Роторный двигатель внутреннего сгорания с вращающимся корпусом цилиндров.

Введение

Двигатель внутреннего сгорания с цилиндрами, вращающимися вокруг неподвижного коленчатого вала – устаревший тип поршневого двигателя с вращающимся коленчатым корпусом.

Роторный двигатель – ранний тип двигателя внутреннего сгорания, обычно проектировавшийся с нечетным числом цилиндров в ряд в радиальной компоновке. Коленчатый вал двигателя оставался неподвижным во время работы, а весь коленчатый корпус и прикрепленные к нему цилиндры вращались вокруг него как единое целое. Основное применение он нашел в авиации, хотя также использовался в нескольких ранних мотоциклах и автомобилях. Этот тип двигателя широко применялся как альтернатива традиционным рядным двигателям (прямым или V-образным) во время Первой мировой войны и в годы, непосредственно предшествовавшие ей. Его описывали как "очень эффективное решение проблем с выходной мощностью, весом и надежностью". К началу 1920-х годов присущие этому типу двигателей недостатки привели к его устареванию.

Различие между "ротационными" и "радиальными" двигателями

Роторный двигатель по сути является стандартным двигателем цикла Отто, с цилиндрами, расположенными радиально вокруг центрального коленчатого вала, как и в обычном радиальном двигателе, но в отличие от фиксированного блока цилиндров с вращающимся коленчатым валом, коленчатый вал остается неподвижным, а весь блок цилиндров вращается вокруг него. В наиболее распространенной конструкции коленчатый вал жестко крепился к фюзеляжу, а воздушный винт просто прикручивался к передней части картера. Это различие оказывает значительное влияние на конструкцию (смазку, зажигание, подачу топлива, охлаждение и т.д.) и функционирование (см. ниже). В Музее авиации и космонавтики в Париже представлена специальная, "разрезанная" рабочая модель двигателя с семью радиально расположенными цилиндрами. Она переключается между роторным и радиальным режимами, чтобы продемонстрировать разницу во внутренних движениях этих двух типов двигателей.

Роторные моносупапы

Часто утверждается, что роторные двигатели не имели дроссельной заслонки, и поэтому снижение мощности достигалось лишь периодическим прерыванием зажигания с помощью переключателя "blip". Это справедливо лишь для двигателей типа "Monosoupape" (одноклапанный), которые забирали большую часть воздуха в цилиндр через выпускной клапан, остававшийся открытым на части хода поршня вниз. Таким образом, состав топливно-воздушной смеси в цилиндре нельзя было регулировать через впуск в картере. "Дроссель" (топливный клапан) моносупапа обеспечивал лишь ограниченную регулировку оборотов, поскольку его открытие приводило к слишком богатой смеси, а закрытие – к слишком бедной (в обоих случаях двигатель быстро глох или повреждались цилиндры). Ранние модели оснащались новаторской системой изменения фаз газораспределения в попытке добиться большего контроля, но это приводило к прогоранию клапанов, и от этой системы отказались. Единственным способом обеспечить плавную работу двигателя Monosoupape на пониженных оборотах был переключатель, изменявший нормальную последовательность зажигания так, что каждый цилиндр воспламенялся лишь раз за два или три оборота двигателя, при этом двигатель оставался более-менее сбалансированным. Как и при чрезмерном использовании переключателя "blip": длительная работа двигателя в таком режиме приводила к большому количеству несгоревшего топлива и масла в выхлопных газах, которые скапливались в нижней обтекаемой части, представляя собой серьезную пожароопасность.

"Обычные" ротационные

Большинство ротационных двигателей имели обычные впускные клапаны, поэтому топливо (и смазочное масло) поступало в цилиндры уже смешанным с воздухом, как и в обычном четырехтактном двигателе. Хотя обычный карбюратор, способный поддерживать постоянное соотношение топлива и воздуха в диапазоне открытия дросселя, был невозможен из-за вращающегося картера, регулировка подачи воздуха была возможна через отдельный заслонку или "блоктюб". Пилоту необходимо было установить дроссель в нужное положение (обычно полностью открытое), а затем отрегулировать топливно-воздушную смесь с помощью отдельного рычага "точной настройки", который управлял заслонкой подачи воздуха (подобно ручному управлению подсосом). Благодаря большой вращательной инерции ротационного двигателя, можно было подобрать подходящую топливно-воздушную смесь методом проб и ошибок, не допуская остановки двигателя, хотя это зависело от типа двигателя и в любом случае требовало значительной практики для приобретения необходимого навыка. После запуска двигателя с известной настройкой, позволяющей ему работать на холостом ходу, воздушная заслонка открывалась до достижения максимальной скорости вращения двигателя. Снижение оборотов работающего двигателя достигалось закрытием топливного клапана до требуемого положения с одновременной корректировкой топливно-воздушной смеси. Этот процесс также был непростым, поэтому снижение мощности, особенно при посадке, часто осуществлялось путем периодического отключения зажигания с помощью кнопки прерывания. Отключение цилиндров с помощью выключателей зажигания имело недостаток: топливо продолжало поступать в двигатель, заливая свечи зажигания маслом и затрудняя плавный перезапуск. Кроме того, несгоревшая топливно-масляная смесь могла скапливаться в кожухе двигателя. Поскольку это могло привести к серьезному пожару при отпускании кнопки, стало обычной практикой вырезать часть или все днище округлого кожуха большинства ротационных двигателей или оборудовать его дренажными отверстиями. К 1918 году в руководстве по двигателям Clerget рекомендовалось поддерживать все необходимые органы управления с помощью регуляторов топлива и воздуха, а запуск и остановку двигателя производить включением и выключением подачи топлива. Рекомендуемая процедура посадки заключалась в отключении топлива с помощью топливного рычага, при этом кнопка прерывания зажигания оставалась включенной. Вращающийся пропеллер заставлял двигатель продолжать вращаться без передачи мощности при снижении самолета. Важно было оставить зажигание включенным, чтобы свечи зажигания продолжали искрить и не заливались маслом, чтобы двигатель мог (если все удастся) быть перезапущен простым открытием топливного клапана. Пилотам не рекомендовалось использовать выключатель зажигания, так как это в конечном итоге могло повредить двигатель.

Most rotaries had normal inlet valves, so that the fuel (and lubricating oil) was taken into the cylinders already mixed with air as in a normal four stroke engine. Although a conventional carburetor, with the ability to keep the fuel/air ratio constant over a range of throttle openings, was precluded by the spinning crankcase; it was possible to adjust the air supply through a separate flap valve or "bloctube". The pilot needed to set the throttle to the desired setting (usually full open) and then adjust the fuel/air mixture to suit using a separate "fine adjustment" lever that controlled the air supply valve (in the manner of a manual choke control). Due to the rotary engine's large rotational inertia, it was possible to adjust the appropriate fuel/air mixture by trial and error without stalling it, although this varied between different types of engine, and in any case it required a good deal of practice to acquire the necessary knack. After starting the engine with a known setting that allowed it to idle, the air valve was opened until maximum engine speed was obtained. Throttling a running engine back to reduce revs was possible by closing off the fuel valve to the required position while re adjusting the fuel/air mixture to suit. This process was also tricky, so that reducing power, especially when landing, was often accomplished instead by intermittently cutting the ignition using the blip switch. Cutting cylinders using ignition switches had the drawback of letting fuel continue to pass through the engine, oiling up the spark plugs and making smooth restarting problematic. Also, the raw oil fuel mix could collect in the cowling. As this could cause a serious fire when the switch was released, it became common practice for part or all of the bottom of the basically circular cowling on most rotary engines to be cut away, or fitted with drainage slots. By 1918 a Clerget handbook advised maintaining all necessary control by using the fuel and air controls, and starting and stopping the engine by turning the fuel on and off. The recommended landing procedure involved shutting off the fuel using the fuel lever, while leaving the blip switch on. The windmilling propeller made the engine continue to spin without delivering any power as the aircraft descended. It was important to leave the ignition on to allow the spark plugs to continue to spark and keep them from oiling up, so that the engine could (if all went well) be restarted simply by re opening the fuel valve. Pilots were advised to not use an ignition cut out switch, as it would eventually damage the engine.

Харгрейв

Лоуренс Харгрейв впервые разработал роторный двигатель в 1889 году, работающий на сжатом воздухе, с целью его применения в пилотируемом полете. Вес материалов и недостаточное качество изготовления не позволили ему стать эффективным источником энергии.

Балзер

Стивен М. Балзер из Нью-Йорка, бывший часовщик, построил роторные двигатели в 1890-х годах. Он проявлял интерес к роторной схеме по двум основным причинам: для выработки мощности при низких оборотах, на которых работали двигатели того времени, импульс от каждого цикла сгорания был достаточно сильным. Для сглаживания этих импульсов двигателям требовался большой маховик, увеличивающий вес. В роторной конструкции сам двигатель выполнял функцию маховика, благодаря чему роторные двигатели могли быть легче обычных двигателей аналогичного размера. Цилиндры обеспечивались хорошим охлаждением потоком воздуха, даже когда самолет был неподвижен – это было важно, поскольку низкая скорость самолетов того времени обеспечивала ограниченный приток воздуха для охлаждения, а сплавы того времени были менее совершенными. В ранних конструкциях Балзера даже не предусматривались ребра охлаждения, хотя последующие роторные двигатели получили эту общую особенность воздушно-охлаждаемых двигателей. В 1894 году Балзер построил трехцилиндровый автомобиль с роторным двигателем, а затем принял участие в попытках создания аэродрома Лэнгли, которые привели его к банкротству, когда он пытался создать значительно увеличенные версии своих двигателей. Позже помощник Лэнгли, Чарльз М. Мэнли, переделал роторный двигатель Балзера для стационарной радиальной работы, создав известный двигатель Manly–Balzer.

Де Дион-Буттон

Компания De Dion Bouton создала экспериментальный 4-цилиндровый роторный двигатель в 1899 году. Хотя он и предназначался для авиации, ни на один самолет установлен не был. Луи присоединился к нему брат Лоран, разработавший роторный двигатель специально для самолетов, используя цилиндры двигателя Gnom. Первым экспериментальным двигателем братьев, по слухам, была 5-цилиндровая модель, развивавшая мощность и являвшаяся радиальным, а не роторным двигателем, однако никаких фотографий этой 5-цилиндровой экспериментальной модели не сохранилось. Братья Сегуин обратились к роторным двигателям для улучшения охлаждения, и первый серийный роторный двигатель в мире, 7-цилиндровый, воздушно-охлаждаемый "Omega", был представлен на Парижском автосалоне в 1908 году. Первый построенный Gnome Omega до сих пор существует и находится в коллекции Национального музея авиации и космонавтики Смитсоновского института. Сегуин использовали наиболее прочный доступный материал – недавно разработанный сплав никелевой стали – и снижали вес, обрабатывая детали из цельного металла с использованием лучших американских и немецких станков для изготовления компонентов двигателя; стенка цилиндра Gnome мощностью 50 л.с. имела толщину всего 1,5 мм, а шатуны фрезеровались с глубокими центральными каналами для снижения веса. Несмотря на относительно низкую удельную мощность, его отношение мощности к весу было выдающимся на килограмм. В следующем, 1909 году, изобретатель Роджер Раво установил его на свой Aéroscaphe – комбинацию гидроплана и самолета – и участвовал с ним в соревнованиях моторных лодок и авиации в Монако. Использование Gnome Генри Фарманом на знаменитых авиационных соревнованиях в Реймсе в том же году принесло ему известность, когда он выиграл Гран-при за наибольшую дальность полета без посадки и установил мировой рекорд продолжительности полета. Первый успешный полет гидросамолета Анри Фабра "Le Canard" был осуществлен на Gnome Omega 28 марта 1910 года недалеко от Марселя. Производство роторных двигателей Gnome быстро росло, к началу Первой мировой войны было произведено около 4000 экземпляров. Gnome также выпустила двухрядную версию (100 л.с. Double Omega), более мощный 80-сильный Gnome Lambda и 160-сильную двухрядную Double Lambda. По сравнению с другими двигателями того времени, Gnome считался не слишком капризным и был признан первым двигателем, способным работать десять часов между капитальными ремонтами. В 1913 году братья Сегуин представили новую серию Monosoupape ("одноклапанный"), в которой впускные клапаны в поршнях были заменены одним клапаном в каждой головке цилиндра, выполнявшим функции впускного и выпускного клапана. Скорость двигателя регулировалась изменением времени открытия и степени открытия выпускных клапанов с помощью рычагов, воздействующих на ролики клапанных толкателей, система, впоследствии отмененная из-за прогорания клапанов. Monosoupape был немного легче предыдущих двухклапанных двигателей и потреблял меньше смазочного масла. 100-сильный Monosoupape был построен с 9 цилиндрами и развивал номинальную мощность при 1200 об/мин. Позднее, 160-сильный девятицилиндровый роторный двигатель Gnome 9N использовал конструкцию клапана Monosoupape, добавив фактор безопасности в виде системы двойного зажигания, и стал последней известной конструкцией роторного двигателя с такой формой клапанов в головке цилиндра. 9N также имел необычную систему зажигания, позволявшую достигать выходной мощности в половину, четверть и одну восьмую от номинальной за счет использования переключателя купе и специального пятипозиционного роторного переключателя, который выбирал один из трех альтернативных уровней мощности при нажатии переключателя купе, что позволяло отключать все искровое напряжение на все девять цилиндров с равномерными интервалами для достижения нескольких уровней снижения мощности. Воздушно-годный реплика истребителя-парасоля Fokker D. VIII в музее Old Rhinebeck Aerodrome, оснащенный уникальным двигателем Gnome 9N, часто демонстрирует использование четырех уровней мощности Gnome 9N как на земле, так и в полете. Роторные двигатели Clerget и Le Rhône использовали традиционные клапаны с толкателями в головке цилиндра, но применяли тот же принцип подачи топливной смеси через коленчатый вал, при этом Le Rhônes имели заметные медные впускные трубы, идущие от картера к верхней части каждого цилиндра для подачи всасываемого заряда. 80-сильный (60 кВт) семицилиндровый Gnome был стандартным двигателем на момент начала Первой мировой войны, как Gnome Lambda, и быстро нашел применение в большом количестве авиационных конструкций. Он был настолько хорош, что был лицензирован рядом компаний, включая немецкую Motorenfabrik Oberursel, разработавшую оригинальный двигатель Gnom. Oberursel позже была приобретена Fokker, чья 80-сильная копия Gnome Lambda была известна как Oberursel U.0. Не было редкостью, когда французские Gnome Lambda, использовавшиеся в первых образцах биплана Bristol Scout, встречались с немецкими версиями, приводящими в движение Fokker E. I Eindeckers в бою, начиная со второй половины 1915 года. Единственные попытки создать двухрядные роторные двигатели в значительных количествах были предприняты Gnome с их Double Lambda мощностью 160 л.с. с четырнадцатью цилиндрами и немецкой фирмой Oberursel с ее ранней версией Double Lambda времен Первой мировой войны, U. III, той же мощности. Хотя один из образцов Double Lambda привел один из гоночных самолетов Deperdussin Monocoque к мировому рекорду скорости, почти 204 км/ч (126 миль/ч) в сентябре 1913 года, известно, что Oberursel U. III был установлен только на несколько немецких серийных военных самолетов, моноплан-истребитель Fokker E. IV и биплан-истребитель Fokker D. III, оба из которых не стали успешными боевыми типами, отчасти из-за низкого качества немецкой силовой установки, которая быстро изнашивалась после нескольких часов боевых полетов.

The famous De Dion Bouton company produced an experimental 4 cylinder rotary engine in 1899. Though intended for aviation use, it was not fitted to any aircraft. to build stationary engines for industrial use, having licensed production of the Gnom single cylinder stationary engine from Motorenfabrik Oberursel—who, in turn, built licensed Gnome engines for German aircraft during World War I.

Louis was joined by his brother Laurent who designed a rotary engine specifically for aircraft use, using Gnom engine cylinders. The brothers' first experimental engine is said to have been a 5 cylinder model that developed , and was a radial rather than rotary engine, but no photographs survive of the five cylinder experimental model. The Seguin brothers then turned to rotary engines in the interests of better cooling, and the world's first production rotary engine, the 7 cylinder, air cooled "Omega" was shown at the 1908 Paris automobile show. The first Gnome Omega built still exists, and is now in the collection of the Smithsonian's National Air and Space Museum. The Seguins used the highest strength material available recently developed nickel steel alloy and kept the weight down by machining components from solid metal, using the best American and German machine tools to create the engine's components; the cylinder wall of a 50 hp Gnome was only 1.5 mm (0.059 inches) thick, while the connecting rods were milled with deep central channels to reduce weight. While somewhat low powered in terms of units of power per litre, its power to weight ratio was an outstanding per kg. The following year, 1909, the inventor Roger Ravaud fitted one to his Aéroscaphe, a combination hydrofoil/aircraft, which he entered in the motor boat and aviation contests at Monaco. Henry Farman's use of the Gnome at the famous Rheims aircraft meet that year brought it to prominence, when he won the Grand Prix for the greatest non stop distance flown——and also set a world record for endurance flight. The very first successful seaplane flight, of Henri Fabre's Le Canard, was powered by a Gnome Omega on March 28, 1910, near Marseille. Production of Gnome rotaries increased rapidly, with some 4,000 being produced before World War I, and Gnome also produced a two row version (the 100 h. p. Double Omega), the larger 80 hp Gnome Lambda and the 160 hp two row Double Lambda. By the standards of other engines of the period, the Gnome was considered not particularly temperamental, and was credited as the first engine able to run for ten hours between overhauls. In 1913 the Seguin brothers introduced the new Monosoupape ("single valve") series, which replaced inlet valves in the pistons by using a single valve in each cylinder head, which doubled as inlet and exhaust valve. The engine speed was controlled by varying the opening time and extent of the exhaust valves using levers acting on the valve tappet rollers, a system later abandoned due to valves burning. The weight of the Monosoupape was slightly less than the earlier two valve engines, and it used less lubricating oil. The 100 hp Monosoupape was built with 9 cylinders, and developed its rated power at 1,200 rpm. The later 160 hp nine cylinder Gnome 9N rotary engine used the Monosoupape valve design while adding the safety factor of a dual ignition system, and was the last known rotary engine design to use such a cylinder head valving format. The 9N also featured an unusual ignition setup that allowed output values of one half, one quarter and one eighth power levels to be achieved through use of the coupe switch and a special five position rotary switch that selected which of the trio of alternate power levels would be selected when the coupe switch was depressed, allowing it to cut out all spark voltage to all nine cylinders, at evenly spaced intervals to achieve the multiple levels of power reduction. The airworthy reproduction Fokker D. VIII parasol monoplane fighter at Old Rhinebeck Aerodrome, uniquely powered with a Gnome 9N, often demonstrates the use of its Gnome 9N's four level output capability in both ground runs and in flight. Rotary engines produced by the Clerget and Le Rhône companies used conventional pushrod operated valves in the cylinder head, but used the same principle of drawing the fuel mixture through the crankshaft, with the Le Rhônes having prominent copper intake tubes running from the crankcase to the top of each cylinder to admit the intake charge. The 80 hp (60 kW) seven cylinder Gnome was the standard at the outbreak of World War I, as the Gnome Lambda, and it quickly found itself being used in a large number of aircraft designs. It was so good that it was licensed by a number of companies, including the German Motorenfabrik Oberursel firm who designed the original Gnom engine. Oberursel was later purchased by Fokker, whose 80 hp Gnome Lambda copy was known as the Oberursel U.0. It was not at all uncommon for French Gnôme Lambdas, as used in the earliest examples of the Bristol Scout biplane, to meet German versions, powering Fokker E. I Eindeckers in combat, from the latter half of 1915 on. The only attempts to produce twin row rotary engines in any volume were undertaken by Gnome, with their Double Lambda fourteen cylinder 160 hp design, and with the German Oberursel firm's early World War I clone of the Double Lambda design, the U. III of the same power rating. While an example of the Double Lambda went on to power one of the Deperdussin Monocoque racing aircraft to a world record speed of nearly 204 km/h (126 mph) in September 1913, the Oberursel U. III is only known to have been fitted into a few German production military aircraft, the Fokker E. IV fighter monoplane and Fokker D. III fighter biplane, both of whose failures to become successful combat types were partially due to the poor quality of the German powerplant, which was prone to wearing out after only a few hours of combat flight.

Первая мировая война

Наибольшим преимуществом ротационных двигателей было их выгодное соотношение мощности к весу. В то время как более крупные и тяжелые самолеты почти исключительно использовали обычные рядные двигатели, многие конструкторы истребителей предпочитали ротационные двигатели вплоть до конца войны. Ротационные двигатели имели ряд недостатков, в частности, очень высокое потребление топлива, отчасти из-за того, что двигатель обычно работал на полной мощности, а также из-за неоптимальных фаз газораспределения. Потребление масла также было очень высоким. Из-за примитивной системы карбюрации и отсутствия поддона, смазочное масло добавлялось непосредственно в топливно-воздушную смесь. Это делало выхлопные газы густыми от дыма частично сгоревшего масла. Рициновое масло было предпочтительным смазочным материалом, поскольку его смазывающие свойства не ухудшались при наличии топлива, а склонность к образованию отложений не имела значения в системе полной потери масла. Нежелательным побочным эффектом было то, что пилоты Первой мировой войны вдыхали и проглатывали значительное количество масла во время полета, что приводило к стойкой диарее. Летная одежда пилотов, использовавших ротационные двигатели, регулярно пропитывалась маслом. Вращающаяся масса двигателя также делала его, по сути, большим гироскопом. Во время прямолинейного полета эффект не был особенно заметен, но при повороте гироскопическая прецессия становилась ощутимой. Из-за направления вращения двигателя, левые повороты требовали усилий и выполнялись относительно медленно, сопровождаясь тенденцией к подъему носа, в то время как правые повороты были почти мгновенными, с тенденцией к опусканию носа. В некоторых самолетах это могло быть полезно в ситуациях, таких как воздушные бои. Sopwith Camel настолько страдал от этого, что требовал использования левого руля направления как при левых, так и при правых поворотах, и мог быть крайне опасен, если пилот давал полную мощность в верхней точке петли на малой скорости. Стажерам, обучавшимся пилотированию Camel, рекомендовалось выполнять первые резкие правые повороты только на высоте более 305 метров. Самый известный немецкий противник Camel, триплан Fokker Dr. I, также использовал ротационный двигатель, обычно Oberursel Ur. II, являвшийся клоном французского Le Rhone 9J мощностью 110 л.с. Еще до Первой мировой войны предпринимались попытки решить проблему инерции ротационных двигателей. Уже в 1906 году Чарльз Бенджамин Редруп продемонстрировал Королевскому летному корпусу в Хендоне "безреактивный" двигатель, в котором коленчатый вал вращался в одном направлении, а блок цилиндров – в противоположном, каждый приводя в движение пропеллер. Дальнейшим развитием этой конструкции стал безреактивный двигатель "Hart" 1914 года, разработанный Редрупом, в котором был только один пропеллер, соединенный с коленчатым валом, но вращавшийся в направлении, противоположном вращению блока цилиндров, тем самым в значительной степени нейтрализуя негативные эффекты. Эта конструкция оказалась слишком сложной для надежной работы, и Редруп перешел к разработке статического радиального двигателя, который позже был испытан на экспериментальных самолетах Vickers F. B.12b и F. B.16, но без успеха. По мере развития войны конструкторы самолетов требовали все большей мощности. Рядные двигатели могли удовлетворить этот спрос, увеличив свои максимальные обороты, что означало большую мощность. Улучшения в фазах газораспределения, системах зажигания и легких материалах сделали возможными эти более высокие обороты, и к концу войны средние обороты двигателя увеличились с 1200 до 2000 в минуту. Ротационный двигатель не смог достичь того же, из-за сопротивления воздуха вращающимся цилиндрам. Например, если ранняя модель с 1200 оборотами в минуту увеличивала обороты до 1400, сопротивление цилиндров увеличивалось на 36%, поскольку сопротивление воздуха возрастает пропорционально квадрату скорости. При более низких оборотах сопротивление можно было игнорировать, но с ростом оборотов ротационный двигатель тратил все больше энергии на вращение двигателя, оставляя меньше для создания полезной тяги пропеллером.

The favourable power to weight ratio of the rotaries was their greatest advantage. While larger, heavier aircraft relied almost exclusively on conventional in line engines, many fighter aircraft designers preferred rotaries right up to the end of the war. Rotaries had a number of disadvantages, notably very high fuel consumption, partially because the engine was typically run at full throttle, and also because the valve timing was often less than ideal. Oil consumption was also very high. Due to primitive carburetion and absence of a true sump, the lubricating oil was added to the fuel/air mixture. This made engine fumes heavy with smoke from partially burnt oil. Castor oil was the lubricant of choice, as its lubrication properties were unaffected by the presence of the fuel, and its gum forming tendency was irrelevant in a total loss lubrication system. An unfortunate side effect was that World War I pilots inhaled and swallowed a considerable amount of the oil during flight, leading to persistent diarrhoea. Flying clothing worn by rotary engine pilots was routinely soaked with oil. The rotating mass of the engine also made it, in effect, a large gyroscope. During level flight the effect was not especially apparent, but when turning the gyroscopic precession became noticeable. Due to the direction of the engine's rotation, left turns required effort and happened relatively slowly, combined with a tendency to nose up, while right turns were almost instantaneous, with a tendency for the nose to drop. In some aircraft, this could be advantageous in situations such as dogfights. The Sopwith Camel suffered to such an extent that it required left rudder for both left and right turns, and could be extremely hazardous if the pilot applied full power at the top of a loop at low airspeeds. Trainee Camel pilots were warned to attempt their first hard right turns only at altitudes above 1000 feet (305 m). The Camel's most famous German foe, the Fokker Dr. I triplane, also used a rotary engine, usually the Oberursel Ur. II clone of the French built Le Rhone 9J 110 hp powerplant. Even before the First World War, attempts were made to overcome the inertia problem of rotary engines. As early as 1906 Charles Benjamin Redrup had demonstrated to the Royal Flying Corps at Hendon a 'Reactionless' engine in which the crankshaft rotated in one direction and the cylinder block in the opposite direction, each one driving a propeller. A later development of this was the 1914 reactionless 'Hart' engine designed by Redrup in which there was only one propeller connected to the crankshaft, but it rotated in the opposite direction to the cylinder block, thereby largely cancelling out negative effects. This proved too complicated for reliable operation and Redrup changed the design to a static radial engine, which was later tried in the experimental Vickers F. B.12b and F. B.16 aircraft, unfortunately without success. As the war progressed, aircraft designers demanded ever increasing amounts of power. Inline engines were able to meet this demand by improving their upper rev limits, which meant more power. Improvements in valve timing, ignition systems, and lightweight materials made these higher revs possible, and by the end of the war the average engine had increased from 1,200 rpm to 2,000. The rotary was not able to do the same due to the drag of the rotating cylinders through the air. For instance, if an early war model of 1,200 rpm increased its revs to only 1,400, the drag on the cylinders increased 36%, as air drag increases with the square of velocity. At lower rpm, drag could simply be ignored, but as the rev count rose, the rotary was putting more and more power into spinning the engine, with less remaining to provide useful thrust through the propeller.

Siemens-Halske биротационные конструкции

Одной из умных попыток спасти конструкцию, аналогично британской концепции "безреактивного" двигателя Redrup, была предпринята компанией Siemens. Корпус коленчатого вала (с винтом, по-прежнему прикрепленным непосредственно к его передней части) и цилиндры вращались против часовой стрелки со скоростью 900 об/мин, если смотреть снаружи, как будто "в лоб", в то время как коленчатый вал (который, в отличие от других конструкций, никогда не "выступал" из корпуса коленчатого вала) и другие внутренние детали вращались по часовой стрелке с той же скоростью, таким образом, агрегат эффективно работал на 1800 об/мин. Это было достигнуто за счет использования конических зубчатых передач на задней части картера, что привело к созданию одиннадцатицилиндрового Siemens Halske Sh. III с меньшим сопротивлением и меньшим суммарным крутящим моментом. Применявшийся на нескольких поздних военных типах, в частности на истребителе Siemens Schuckert D. IV, новый двигатель, благодаря своей низкой скорости вращения в сочетании с большими винтами с крупным шагом, которые иногда имели четыре лопасти (как на SSW D. IV), обеспечивал самолетам, оснащенным им, выдающиеся характеристики по скороподъемности, а некоторые экземпляры позднего производства Sh. IIIa, по некоторым данным, развивали мощность до 240 л.с.

Послевоенный

К концу войны роторный двигатель устарел и довольно быстро вышел из употребления. Британские Королевские ВВС, вероятно, использовали роторные двигатели дольше, чем большинство других эксплуатантов. Стандартный послевоенный истребитель RAF, Sopwith Snipe, использовал роторный двигатель Bentley BR2 как самый мощный (из когда-либо созданных) роторный двигатель союзниками в Первой мировой войне. Стандартный учебный самолет RAF ранних послевоенных лет, Avro 504K, имел универсальное крепление, позволявшее использовать несколько различных типов маломощных роторных двигателей, которых было в избытке. Аналогично, шведский самолет для продвинутой подготовки пилотов FVM Ö1 Tummelisa, оснащенный роторным двигателем Le Rhone Thulin, оставался в эксплуатации до середины 1930-х годов. Конструкторам приходилось учитывать дешевизну двигателей, оставшихся со времен войны, с одной стороны, и их низкую топливную эффективность и высокие эксплуатационные расходы, связанные с системой полной смазки, с другой. К середине 1920-х годов роторные двигатели были практически полностью вытеснены даже в британской авиации, в основном новым поколением воздушно-охлаждаемых "стационарных" радиальных двигателей, таких как Armstrong Siddeley Jaguar и Bristol Jupiter. Эксперименты с концепцией роторного двигателя продолжались. Первая версия двигателя Мишеля 1921 года, необычный двигатель с противодействующими поршнями и кулачковым механизмом, использовала принцип роторного двигателя, поскольку вращался его "цилиндровый блок". Вскоре она была заменена версией с теми же цилиндрами и кулачком, но с неподвижными цилиндрами и вращающейся кулачковой дорожкой вместо коленчатого вала. Более поздняя версия отказалась от кулачка и использовала три соединенных коленчатых вала. К 1930 году советские пионеры вертолетостроения Борис Н. Юрьев и Алексей М. Черемухин, оба работавшие в Центральном аэрогидродинамическом институте (ЦАГИ), построили один из первых практических однороторных вертолетов – TsAGI 1 EA, оснащенный двумя советскими роторными двигателями М 2, представлявшими собой модернизированные копии роторного двигателя Gnome Monosoupape времен Первой мировой войны. 14 августа 1932 года Черемухин на TsAGI 1 EA установил неофициальный рекорд высоты в 605 метров (1985 футов) благодаря работе двух роторных двигателей М 2.

By the time the war ended, the rotary engine had become obsolete, and it disappeared from use quite quickly. The British Royal Air Force probably used rotary engines for longer than most other operators. The RAF's standard post war fighter, the Sopwith Snipe, used the Bentley BR2 rotary as the most powerful (at some ) rotary engine ever built by the Allies of World War I. The standard RAF training aircraft of the early post war years, the 1914 origin Avro 504K, had a universal mounting to allow the use of several different types of low powered rotary, of which there was a large surplus supply. Similarly, the Swedish FVM Ö1 Tummelisa advanced training aircraft, fitted with a Le Rhone Thulin rotary engine, served until the mid thirties. Designers had to balance the cheapness of war surplus engines against their poor fuel efficiency and the operating expense of their total loss lubrication system, and by the mid 1920s, rotaries had been more or less completely displaced even in British service, largely by the new generation of air cooled "stationary" radials such as the Armstrong Siddeley Jaguar and Bristol Jupiter. Experiments with the concept of the rotary engine continued. The first version of the 1921 Michel engine, an unusual opposed piston cam engine, used the principle of a rotary engine, in that its "cylinder block" rotated. This was soon replaced by a version with the same cylinders and cam, but with stationary cylinders and the cam track rotating in lieu of a crankshaft. A later version abandoned the cam altogether and used three coupled crankshafts. By 1930 the Soviet helicopter pioneers, Boris N. Yuriev and Alexei M. Cheremukhin, both employed by Tsentralniy Aerogidrodinamicheskiy Institut (TsAGI, the Central Aerohydrodynamic Institute), constructed one of the first practical single lift rotor machines with their TsAGI 1 EA single rotor helicopter, powered by two Soviet designed and built M 2 rotary engines, themselves up rated copies of the Gnome Monosoupape rotary engine of World War I. The TsAGI 1 EA set an unofficial altitude record of 605 meters (1,985 ft) with Cheremukhin piloting it on 14 August 1932 on the power of its twinned M 2 rotary engines.

Использование в автомобилях и мотоциклах

Хотя ротационные двигатели в основном использовались в авиации, несколько автомобилей и мотоциклов были построены с ротационными двигателями. Вероятно, первым был мотоцикл Millet 1892 года выпуска. Знаменитым мотоциклом, одержавшим множество побед в гонках, была Megola, у которой ротационный двигатель располагался внутри переднего колеса. Другим мотоциклом с ротационным двигателем был Redrup Radial 1912 года, разработанный Чарльзом Редрупом – трехцилиндровый ротационный двигатель объемом 303 куб. см, установленный на нескольких мотоциклах Redrup. В 1904 году в Уэльсе был построен двигатель Barry, также спроектированный Редрупом: вращающийся двухцилиндровый оппозитный двигатель весом 6,5 кг был установлен в раму мотоцикла. Немецкий мотоцикл Megola начала 1920-х годов использовал пятицилиндровый ротационный двигатель, встроенный в конструкцию переднего колеса. В 1940-х годах Сирил Пуллин разработал Powerwheel – колесо с вращающимся одноцилиндровым двигателем, сцеплением и барабанным тормозом, расположенными внутри ступицы, но оно так и не было запущено в производство.

Другие роторные двигатели

Помимо конструкции цилиндров, движущихся вокруг неподвижного коленчатого вала, ряд других типов двигателей также называют роторными. Наиболее известным безпоршневым роторным двигателем является роторный двигатель Ванкеля, который использовался компанией NSU в автомобиле Ro80, компанией Mazda в различных моделях, таких как серия RX, и в некоторых экспериментальных авиационных применениях. В конце 1970-х годов был испытан концептуальный двигатель под названием Bricklin Turner Rotary Vee. Rotary Vee по своей конфигурации схож с угловым паровым двигателем. Пары поршней соединены в виде цельных V-образных элементов, при этом каждый конец свободно перемещается в паре вращающихся групп цилиндров. Пары вращающихся групп цилиндров расположены под широким углом V. Поршни в каждой группе цилиндров движутся параллельно друг другу, а не радиально. Эта конструкция двигателя так и не была запущена в серийное производство. Rotary Vee предназначался для привода Bricklin SV 1.