Rotary Motor Nedir, Nasıl Çalışır? (Tarihi ve Özellikleri)

Rotary motor, radyal motorların geliştirilmesinde öncüdür. Wankel ve radyal motorlarla karıştırılır. Savaş uçaklarında yaygın olarak kullanılmıştır.

Rotary veya döner motor, Wankel ve Radyal (yıldız tipi) motorlarla karıştırılır. Görünüm ve çalışma prensipleri bakımından bu iki tip motorla benzerlikleri olsa da tamamen farklı motor türüdür. Rotary motorlar, içten yanmalı motorlardır. Genellikle tek sayılı silindirlerle tasarlanmışlardır. Radyal konfigürasyonuna benzer bir tasarımı vardır. Sabit bir krank mili etrafında dönen ve bu mile bağlı pistonları bulunur. İlk prototipleri bisiklet, motosiklet ve otomobillerde kullanıldı. Daha sonra hava araçlarında yaygın olarak kullanılmaya başlandı. Zamanla pervaneli uçaklar için ideal bir motor haline geldi. Birinci Dünya Savaşı sırasında ve savaşın hemen öncesinde geleneksel sıralı (inline) düz veya V tipi motorlara alternatif olarak uçaklarda yaygın şekilde kullanılmıştır. İlk üretildiği yıllarda, güç üretimi, ağırlık ve güvenilirlik gibi motorların en temel sorunlarına karşı “çok etkili bir çözüm” olarak tanımlanmıştır. Günümüzde yaygın olmayan; ancak tarihte birçok araçta kullanılan bu gizemli motora mercek tutalım!

(1897 tarihinde Félix Theodore Millet üretilen rotary motorlu, "Felix Millet" marka motosiklet...)

Tarihçesi

Rotary motorların öncüsü, olağandışı bir bisiklette kullanılan motordur. “Félix Millet”, tarihi bir Fransız motosiklet markasıdır. Bu marka, aynı zamanda, rotary motorların ilk prototipinin denendiği motosiklet markasıdır. Fransız mucit Félix Theodore Millet, 1887 yılında geliştirdiği 5 silindirli bir rotary motoru bir bisiklette kullandı. 1893 yılında motoru, bisikletin arka tekerleğinin içine monte etti. Böylece “Felix Millet” marka motosiklet markası doğdu. 1898 yılına kadar konsepti geliştirdi. Millet, bu icadı ile aynı zamanda ilk “çok silindirli” motosikletin de mucidi oldu. Felix, rotary motorlu motosikletleri geliştirme çalışmalarında yeterli soğutma sağlayamadığı için bir motoru yakmıştır.

Rotary motorların tarihi ile ilgili diğer önemli olayları şöyle sıralayabiliriz;

• 1887 yılında Fransız Félix Theodore Millet, bir bisikletin arka tekerleğinin içine yerleştirilmiş 5 silindirli rotary motor kullandı.
  
• 1888 yılında bu motorun patentini aldı. Bu sebeple Millet, içten yanmalı rotary motorun öncüsü olarak kabul edilir.
  
• Millet, tasarımını 1889 yılında Paris'te düzenlenen bir fuarda (Exposition Universelle) tanıttı.
  
• Millet’in motosikleti, 1895 yılında Paris-Bordeaux-Paris etaplı bir yarışa katıldı.
  
• 1900 yılında “Darracq ve Company London” adlı şirket tarafından bu motosikletlerin seri üretimi yapıldı.
  
• 1889 yılında Avustralyalı makine mühendisi Lawrence Hargrave, uçaklarda kullanılmak üzere sıkıştırılmış hava kullanan rotary motor geliştirdi. Motorun ağırlığı ve verimsiz olması etkili bir güç ünitesi haline gelmesini engelledi.
  
• 1890 yılında Amerikalı eski bir saatçi olan Stephen M. Balzer, bir rotary motor türü geliştirdi.
  
• 1894 yılında Balzer, 3 silindirli rotary motoru bir arabada kullandı. Balzer’in tasarımı Langley Havaalanı asistanı Amerikalı makine mühendisi Charles Matthews Manly tarafından statik radyal (yıldız tipi) konfigürasyonuna dönüştürüldü. Bu konfigürasyondan “Manly-Balzer” motoru ortaya çıktı.
  

(Adams-Farwell marka otomobillerde rotary motorlar kullanılmıştır.)

• 1898 yılında Adams-Farwell marka otomobillerde 3 silindirli rotary motorlar kullanıldı. Bu motor, kısa bir süre sonra 5 silindirli rotary motorların geliştirilmesini sağladı.
  
• 1899 yılında ünlü De Dion-Bouton şirketi, uçaklarda kullanılmak üzere 4 silindirli bir rotary motor üretti. Ancak herhangi bir uçakta kullanılamadı.
  
• 1906 yılında Alman mucit Emil Berliner, bir helikopterde kullanılmak üzere 5 silindirli Adams-Farwell rotary motor tasarımı konseptinin geliştirilmesine sponsor oldu. Ancak bu proje başarılı olamadı.
  
• 1906 yılında Fransız üç mühendisin uçaklarda kullanılmak üzere tasarladığı “Gnome” adı verilen motor türünün Adams-Farwell’in rotary motorlarından esinlenilerek geliştirildiği iddia edildi.
  
• 1910 yılında Adams-Farwell rotary motorları, Amerika’da sabit kanatlı uçaklarda kullanıldı.
  
• 1912 yılında Charles Redrup'un tasarladığı “Redrup Radial” adlı motosiklette 303 cc'lik rotary motor kullanıldı.
  
• Birinci Dünya Savaşı’nda kullanılan birçok uçak için rotary motorlar tasarlandı.
  

(Rotary motorlarda emme ve sıkıştırma işlemi...)

Çalışma Prensiplerine Göre Rotary ve Radyal Motorlar Arasındaki Fark

Rotary motor ile radyal (yıldız tipi) motor, görünüm olarak birbirine çok benzer. Bu sebeple karıştırılır. Çalışma prensiplerini göz önüne alarak aralarındaki farkı açıklamaya çalışalım:

Bir rotary motor, aslında standart bir Otto döngüsü bulunan içten yanmalı bir motor türüdür. Yani motor çevrimi dört zamanda gerçekleşir. Bu sebeple “dört zamanlı motor” sınıfında yer alır. Silindirler merkezi ve sabit bir krank mili etrafında radyal olarak yani merkezden yayılmış şekilde “geleneksel bir radyal motor gibi” sıralanır. Ancak radyal motordaki gibi dönen krank mili ile sabit bir silindir bloğu yerine krank mili sabittir ve silindirler, krank mili etrafında döner. Krank milinin gövdeye sabitlendiği tasarımı en yaygın konfigürasyonudur. Çalışma şekillerindeki farklılıklar sebebiyle rotary ile radyal motorlar arasında yağlama, ateşleme, yakıt sistemi ve soğutma sistemi gibi çeşitli bölümlerinde de bariz farklar vardır. Rotary motorların çoğu, tek bir krank milinden dışa doğru radyal olarak yayılmış silindirler ile düzenlenmiştir, ancak radyal olarak aynı formda düzenlenmiş rotary boksör tipi, hatta bir silindirli rotary tipi motorlar da bulunur.

Avantajları ve Dezavantajları

Rotary motorların avantajlarını ve dezavantajlarına da göz atalım.

Avantajları:

• Rotarylerde dönen geniş silindir kütlesi, volan (devinim hızını veya hareketini düzgün olarak tutmaya yarayan tekerlek) gibi davranır. Bu sebeple daha titreşimsiz ve düzgün çalışır.
  
• Birçok konvansiyonel motorda, gücü düzenli tutmak ve titreşimi azaltmak için ağır volanlar kullanılır. Rotary motorlar, ek bir volana ihtiyaç duymaz. Bu sebeple ağırlık oranı açısından önemli bir avantajı vardır.
  
• Motor çalışırken dönen krank karteri ve silindir bloğu, hava akımı oluşturur ve ideal bir soğutma imkânı sağlar.
  
• Diğer radyal konfigürasyon motorları gibi küçük ve düz bir krank karteri vardır. Verimli hava soğutma sistemi nedeniyle silindirler daha ince duvarlar ve dar soğutma kanatçıkları ile soğutulabilir. Bu sebeple daha az metal malzeme kullanılır. Bu da daha hafif bir yapı sağlar.
  

Dezavantajları:

• Motor tasarımcıları, rotary türü döner motorların bazı sınırlamaları olacağını öngörüyordu. Bu nedenle, statik (sabit) motorları daha dayanıklı, daha hafif ve daha az yakıt tüketimi olacak şekilde tasarlamaya başladılar. Rotary motorların hareketli silindirleri bu bakımdan en önemli dezavantaj olarak görülüyor.
  
• Rotary motorlar, temel olarak bu tür motorlar için verimsiz görülen “toplam kayıp” (total-loss) adı verilen yağlama sistemini kullanır. Yağın bütün motor bloğuna ulaşması için krank mili üzerindeki oyuklardan krank karterine girmesi gerekir; ancak dönen krank karterinin merkezkaç kuvveti doğrudan herhangi bir yağ sirkülasyonuna izin vermez. Tek pratik çözüm, yağın iki zamanlı motorlarda olduğu gibi yakıt - hava karışımı ile çekilmesidir (aspire edilmesi).
  
• Güç artışı, kütle ve ebat artışlarıyla doğru orantılıdır. Motorun dönen kütlesi, jiroskopik devinimiyle bağlantılıdır. Bu sebeple, bu motorların yerleştirildiği uçaklarda, özellikle de deneyimsiz pilotlar için kontrol sorunları ortaya çıkmıştır.
  
• Güç çıkışı, döner motorun hava direncinin giderek artmasına yol açar.
  
• Motorun kontrolü zordur, yakıt tüketimi daha fazladır.
  

Bunları Biliyor musunuz?

• Paris’teki “Musee de l'Air” adlı havacılık müzesinde radyal olarak sıralanmış yedi silindirli bir motorun kesitli çalışma modeli sergileniyor. Sergilenen kesitli bu motor rotary ve radyal motorlar arasındaki farkı açık bir şekilde ortaya koyuyor. Sergilenen rotary motorun kesitli çalışması:
  

• Uçaklarda kullanılan rotary motorlarda pervane, -radyal motorlarda olduğu gibi- basit bir sistemle hemen krank milinin önüne bağlanır.
  
• Radyal motorları gibi rotary motorlar da genellikle tek sayılı (3, 5, 7, 9 gibi) silindir tasarımları vardır. Bunun sebebi, pistonların ateşleme sırasının muhafaza edilmesi içindir. Böylece, daha sarsıntısız çalışması sağlanır. Çift sayılı silindirli rotary motorlar genellikle iki silindirli küçük tasarımlardır.
  
• Birinci Dünya Savaşı döneminde kullanılan uçaklarda kullanılan “Bentley BR2” adlı motor, en büyük ve en güçlü rotary motor olarak biliniyor. Bu motor, 250 beygir gücünde, 9 silindirli ve 220 kilogram ağırlığındaydı. Bu motorlar daha fazla geliştirilemedi.
  
• Wankel motorlar da bir rotary motor çeşidi olarak biliniyor. Ancak Wankel motorlarda rotarylerin aksine piston bulunmaz. Dönme hareketini üçgen bir rotor sağlar.