Как мы не изобрели роторный двигатель на новых принципах
Можно ли считать колесо новым принципом? С одной стороны, появилось оно несколько раньше, чем ДВС. С другой стороны, применение трения качения там, где до этого исторически применялось исключительно трение скольжения — явный шаг вперёд. На фоне технологии «тащим моржа за клыки волоком» изобретение колеса — настоящий прорыв!
История эта началась, как и сверхгибкий велосипед, со случайно увиденного видеофрагмента: в незапамятные времена кто‑то из машиностроителей решил поразить публику своим уровнем технологий, позволяющим сделать вот это вот.
Тогда это ещё не было мейнстримом и владельцы 3D‑принтеров не развлекались ещё массовым изготовлением таких декоративных передач. Работа упоротого зацепления была ярким свидетельством точного расчёта и безупречной работы ЧПУ, то есть наличия современного (в наше время, правда, уже скорее минималистичного) комплекса ПО и станочного парка. Точно установить происхождение отрывка уже, наверное, возможно только случайно — он сменил столько разных «non‑circular gear compilation», что первоисточник затерялся во мраке. Вероятно, это съёмка на тогдашний мобильник (типа «извините за качество, снимал на тапочек») какой‑то выставки, во всяком случае, окружающая обстановка подозрительно напоминает выставочный стенд (на гифке, правда, всё лишнее я обкорнал, а трясущийся в руках видеотапочек попытался стабилизировать софтово).
Моя ассоциативная цепочка сработала мгновенно и безжалостно. Увидев, насколько меняется площадь контура, ограниченного с четырёх сторон шестернями — парой соседних сателлитов, солнечной и коронной — я радостно подпрыгнул: это же почти готовый роторный двигатель! Двигатель, в котором ротор не трётся о цилиндр, а вместо этого спокойно перекатывается по сателлитам, когда они перекатываются по цилиндру! Никакого трения, никаких уплотнителей, никакого масложора и износа стенок! Да и сам макет выглядит так, как будто что‑то такое там подразумевалось — гайки стоят ровно там, где должны стоять свечи зажигания, в точке максимального сжатия.
Присмотревшись поближе, я убедился, что ключевое слово всё‑таки «почти». Контур напоминает в профиле гантель (распространение горения, мягко говоря, не самое удобное), геометрическая степень сжатия тоже оставляет желать сильно лучшего… Но нельзя ли, поставив целью именно ДВС, чуть подрихтовать форму? Может быть, можно как‑то сделать ротор менее массивным, а геометрическое сжатие при этом повысить?
За окном стремительно росли деревья и резвились слоупоки, а я не спеша изучал примеры экзотических планетарок в подобном стиле. Увы, как ни странно, ни одна из них вообще не демонстрировала сколько‑либо заметного изменения объёма, ограниченного сателлитами. Выпуклости солнечной и коронной шестерни проходят рядом, едва не цепляясь, сателлиты мечутся по безумной траектории, но такой эффект это почему‑то больше ни у кого не даёт. Неужели это просто случайность, которую авторы этого стенда не заметили? Или вот‑вот прогремит великий патент на великий двигатель?
Деревья изрядно подросли. Если бы кто‑то что‑то делал, он бы уже давно это сделал, а нагуглить ничего подобного не удавалось. Соблазн построить математическую модель и врубить оптимизацию формы был велик, но останавливало одно обстоятельство: сферических коней в вакууме не бывает. Я изрядно наигрался с юных лет с разными двухтактниками и не могу назвать трение абсолютным злом. В любом двигателе, хоть 2Т, хоть 4Т, в любом случае будет образовываться больше или меньше нагара. Даже будь он хоть водородным — всё равно маслосъёмное кольцо не идеально, что‑то будет гореть в любом случае. И если с трущихся поверхностей он будет счищаться, то шестерни, увы, будут «втаптывать» его и трамбовать до каменного состояния, пока всё это не переклинит (ну, или не расплавится от чудовищного тепловыделения от работы с жутким натягом вместо штатного зазора). А математическая модель, которая не нажрётся ошибок округления и не построит мне что‑то типа «невозможного треугольника», где после завершения всех кривых замкнутый контур не замыкается — вещь небыстрая и трудоёмкая. Нужно, чтобы поверхности не «почти точно» катились друг по другу, нужно, чтобы они катились абсолютно точно, и чтобы можно было их разбить на целое число эвольвентных зубьев. Нужно, чтобы оптимизация ничего ни во что не впихнула так, что оно в реальности зацепится. Короче, думать нужно. А думать сложно — есть много других вещей, над которыми тоже нужно думать.
Поковырявшись с прогой Gearify, которая в бесплатной версии мне рисовала что‑то колышущееся и не подлежащее сохранению, я всё более и более убеждался в уникальности того макета. Нет, ограничения бесплатной версии мне не мешали — они бы помешали в худшем случае фрезеровке, а мне никак не удавалось даже построить что‑то, достойное не то что фрезеровки — хотя бы презрительного плевка. Надо было всерьёз браться за математическую модель, и я обратился к самому хардкорному мастеру нашей мото‑эндуро‑тусовки, который уже не в первый раз комментировал мои идеи и вообще проявил себя как человек, представляющий работу техники на уровне хорошего R&D какой‑нибудь хондоямахи, дабы он развеял мои сомнения. Их я не стал даже озвучивать, просто показал видео с ротором и описал идею, чтобы посмотреть, что он скажет в ответ.
Ответ был краток.
Двоим сразу никогда не кажется. Нельзя сказать, что мы мгновенно скисли или, наоборот, загорелись попробовать вопреки всему, вдруг что получится. Но в целом, на фоне новых жизненных обстоятельств, включающих мои новые болячки и резко просевшую работоспособность, мы довольно быстро утратили остатки энтузиазма и, кроме вялых переписок «ну, надо всё‑таки перетереть эту тему», не сдвинулись в итоге никуда.
Вот так мы и не изобрели роторный двигатель на новых принципах. И заветную формулу «Роторный двигатель внутреннего сгорания, отличающийся тем, что его ротор и цилиндр выполнены в виде солнечной и коронной шестерён планетарной передачи соответственно, а уплотнители выполнены в виде шестерён‑сателлитов, образуя вместе функционирующую планетарную передачу без водила, с шестернями в общем случае необязательно круглой формы» уже никто никогда не подаст в Роспатент. А настоящим изобретателем станет кто‑то другой, кто напишет «Роторно‑планетарный двигатель внутреннего сгорания, отличающийся тем, что для снятия нагара с шестерён…» и дальше что‑то такое, что мы придумать не смогли. Это, конечно, не считая оптимизации формы, чтобы добиться лучшей геометрической степени сжатия — если, разумеется, неумолимый «матан» вообще такое позволит. Ну, или тот, кто раздует хайп и соберёт кучу денег с инвесторов, заранее зная, что ничего в итоге не получится, хотя это уже не совсем изобретательство (формальный патент, однако, вполне может быть).
А, да, предложение насчёт рамы того велосипеда всё ещё в силе: если некий смельчак, которому есть у кого одолжить три мотор‑колеса, возьмётся поиграть с колёсной формулой 3×3, я меняю эту раму на честное хабровское слово выложить потом об этом статью, плюс видео с грязеиспытаний. В некоторые города раму могу привезти, ну, а возвращать её уж точно не надо.
