LiquidPiston's XTS-210 rotary engine is about the size of a basketball but could replace generator ... [+]LIQUIDPISTON
コネティカット州を拠点とするリキッドピストンLiquidPistonは、稼働中の小型戦術発電機30,000台を置き換え、ドローンに電力供給する新型ロータリーエンジンの開発で、陸軍および空軍と契約を結んだ。
約20年前に設立された同社が、国防総省に貢献できるようになったのはごく最近のことだ。同社はマサチューセッツ工科大学（MIT）からスピンアウトし、共同設立者のアレック・シュコルニク Alec Shkolnikは人工知能とロボット工学の博士課程に在籍していた。
ウクライナ生まれの物理学者である父ニコライとともに、シュコルニクは、過去60年にわたって自動車や航空機などで動力源となってきた古典的なヴァンケル式ロータリー・エンジンに新たなひねりを加えた。
リキッドピストンの高効率ハイブリッドサイクル（HEHC）ロータリーエンジンは、新しいアーキテクチャと新しい熱力学サイクルをベースにし、サイズ、重量、出力（SWaP）が重要となる小型発電やパワートレイン用途に適している。
「このエンジンは、従来型に比べ5倍から10倍も小型・軽量であるため、国防総省内でも応用可能性が見つかっている。どこへ行っても、どんな用途でも、より大きなパワーとエネルギーは好まれます」とアレック・シュコルニックは断言する。
これが関心を集め、過去2年間に陸軍と空軍から、中小企業技術革新研究（SBIR）と直接開発を合わせて10件の契約（総額約2000万ドル）を獲得した。各契約は、移動式発電と小型ドローン推進システムの両方をカバーしているが、リキッドピストンは、現場で使う小型発電機にまず焦点を当てている。
「移動式（陸軍）指令センターを分散する動きがあります。陸軍が理想とするのは、1つを失っても機能を維持できるようにすることです」（シュコルニク）。
しかし、陸軍にとって差し迫った焦点は、数十年前から実戦配備中のガスおよびディーゼル駆動の小型発電機セット（ジェネセット）の置き換えだ。
陸軍の小型戦術電力（STEP）プログラムでは、「効率性、信頼性、機動性、保守性の向上」を提供する新世代ジェネレーターを検討している。様々なサイズと出力が更新対象で、このうちリキッドピストンは、小型、低・中出力の発電機に焦点を当てている。
「当社が開発中の発電機は、現在配備されている3kWから10kWの発電機に代替できる可能性があります。陸軍はそのことに興奮しています。なぜなら、論理的に、サポート対象を1つにする方がずっとシンプルだからです」とシュコルニクは言う。
リキッドピストンが開発したロータリーエンジンは、手のひらに収まるサイズから、最大1,000馬力を出力するエンドテーブルサイズのパワープラントまでスケーラブルとなっている。これらのエンジンは、同社が「Xプラットフォーム」と呼ぶ、ローターとシャフトの2つの可動部しかないアーキテクチャーの基本設計を共有している。
このシンプルさが、STEPの主要特性である信頼性とメンテナンス性を高める。また、小型でも出力が得られるため、小型車両搭載型発電機（陸軍の新型歩兵分隊車両のような軽量プラットフォームに搭載される可能性がある）や、トラックやトレーラーを必要としない携帯型発電機も可能になる。
「2人から4人で発電機セットを移動させることができれば、それは本当に新しい能力です」とシュコルニクは付け加える。
設計は、2サイクルまたは4サイクル運転が可能で、ガソリン、灯油、水素、ディーゼル燃料に対応する。このような柔軟性は、戦術用パワープラントを単一燃料（JP-8/F24）に統一し、ロジスティクスの課題を大幅に簡素化したい陸軍が強く望んでいるものである。
リキッドピストンは、陸軍C5ISRセンターの資金援助に基づき、バージニア州を拠点とするエンジニアリング会社、パーソンズPSN コーポレーションと830万ドルの契約を結び、XTS-210（210cc）ロータリーエンジンを、陸軍の先進中型移動電源（AMMPS）ジェネレータの要件に対応させ、陸軍が実地試験する小型10kWジェネレータに統合させる。新しい発電機は、現在のAMMPSシステムの約4分の1のサイズと重量で、燃料消費量も同程度となる。
シュコルニクによれば、1.5フィート×1.5フィートの箱に収まり、重量は200ポンド未満で、トラックに搭載可能で、8時間持続する独自の燃料供給以外に、外部タンクから供給することもできる。
シュコルニクは「ヴァンケル・ロータリー・エンジンを裏返しにした」と説明する。リキッドピストンのHEHCエンジンは、ヴァンケルのようにピーナツ型のハウジングの中に三角形のローターを採用するのではなく、エピトロコイド型（ピーナツ型）のローターがトライローブ型（ほぼ三角形）のハウジングの中で回転する。
これによって、古典的なアトキンソンサイクルとオットーサイクルの特性を組み合わせたサーマルサイクルを使用できる。「当社のエンジンは、（ヴァンケルよりも）はるかに高い圧縮比を実現できます」とシュコルニックは説明する。「吸気と排気を非対称にポートすることで、定容量燃焼と過膨張を実現することができます」。
その結果、ロータリーにつきもののオイル消費とシーリング問題を克服し、小型で高回転のパッケージで競争力ある出力が得られる。Xロータリーエンジン設計の高速回転特性は、発電機モーターと相性が良く、小型化が可能だ。
このようなパッケージングの利点により、小型ロータリーは、独立型ユニットとして、あるいはハイブリッドシステムの一部として、ドローンに動力を供給する候補となる。リキッドピストンは、陸軍の将来戦術無人航空機システム（FTUAS）用のハイブリッド電気Xエンジン（HEXE）推進システムを開発するため、陸軍からフェーズII SBIRを受けている。
FTUASは、陸軍の既存のTextronRQ-7 Shadow ISRドローンを、滑走路に依存しない新しいVTOL UAVに置き換える構想だ。Shadowはガソリン燃料を動力源としているが、陸軍は、より長い耐久性と静かな動作が可能なJP-8/FT-24燃料のハイブリッドシステムを動力源とする後継機を望んでいる。
リキッドピストンのHEXE推進システムは、ジェット燃料でエンジンを空中で再始動できる一方で、全電気、エンジンのみ、またはその両方の組み合わせの間で、必要に応じて動力を切り替えることができる。HEXEはまた、空軍のAFWERX技術推進部門の関心を引き、6月に同社に1500万ドルのSTRATFI（戦略的資金調達）契約を授与した。
米空軍は、重燃料とハイブリッド形式の空中および地上動力アプリケーションの両方に関心を示している。リキッドピストンの当面の目標は、来年末までに先進的な試作型エンジンと発電機を陸軍に納入することだとシュコルニックは言う。そして、他の防衛関連の新興企業と同様、その補完的な目標は、生産契約が実現するまで存続することである。
そのため、研究開発資金を獲得してから本格的な生産契約やサービス契約を獲得するまでのギャップである「死の谷」を越える必要がある。リキッドピストンは、防衛関連の新興企業と同じく死の谷の課題に直面しているが、別の問題にも対処しなければならない。
「陸軍、海軍、空軍の誰もが、より多くの（戦術的な）パワーを望んでいますが、それを前進できるプログラムの所有権を本当に持っている人はいません」とシュコルニックは言う。実際、陸海空軍のどこにも、戦術戦力の中心的な取得組織・団体は存在しないようだ。その代わり、軍の戦術的パワー要素は、要求の包括的なビューの恩恵を受けることなく、特定のプログラムに縛られている。
本誌は、国防革新ユニットに、国防総省全体で拡大し続ける戦術的パワーの必要性の取得と維持を指揮する中央組織が存在しないことを認識しているか尋ねた。これまでのところ、DIUから回答はない。しかし、リキッドピストンのCEOによれば、同社は長年にわたり、その能力と、戦術的パワーの取り組みを一元化することの利点を国防総省に啓蒙してきたという。
また、追加投資を確保するため、あまり知られていない道を歩んできた。リキッドピストンは、株式クラウドファンディングを早くから採用してきた。2016年以前は、投資家が新興企業に資金を提供するには（あるいは彼らと資金調達について話し合うには）認定を受ける必要があったが、規制されたクラウドファンディングの出現により、シュコルニックは、同社が研究開発の道を歩み続ける金を調達する機会を得た。
「それは画期的なことでした。私たちは規制CFラウンドを3回行い、300万ドルを調達し、法定限度額を達成しました」。
同社は2021年以降、10,000人以上の投資家にレギュレーションAによる株式公開を行い、約3,000万ドルの追加資金を調達している。(レギュレーションAは、SECの登録要件を免除するもので、企業は登録せず証券を募集・販売できる。）
「それは私たちにとって素晴らしい方法でした。私たちがやっていることを理解してくれる多くの人々と共鳴しているのです」とシュコルニックは熱く語る。「古いエンジンと当社のエンジンの写真を見たり、新しいロータリーの内部の写真を見たりする。彼らは興奮し、投資する」。
このような戦略は、防衛分野の新興企業であまり議論されてこなかったが、検討する価値はある。リキッドピストンはまた、バッテリーが十分なパワー、コスト・軽量化、ロジスティクスの簡素化などを提供できない商用スペース（補助動力装置など）における機会（同社は84点の特許を保有している）を活用することも計画している。
同社が伝統的な動力システムを開発したことは、斬新なエンジン技術の継続的な利点と魅力を実証している。共同設立者であるシュコルニクの父親は、2000年代初頭に燃料電池やスーパーキャパシタなどの技術に取り組んでいたときから、長期にわたる可能性を認識していた。■
Rotary-Engine Generators Could Put New Spin On Military Tactical Power
Eric TeglerContributor
https://www.forbes.com/sites/erictegler/2023/08/10/rotary-engine-generators-could-put-a-new-spin-on-military-tactical-power/?ss=aerospace-defense&sh=497dfa9031e2
Aug 10, 2023,09:15am EDT
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