Opublikowano: 26 września 2014

Można śmiało powiedzieć, że w dziedzinie silników spalinowych niewiele się dzieje. Wystarczy dokładnie przyjrzeć się większości stosowanych obecnie konstrukcji aby dojść do wniosku, że wywodzą się one wprost z konstrukcji sprzed co najmniej półwiecza.

Ryszard Romanowski

Na konstrukcje współczesnych silników wpłynął głównie rozwój elektroniki. Dawne rozwiązania rozwinięto o wymyślne układy dolotowe, zmienne fazy rozrządu itd. Zasadnicze jednak mechaniczne części silnika nie przeszły żadnych nadzwyczajnych zmian. Mimo wyszukanych rozwiązań elektronicznych na niewiele wyższym poziomie w stosunku do lat  minionych pozostała sprawność  silnika benzynowego. Nieco większą ewolucję przeszły współczesne silniki o zapłonie samoczynnym, ale i w ich przypadku można było spodziewać się czegoś więcej. Szczególnie jeśli obserwuje się postęp w innych dziedzinach techniki. Takie mniej więcej refleksje nasuwają po lekturze materiałów na temat zupełnie nowej koncepcji silnika. Gun Engine wynaleziony przez Kanadyjczyka polskiego pochodzenia Kazimierza „Stana” Hołubowicza doczekał się nie tylko opracowania teoretycznego lecz również działającego prototypu.

Gun Engine przerobiony z kupionego na złomowisku silnika Suzuki, podczas testów

Kazimierz Hołubowicz jest fizykiem o specjalności elektromechanika kwantowa i z teorią silników spalinowych zetknął się niemal przez przypadek. Podczas rozmowy z synem nie mógł uwierzyć, że  w praktyce sprawność większości silników spalinowych wynosi około 20%, aczkolwiek w teorii uznaje się wartości z przedziału od 25 do 40%. Jednakże nawet te najwyższe teoretyczne wartości uznał za śmiesznie niskie w urządzeniu, którego rozwój trwa grubo ponad sto lat. Doszedł do wniosku, że w urządzeniu o tak niskiej sprawności łatwo usunąć błędy i stworzyć silnik na miarę XXI stulecia. W praktyce okazało się to trochę bardziej skomplikowane i dopiero po ośmiu latach mógł wysłać wnioski do biur patentowych.
Silnik Hołubowicza ma wiele części wspólnych z tradycyjnymi silnikami, takich jak zawory, wał korbowy itd. Zasadniczą różnicą jest to, że wykorzystuje on eksplozje par mieszanki paliwowo-powietrznej, które nie zachodzą na powierzchni zasadniczego, przekazującego pracę tłoka, tylko na powierzchni tłoka dodatkowego, który pływa na czymś w rodzaju poduszki powietrznej. Spowalnia to wzrost ciśnienia działającego na tłok zasadniczy, co w efekcie pozwala na nawet dziewięćdziesięciokrotny – zdaniem konstruktora – wzrost wartości momentu obrotowego. W tej konstrukcji moment obrotowy nie zależy od ilości obrotów, co pozwala na rezygnację ze skrzyni biegów. Moc jest wprost proporcjonalna do ilości obrotów. Silnik nie wymaga regulowanego wyprzedzenia zapłonu.
Konstruktor wyeliminował najistotniejsze wady silników spalinowych, takie jak marnowanie ciepła przez układ chłodzenia i nie do końca jeszcze rozprężone spaliny. Wprowadził tzw. chłodzenie wewnętrzne, a ciśnienie spalin zbliżone jest do ciśnienia atmosferycznego.

cały artykuł dostępny jest w wydaniu 9 (84) wrzesień 2014

Opublikowano: 26 września 2014

Od wydrukowania dwóch pierwszych części o tytule jak wyżej minęły już przeszło trzy lata i jest to jeszcze jedno potwierdzenie tezy, że praca inżyniera to raczej bieg długodystansowca czy wręcz maratończyka, a nie sprintera, jak w niektórych zawodach. Ponieważ grono czytelników „Projektowania i Konstrukcji Inżynierskich” przez te lata się co nie co zmieniło, a że i pamięć o materiałach wtedy publikowanych jest zapewne niezadowalająca, to aby podjąć „z marszu” kontynuację tematu niezbędne jest kilka zdań przypomnienia.

Edward Margański

Historia dotyczy pewnego pomysłu, być może bardzo istotnego w rozwoju techniki lotniczej. Ogólnie rzecz biorąc chodzi o rozwiązanie problemu: jak zapewnić samolotom wymaganą stateczność i sterowność, i jednocześnie wygenerować na skrzydłach i usterzeniu poziomym większą niż dotychczas siłę nośną. W lotnictwie problem ten, w dobie, gdy walczymy nawet o pojedyncze procenty zużycia paliwa na każdy kilometr przeleciany przez pasażera, ma zasadnicze znaczenie.

„Małgosia” jako motoszybowiec

Przez ponad sto lat rozwoju lotnictwa kładziono nacisk na poprawę osiągów samolotów pozostawiając na boku zagadnienie, którego rozwiązanie mogłoby poprawić skokowo parametry ekonomiczne transportu lotniczego nawet o kilkanaście procent. Jaki to problem? Ano taki, że zapewnienie wspomnianej już stateczności i sterowności samolotu powoduje, że umieszczone zwykle z tyłu samolotu usterzenie poziome w czasie startu i lądowania wytwarza siłę skierowaną do dołu. A tak się nieszczęśliwie składa, że właśnie przy starcie i lądowaniu musimy tej siły wytworzyć jak najwięcej. Skrzydło wytwarza siłę, jak sama nazwa wskazuje, unoszącą samolot do góry, zaś „działalność” usterzenia redukuje sumaryczną siłę nawet o kilkanaście procent, czyli dla uzyskania siły nośnej niezbędnej do utrzymania samolotu w powietrzu musimy powierzchnię skrzydeł zwiększyć, o co najmniej owe kilkanaście procent. A te większe skrzydła więcej ważą, mają większy opór, a samo usterzenie poziome (niezbędne przecież) również waży i stwarza opór więc w sumie samolot jest nieco odległy od ideału.
A gdyby tak – przy zapewnieniu niezbędnej stateczności i sterowności – uzyskać sytuację, w której usterzenie nie „ciśnie” w dół, lecz zgodnie współpracuje ze skrzydłami, wytwarzając sterowaną siłę skierowaną w praktycznie wszystkich użytkowych okolicznościach właśnie do góry? To jest istota pomysłu, a w praktyce pomysłów, które na pewnym etapie przerodziły się w wynalazek (wynalazki). Zagadnienie zostało „przewałkowane” na wielu stronach we wcześniejszych częściach artykułu oraz innych publikacjach. Zainteresowani, poza rocznikami „Projektowania i Konstrukcji...” sprzed lat, znajdą stosowną wiedzę choćby w internecie, pod hasłem wymyślonym przez któregoś z internautów – „skrzydełko Margańskiego”.
Startem do historii opisanej w niniejszym artykule jest uzyskanie na przełomie lat 2010-2011 decyzji o dofinansowaniu projektu dla zbudowania latającego prototypu, w którym zastosowana będzie nowa metoda. Moment ten zamykał etap rozważań teoretycznych, prób w locie modeli zdalnie sterowanych oraz prób ilościowych na różnych modelach w tunelach aerodynamicznych WAT’u, Politechniki Warszawskiej i Instytutu Lotnictwa. Jednym słowem ostateczna weryfikacja pomysłu. Dlaczego to sprawdzenie w skali 1:1 jest takie ważne? Przecież zarówno obliczenia jak i badania modelowe są uznawanymi metodami naukowymi. No tak, ale w tym wypadku ranga zagadnienia była zdecydowanie większa. Jak to ujął mój przyjaciel, uznany i poważany profesor: „wiesz, wszystko wskazuje, że to działa, że przynosi duże efekty, że jest banalnie proste, ale... Ale skoro to takie dobre to dlaczego jeszcze nikt dotychczas tego nie zrobił?”. Inni, tak jakby mniej życzliwi, wymyślali różne teorie, głównie opierające się na stwierdzeniu, że niekoniecznie to co poprawnie działa w małej skali będzie działać równie dobrze przy wymiarach wielokrotnie większych. Wg mojej wiedzy nabytej choćby od znakomitych mentorów (są tacy), a także zdobytego przez lata doświadczenia inżynierskiego – w żadnym wypadu nie można takich uwag nie uwzględniać w swoim postępowaniu i to nie tylko zawodowym.

cały artykuł dostępny jest w wydaniu 9 (84) wrzesień 2014

Opublikowano: 26 września 2014

Sprawdzając pojęcie „ceramika” w encyklopedii można dowiedzieć się, że słowo to pochodzi z języka greckiego i oznacza wyroby z wypalanej gliny, takie jak terakota, kamionka, fajans, gres, porcelana, a także cegła. Przykładem największych artystycznych osiągnięć w ceramice są antyczne wazy greckie, a także porcelana chińska i europejska. Wysokowydajna ceramika techniczna, mająca różnorodne zastosowania w przemyśle, z tą definicją ma już niewiele wspólnego. Jest ona niezwykle czystym materiałem, otrzymywanym z naturalnych surowców za pomocą skomplikowanych procesów chemicznych. Wiele rodzajów zaawansowanej ceramiki technicznej zaskakuje ponadprzeciętnymi właściwościami, które są trudne do pogodzenia z klasycznym obrazem ceramiki.

Alexander Heitmann

Wśród wszystkich tlenków, węglików i azotków, tlenek glinu zajmuje tu szczególne miejsce. Jest on ceramiką najbardziej rozpowszechnioną, jego zawartość w skorupie ziemskiej wynosi ok. 8%. Dlatego w przypadku tego typu ceramiki nie trzeba liczyć się z niedoborem zasobów naturalnych, jakkolwiek pozyskiwanie z surowego materiału czystych proszków tlenku glinu jest procesem energochłonnym i wymagającym dużych nakładów inwestycyjnych.

Właściwości materiału
Najważniejsze właściwości zaawansowanej ceramiki technicznej to:

• odporność na tarcie
• nadzwyczajna twardość
• niska gęstość
• bardzo dobra odporność na korozję względem kwasów i zasad
• wysoka odporność na temperaturę do 1950 °C

Niezwykle atrakcyjne właściwości tego materiału równoważone są jednak jego wysoką ceną. Dlatego ceramikę techniczną należy stosować wszędzie tam, gdzie koszt inwestycji kompensowany jest poprzez korzyści płynące z jej zastosowania. Czasami może być niezbędna adaptacja całej konstrukcji pod zastosowanie ceramiki, co może stanowić dodatkowe wyzwanie dla projektanta. Dla samych producentów ceramiki technicznej urządzenia produkcyjne są niezwykle kapitałochłonne, dodatkowo opracowywanie i rozwój zaawansowanych materiałów ceramicznych wymaga dużych nakładów inwestycyjnych. Niezbędne w produkcji procesy spiekania ceramiki w temperaturze około 1800 °C są również niezwykle wymagające i energochłonne. Z kolei nadzwyczajna twardość i odporność na ścieranie sprawia, że obróbka wykańczająca ceramiki po spiekaniu jest czasochłonna i wymaga dużego wysiłku oraz doświadczenia.

Generator ozonu do przemysłu półprzewodników

Wyższa cena ceramiki technicznej jest uzasadniona wtedy, gdy środowisko pracy danego elementu konstrukcyjnego wymaga jednocześnie co najmniej dwóch szczególnych właściwości od zastosowanego materiału. Na przykład, w ceramicznych łożyskach ślizgowych wymagane są dobre właściwości ślizgowe oraz odporność na korozję, przy jednoczesnym braku smarowania. Konieczna może być jeszcze izolacja elektryczna,  ewentualnie produkt nie może mieć kontaktu z metalami zawierającymi nikiel. W takich sytuacjach tańsze materiały osiągają granice swoich możliwości. Najbardziej efektywne wykorzystanie elementów konstrukcyjnych z ceramiki technicznej umożliwiają rozwiązania o skrajnie złożonych wymaganiach.

cały artykuł dostępny jest w wydaniu 9 (84) wrzesień 2014

Opublikowano: 26 września 2014

W kilku poprzednich artykułach opisujących pracę w TurboCAD zostały zaprezentowane możliwości projektowe systemu w oparciu o wybrane polecenia. Teraz skoncentrujemy się na przedstawieniu kolejnych faz projektowania podczas opracowywania gotowego wyrobu, jakim jest wkład kominkowy. W tym wypadku oprócz szczegółowej dokumentacji technicznej uzyskujemy efekt fotograficznej jakości modelu przestrzennego.

Wiktor Mielczarek

Program może służyć zarówno do tworzenia od podstaw pełnego modelu przestrzennego wyrobu i „uzyskiwania”, niejako przy okazji, płaskiej dokumentacji warsztatowej poszczególnych elementów kominka, jak i w oparciu o wcześniej opracowaną dokumentację 2D służyć do opracowania poszczególnych detali 3D. Na rysunku 1 widać w tle arkusz blachy, z której w wyniku operacji gięcia powstał jeden z elementów komory spalania.  

Projektowanie jest w pełni parametryczne – wszystkie operacje wykonane na obiektach przestrzennych mogą być w dowolnym momencie zmieniane, poprawiane lub powiązane z innymi parametrami. Z wybranych obiektów – zarówno pojedynczych jak i zespołów złożonych z wielu detali – można wygenerować rzuty, widoki i dowolne przekroje, także wzdłuż linii łamanej.
Na rysunku 2 zostały przedstawione poszczególne rzuty wybranego elementu 3D. W tym wypadku prace projektowe wykonywane są od razu na elementach 3D, a dokumentację płaską (rzuty i przekroje) otrzymuje się automatycznie.  

cały artykuł dostępny jest w wydaniu 9 (84) wrzesień 2014