiento adecuado del motor, detectará una ligera pérdida de compresión a tiempo, evitando cualquier problema.
Gracioso, pero tenía un RX-7 que era a prueba de balas. Los coches rotativos de carreras de Mazda también eran muy fiables. Tal vez maltrataste tu auto.

Como señala otra respuesta, el problema principal es la poca confiabilidad.

En un motor de pistón convencional, el contacto deslizante del pistón contra la pared del cilindro es principalmente contra metal relativamente frío y está constantemente lubricado por aceite desde abajo. El contacto a menudo se mantiene firmemente mediante anillos de pistón, que tienen un resorte natural hacia afuera.

En el tipo Wankel, el contacto deslizante del sello de la punta del rotor contra la pared exterior de la cámara es frecuentemente contra metal mucho más caliente de una combustión reciente y es difícil de lubricar. Se requiere un mecanismo de resorte separado para mantener el sello cerrado contra la presión de disparo, por lo que todo es más complicado. El resultado es que los sellos de las puntas son extremadamente exigentes y tienden a desgastarse o agrietarse.

Me parece recordar que Norton pensó que había resuelto los problemas, pero sus bicicletas y vehículos aéreos no tripulados no lograron obtener un negocio significativo. No sé si hubo otros problemas que afectaron eso.

Gracias por la respuesta. Parece que algunos de los problemas son más endémicos de la conducción automotriz, con cambios constantes, amplios y rápidos de RPM y arranques y paradas del motor más frecuentes sin permitir que el motor se caliente correctamente.

Creo que la mayoría de las respuestas a esta pregunta se deben a la falta de conocimiento sobre rotativas, estos motores tienen fallas inherentes relacionadas con los sellos de ápice, pero el 90% de sus afirmaciones de "falta de confiabilidad" provienen de propietarios ignorantes puros (al menos en el mundo automotriz) y un completa falta de comprensión sobre cómo mantener uno. La mayoría de los rx8 pueden recorrer 100 000 km antes de necesitar una reconstrucción (el tiempo de ejecución promedio para tantos kilómetros es de 2000 horas), por lo que esto está relativamente en línea con la mayoría de las ventanas de revisión (gracias a Google). Y al menos no olvidemos que el motor rotativo ganó Le-mans en 1991 y la tecnología de sellado de ápices ha recorrido un largo camino desde entonces. Sin embargo, para responder realmente a la pregunta, la verdadera razón se debe al esfuerzo de obtener la certificación del motor y los costos involucrados.

Wankel RCE todavía se usa hoy en día para ultraligeros, parapente y otros usos. Aixro, Wankel Supertec, Wankel GMBH, AIE.uk, ofrecen motores rotativos Wankel para la venta, existe investigación en India. John Deere, también Curtiss-Wright, desarrolló una línea de prototipos Wankel para Aviación, en varios rangos de potencia. El motor John Deere tenía un SFC de alrededor de 240 gr/HP/hr, lo suficientemente bueno, si se considera que puede funcionar con gasolinas de bajo grado, también existían versiones de combustible pesado de Wankel.

El peso ligero, la compacidad, las fallas que no son tan totales y catastróficas como en los motores alternativos, son las ventajas de Wankel, un motor de 2 tiempos, con agarrotamiento repentino, además de problemas de vibración torsional en el eje del motor a la hélice que mataron al BD-5 y algunos pilotos.

Los motores Wankel se probaron en BD-5. No se utilizan porque son motores refrigerados por agua, generan mucho más calor que los de 2 tiempos y los 4 tiempos convencionales, y es increíblemente difícil instalar el hardware para un sistema de refrigeración necesario en un fuselaje tan pequeño, especialmente durante el rodaje. . El avión simplemente no fue diseñado para usar tal motor. Los problemas de torsión en el sistema de transmisión BD-5 se resolvieron hace mucho tiempo. Solo tiene que seguir los planes y utilizar el sistema de accionamiento correcto de un fabricante experto con un buen historial.
Buena observación. Usted sabe que las tomas de aire NACA en BD-5 fueron probadas y resultaron peores que 'Open mouth', el estilo 'Vought F-8 Crusader'. Los Wankel pequeños de hoy en día también tienen refrigeración líquida (Aixro,...), pero existían versiones de carcasa refrigerada por aire con rotor refrigerado por carga. Puede que le guste 'Cooling your Wankel', de Paul Lamar, sitio www.rotaryeng.net, propuso para las conversiones de Mazda un sistema de refrigeración similar al del Mustang P-51, que añadía empuje a partir del calor del motor. Bendiciones +
Lo que muchos constructores de BD5 nunca entendieron es que enfriar un motor no se trata de la cantidad de aire que lleva al compartimiento del motor o al radiador, sino de la cantidad de calor que se lleva. Los únicos diseños exitosos de enfriamiento del motor para el BD-5 cuando se usan motores alternativos funcionan sacando el aire a través de la parte inferior de la cola con ventilaciones recortadas en la parte trasera. El diseño del P-51 no era muy adaptable al BD-5 porque la parte inferior del ave ya se encuentra muy cerca del suelo, particularmente con el piloto en la cabina.
Una crítica del concepto BD-5, Parte 1 - PDFHALL.COM en eaa.org/eaa/aircraft-building/kits-and-plans/00---c/bede-bd-5
Eso no es una crítica, es solo la página de información de EAA sobre el BD-5. La mayor parte es precisa, pero contiene información muy anticuada.
Lo siento, no tengo licencia de piloto, no tengo BD-5, nunca construí un avión. Si lee el enlace completo, verá que un experto instaló el estilo de enfriamiento Mustang P-51 en el BD-5, con buenos resultados. Sobre Wakel, esta era la pregunta principal, puedes ingresar al sitio www.aixro.de, y ver la potencia constante que ofrecen los Wankel, al menos uno de 40 HP útil para aviación UL, y su peso con todos los accesorios, incluido el radiador de refrigeración, el agua,... Por cierto, el propilenglicol es mejor que el etilenglicol como anticongelante y líquido refrigerante, documentos SAE 741091, 840237 No puedo hacer más. saludo +
Soy muy consciente del trabajo que se ha realizado en varios BD-5. Ese estilo de toma de aire de refrigeración nunca se ha utilizado con un motor Wankel en un BD-5 porque el motor genera demasiado calor y es demasiado difícil disipar el calor en cualquier cosa que no sea la velocidad normal de crucero. "Instalado" <> "Operando". Cualquiera puede afirmar que instaló algo, pero la definición de éxito va mucho más allá de simplemente instalar algo. Como dije, la página de EAA no es una crítica. ¿Quieres más información sobre el BD-5? Visite la página de inicio de BD-5.
Estimado señor Jilimenez: el enlace de EAA incluye una imagen de un BD-5 con radiador estilo P-51, también uno con una hélice de perfil supercrítico, si el motor original en BD-5 era de 2 tiempos, propenso a hacer perla: falta enchufar, y griparse: pegado, 36 CV, 27 kW, los motores del Aixro cabrán; puede tener datos de peso incluyendo sistema de enfriamiento en su sitio. Para evitar el sobrecalentamiento, cualquier ventilador eléctrico, controlado por termostato, hará el trabajo. ¿Hay alguna razón especial por la que pareces discutir tan poco mis comentarios? No estoy en una lucha de poder, sino tratando de obtener y compartir información. OO RU?. Agur. Bendiciones +
No estoy discutiendo nada, simplemente estoy señalando hechos a alguien que nunca ha construido un BD-5 y no debería hacer declaraciones como "cualquier ventilador eléctrico... hará el trabajo". Simplemente no funciona de esa manera, lo siento. El enlace EAA solo tiene una imagen, y es un jet BD-5J pilotado por Corkey Fornof.
Como usted señala, Sport Aviation, agosto de 1986, 'A critique of the BD-5 concept', de Seth B Anderson, incluyó una imagen: 'P-51 Style Coolant Radiator on the author's BD-5', por lo que es posible agregar un aullido de enfriamiento bajo el fuselaje. En cuanto a los ventiladores eléctricos, no será difícil encontrar un radiador + ventiladores, de las dimensiones que se ajusten a su motor, controlado por termostato, incluso puede soplar aire por los lados, lo que permite el aire ram en vuelo. A partir de la investigación de Sachs sobre motores Wankel pequeños, Keller, sabemos que un ventilador que sopla es mejor que un ventilador de succión. El comentario es genérico sobre la refrigeración de motos, karts,..Sí, nunca he construido. Bendiciones +
La colocación de cualquier tipo de ventilador, eléctrico o controlado por correa, frente al radiador tiene la ventaja lógica de que funciona con aire frío, mientras que si se coloca detrás del radiador, como en la mayoría de los autos antiguos, manejará el aire caliente del radiador con menos eficacia. , no necesariamente menos consumo de energía. Puede acceder a 'Una investigación experimental de las entradas de aire sumergidas de NACA en un modelo a escala 1/5 de un avión de combate', Donald E Gault, NACA RM Nº A7I06. Bendiciones +
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