Den amerikanske flåde planlægger at opgradere de gasturbinekraftværker, der i øjeblikket er installeret på dets fly og skibe i fremtiden, og erstatter konventionelle Brighton -cykelmotorer med detonationsrotationsmotorer. På grund af dette forventes brændstofbesparelser at udgøre omkring $ 400 millioner årligt. Seriel brug af nye teknologier er imidlertid mulig ifølge eksperter ikke tidligere end om et årti.
Udviklingen af roterende eller roterende roterende motorer i Amerika udføres af US Navy Research Laboratory. Ifølge de første estimater vil de nye motorer være mere kraftfulde og også cirka en fjerdedel mere økonomiske end konventionelle motorer. Samtidig vil de grundlæggende principper for driften af kraftværket forblive de samme - gasserne fra det brændte brændstof kommer ind i gasturbinen og roterer dens vinger. Ifølge US Navy -laboratoriet, selv i den relativt fjerne fremtid, hvor hele den amerikanske flåde bliver drevet af elektricitet, vil gasturbiner stadig være ansvarlige for at producere strøm, til en vis grad ændret.
Husk, at opfindelsen af den pulserende jetmotor går tilbage til slutningen af det nittende århundrede. Opfinderen var den svenske ingeniør Martin Wiberg. Nye kraftværker blev udbredt under Anden Verdenskrig, selvom de var betydeligt ringere i deres tekniske egenskaber end flymotorer, der eksisterede på det tidspunkt.
Det skal bemærkes, at den amerikanske flåde på dette tidspunkt har 129 skibe, der anvender 430 gasturbinemotorer. Hvert år er omkostningerne ved at give dem brændstof omkring 2 milliarder dollars. I fremtiden, når moderne motorer erstattes af nye, ændres brændstofomkostningerne.
Forbrændingsmotorer, der i øjeblikket er i brug, fungerer på Brighton -cyklussen. Hvis du definerer essensen af dette koncept med få ord, så kommer det hele til den successive blanding af oxidationsmidlet og brændstoffet, yderligere komprimering af den resulterende blanding, derefter - brandstiftelse og forbrænding med ekspansion af forbrændingsprodukter. Denne udvidelse bruges bare til at køre, flytte stempler, rotere en turbine, det vil sige udføre mekaniske handlinger, hvilket giver konstant tryk. Forbrændingsprocessen for brændstofblandingen bevæger sig med en subsonisk hastighed - denne proces kaldes dufflagration.
Hvad angår de nye motorer, har forskere til hensigt at bruge eksplosiv forbrænding i dem, det vil sige detonation, hvor forbrænding sker ved supersonisk hastighed. Og selvom fænomenet detonation endnu ikke er blevet undersøgt fuldt ud, er det kendt, at der ved denne forbrænding opstår en stødbølge, som formerer sig gennem en blanding af brændstof og luft, forårsager en kemisk reaktion, hvis resultat er frigivelse af en temmelig stor mængde termisk energi. Når chokbølgen passerer gennem blandingen, opvarmes den, hvilket fører til detonation.
I udviklingen af en ny motor er det planlagt at bruge visse udviklinger, der blev opnået i processen med at udvikle en detonationspulserende motor. Dets funktionsprincip er, at en forkomprimeret brændstofblanding føres ind i forbrændingskammeret, hvor den antændes og detoneres. Forbrændingsprodukter ekspanderer i dysen og udfører mekaniske handlinger. Så gentages hele cyklussen fra begyndelsen. Men ulempen ved pulserende motorer er, at cyklussernes gentagelseshastighed er for lav. Desuden bliver designet af disse motorer selv mere komplekst i tilfælde af en stigning i antallet af pulsationer. Dette skyldes behovet for at synkronisere driften af ventilerne, der er ansvarlige for levering af brændstofblandingen, såvel som direkte af detonationscyklusserne selv. Pulserende motorer er også meget støjende, de kræver en stor mængde brændstof for at fungere, og arbejde er kun muligt med konstant doseret brændstofindsprøjtning.
Hvis vi sammenligner detonationsroterende motorer med pulserende, er princippet for deres drift en anelse anderledes. Således sørger især de nye motorer for en konstant kontinuerlig detonation af brændstoffet i forbrændingskammeret. Dette fænomen kaldes spin eller roterende detonation. Det blev først beskrevet i 1956 af den sovjetiske videnskabsmand Bogdan Voitsekhovsky. Og dette fænomen blev opdaget meget tidligere, tilbage i 1926. Pionererne var briterne, der lagde mærke til, at der i visse systemer optrådte et lysende glødende "hoved", der bevægede sig i en spiral, i stedet for en flad detonationsbølge.
Voitsekhovsky fotograferede bølgefronten, der bevægede sig i et ringformet forbrændingskammer i en brændstofblanding, ved hjælp af en fotobåndoptager, som han selv designede. Spin detonation adskiller sig fra plane detonation ved, at der opstår en enkelt stødtværbølge i den, efterfulgt af en opvarmet gas, der ikke har reageret, og allerede bag dette lag er der en kemisk reaktionszone. Og det er netop sådan en bølge, der forhindrer forbrænding af selve kammeret, som Marlene Topchiyan kaldte "en fladet doughnut".
Det skal bemærkes, at detonationsmotorer allerede har været brugt tidligere. Især taler vi om den pulserende luft-jet-motor, som blev brugt af tyskerne i slutningen af Anden Verdenskrig på V-1 krydsermissiler. Dens produktion var ganske enkel, dens anvendelse var let nok, men samtidig var denne motor ikke særlig pålidelig til at løse vigtige problemer.
Yderligere, i 2008, tog Rutang Long-EZ, et forsøgsfly udstyret med en pulserende detonationsmotor, luften. Flyvningen varede kun ti sekunder i tredive meters højde. I løbet af denne tid udviklede kraftværket et tryk i størrelsesordenen 890 Newton.
Den eksperimentelle prototype af motoren, præsenteret af det amerikanske laboratorium i den amerikanske flåde, er et ringformet kegleformet forbrændingskammer med en diameter på 14 centimeter på brændstoftilførselssiden og 16 centimeter på dysesiden. Afstanden mellem kammerets vægge er 1 centimeter, mens “røret” er 17,7 centimeter langt.
En blanding af luft og brint bruges som brændstofblanding, som tilføres ved et tryk på 10 atmosfærer til forbrændingskammeret. Blandingens temperatur er 27,9 grader. Bemærk, at denne blanding anerkendes som den mest bekvemme til at studere fænomenet spin -detonation. Men ifølge forskere vil det i de nye motorer være muligt at bruge en brændstofblanding, der ikke kun består af brint, men også af andre brændbare komponenter og luft.
Eksperimentelle undersøgelser af en roterende motor har vist dens større effektivitet og effekt i forhold til forbrændingsmotorer. En anden fordel er betydelig brændstoføkonomi. På samme tid blev det under forsøget afsløret, at forbrændingen af brændstofblandingen i den roterende "test" -motor er ikke-ensartet, derfor er det nødvendigt at optimere motordesignet.
Forbrændingsprodukter, der ekspanderer i dysen, kan opsamles i en gasstråle ved hjælp af en kegle (dette er den såkaldte Coanda-effekt), og derefter kan denne stråle sendes til turbinen. Møllen vil rotere under påvirkning af disse gasser. Således kan en del af møllens arbejde bruges til at drive skibe, og dels til at generere energi, som er nødvendig for skibsudstyr og forskellige systemer.
Selve motorerne kan produceres uden bevægelige dele, hvilket i høj grad vil forenkle deres design, hvilket igen vil reducere omkostningerne ved kraftværket som helhed. Men dette er kun i perspektiv. Inden man starter nye motorer i serieproduktion, er det nødvendigt at løse mange vanskelige problemer, hvoraf det ene er udvælgelsen af holdbare varmebestandige materialer.
Bemærk, at roterende detonationsmotorer i øjeblikket betragtes som en af de mest lovende motorer. De udvikles også af forskere fra University of Texas i Arlington. Det kraftværk, de skabte, blev kaldt "kontinuerlig detonationsmotor". På samme universitet forskes der i valg af forskellige diametre af ringformede kamre og forskellige brændstofblandinger, som omfatter hydrogen og luft eller ilt i forskellige proportioner.
Udvikling i denne retning er også i gang i Rusland. Så i 2011, ifølge administrerende direktør for Saturn forsknings- og produktionsforening I. Fedorov, udvikler forskere fra Lyulka Videnskabeligt og Teknisk Center en pulserende luftstrålemotor. Arbejdet udføres parallelt med udviklingen af en lovende motor kaldet "Produkt 129" til T-50. Derudover sagde Fedorov også, at foreningen forsker i oprettelsen af lovende fly i den næste fase, som formodes at være ubemandede.
Samtidig angav hovedet ikke, hvilken slags pulserende motor der var tale om. I øjeblikket kendes tre typer af sådanne motorer - uden værdi, ventil og detonation. Det accepteres i mellemtiden, at pulserende motorer er de enkleste og billigste at fremstille.
I dag forsker flere store forsvarsfirmaer i højtydende pulserende jetmotorer. Blandt disse virksomheder er amerikanske Pratt & Whitney og General Electric og den franske SNECMA.
Således kan der drages visse konklusioner: oprettelsen af en ny lovende motor har visse vanskeligheder. Hovedproblemet i øjeblikket er i teorien: hvad der præcist sker, når detonationschokbølgen bevæger sig i en cirkel, kendes kun generelt, og dette komplicerer processen med at optimere designs i høj grad. Derfor er den nye teknologi, selvom den er meget attraktiv, næppe gennemførlig i industriproduktionens omfang.
Men hvis det lykkes forskerne at sortere de teoretiske problemstillinger, vil det være muligt at tale om et reelt gennembrud. Møller bruges jo ikke kun i transport, men også i energisektoren, hvor en stigning i effektiviteten kan have en endnu stærkere effekt.
