Den amerikanske marinen planlegger å oppgradere gassturbinkraftverkene som for tiden er installert på flyene og skipene i fremtiden, og erstatte konvensjonelle Brighton -syklusmotorer med detonasjonsrotasjonsmotorer. På grunn av dette forventes drivstoffbesparelsen å beløpe seg til omtrent 400 millioner dollar årlig. Imidlertid er seriebruk av nye teknologier mulig, ifølge eksperter, ikke tidligere enn om et tiår.
Utviklingen av roterende eller roterende roterende motorer i Amerika utføres av US Navy Research Laboratory. Ifølge de første estimatene vil de nye motorene bli kraftigere og også omtrent en fjerdedel mer økonomiske enn konvensjonelle motorer. Samtidig vil de grunnleggende prinsippene for driften av kraftverket forbli de samme - gassene fra det brente drivstoffet kommer inn i gasturbinen og roterer bladene. Ifølge laboratoriet i den amerikanske marinen, selv i en relativt fjern fremtid, når hele den amerikanske flåten vil bli drevet av elektrisitet, vil gassturbiner fortsatt være ansvarlige for å generere kraft, til en viss grad modifisert.
Husk at oppfinnelsen av den pulserende jetmotoren dateres tilbake til slutten av det nittende århundre. Oppfinneren var den svenske ingeniøren Martin Wiberg. Nye kraftverk ble utbredt under andre verdenskrig, selv om de var betydelig dårligere i sine tekniske egenskaper enn flymotorer som eksisterte på den tiden.
Det skal bemerkes at den amerikanske flåten på dette tidspunktet har 129 skip som bruker 430 gassturbinmotorer. Hvert år er kostnaden for å gi dem drivstoff omtrent 2 milliarder dollar. I fremtiden, når moderne motorer blir erstattet av nye, vil mengden drivstoffkostnader endres.
Forbrenningsmotorer som for tiden er i bruk, opererer på Brighton -syklusen. Hvis du definerer essensen av dette konseptet med noen få ord, kommer alt ned på den påfølgende blandingen av oksydasjonsmidlet og drivstoffet, ytterligere komprimering av den resulterende blandingen, deretter - brannstiftelse og forbrenning med utvidelse av forbrenningsprodukter. Denne utvidelsen brukes bare til å kjøre, flytte stempler, rotere en turbin, det vil si utføre mekaniske handlinger og gi konstant trykk. Forbrenningsprosessen til drivstoffblandingen beveger seg med en subsonisk hastighet - denne prosessen kalles dufflagrering.
Når det gjelder de nye motorene, har forskerne til hensikt å bruke eksplosiv forbrenning i dem, det vil si detonasjon, der forbrenning skjer med supersonisk hastighet. Og selv om fenomenet detonasjon ennå ikke er fullstendig studert, er det kjent at med denne typen forbrenning oppstår en sjokkbølge, som forplanter seg gjennom en blanding av drivstoff og luft, og forårsaker en kjemisk reaksjon, hvis resultat er frigjøring av en ganske stor mengde termisk energi. Når sjokkbølgen passerer gjennom blandingen, varmes den opp, noe som fører til detonasjon.
I utviklingen av en ny motor er det planlagt å bruke visse utviklinger som ble oppnådd i prosessen med å utvikle en detonasjonspulserende motor. Driftsprinsippet er at en ferdigkomprimert drivstoffblanding mates inn i forbrenningskammeret, hvor den antennes og detoneres. Forbrenningsprodukter ekspanderer i munnstykket og utfører mekaniske handlinger. Så gjentas hele syklusen fra begynnelsen. Men ulempen med pulserende motorer er at syklusenes repetisjonshastighet er for lav. I tillegg blir utformingen av disse motorene i seg selv mer kompleks i tilfelle en økning i antall pulsasjoner. Dette skyldes behovet for å synkronisere driften av ventilene, som er ansvarlige for tilførsel av drivstoffblandingen, samt direkte av detonasjonssyklusene selv. Pulserende motorer er også veldig bråkete, de krever mye drivstoff for å fungere, og arbeid er bare mulig med konstant dosering av drivstoff.
Hvis vi sammenligner detonasjonsroterende motorer med pulserende, er prinsippet for driften litt annerledes. Således sørger spesielt de nye motorene for en konstant kontinuerlig detonasjon av drivstoffet i forbrenningskammeret. Dette fenomenet kalles spin, eller roterende detonasjon. Det ble først beskrevet i 1956 av den sovjetiske forskeren Bogdan Voitsekhovsky. Og dette fenomenet ble oppdaget mye tidligere, tilbake i 1926. Pionerene var britene, som la merke til at det i visse systemer dukket opp et sterkt glødende "hode", som beveget seg i en spiral, i stedet for en flat detonasjonsbølge.
Voitsekhovsky fotograferte bølgefronten, som beveget seg i et ringformet forbrenningskammer i en drivstoffblanding, ved å bruke en fotograferingsapparat som han selv designet. Spinndetonasjon skiller seg fra detonasjon av fly ved at det oppstår en enkelt sjokk tverrbølge i den, etterfulgt av en oppvarmet gass som ikke har reagert, og allerede bak dette laget er det en kjemisk reaksjonssone. Og det er nettopp en slik bølge som forhindrer forbrenningen av selve kammeret, som Marlene Topchiyan kalte "en flat flat doughnut".
Det skal bemerkes at detonasjonsmotorer allerede har blitt brukt tidligere. Spesielt snakker vi om den pulserende luft-jetmotoren, som ble brukt av tyskerne på slutten av andre verdenskrig på cruisemissilene V-1. Produksjonen var ganske enkel, bruken var enkel nok, men samtidig var denne motoren ikke veldig pålitelig for å løse viktige problemer.
Videre, i 2008, tok Rutang Long-EZ, et eksperimentelt fly utstyrt med en pulserende detonasjonsmotor, luften. Flyturen varte bare ti sekunder i tretti meters høyde. I løpet av denne tiden utviklet kraftverket et trykk av størrelsesorden 890 Newton.
Den eksperimentelle prototypen til motoren, presentert av det amerikanske laboratoriet i den amerikanske marinen, er et ringformet kjegleformet forbrenningskammer med en diameter på 14 centimeter på drivstofftilførselssiden og 16 centimeter på dysesiden. Avstanden mellom veggene i kammeret er 1 centimeter, mens "røret" er 17,7 centimeter langt.
En blanding av luft og hydrogen brukes som en drivstoffblanding, som tilføres ved et trykk på 10 atmosfærer til forbrenningskammeret. Blandingstemperaturen er 27,9 grader. Vær oppmerksom på at denne blandingen er anerkjent som den mest praktiske for å studere fenomenet spinndetonasjon. Men ifølge forskere vil det i de nye motorene være mulig å bruke en drivstoffblanding som ikke bare består av hydrogen, men også av andre brennbare komponenter og luft.
Eksperimentelle studier av en roterende motor har vist større effektivitet og effekt sammenlignet med forbrenningsmotorer. En annen fordel er betydelig drivstofføkonomi. På samme tid ble det under eksperimentet avslørt at forbrenningen av drivstoffblandingen i den roterende "test" -motoren er ujevn, derfor er det nødvendig å optimalisere motordesignet.
Forbrenningsprodukter som ekspanderer i munnstykket kan samles i en gasstråle ved hjelp av en kjegle (dette er den såkalte Coanda-effekten), og deretter kan denne strålen sendes til turbinen. Turbinen vil rotere under påvirkning av disse gassene. Dermed kan en del av arbeidet til turbinen brukes til å drive skip, og dels til å generere energi, som er nødvendig for skipsutstyr og forskjellige systemer.
Selve motorene kan produseres uten bevegelige deler, noe som vil forenkle designet, noe som igjen vil redusere kostnadene for kraftverket som helhet. Men dette er bare i perspektiv. Før du starter nye motorer i serieproduksjon, er det nødvendig å løse mange vanskelige problemer, hvorav ett er valg av holdbare varmebestandige materialer.
Vær oppmerksom på at roterende detonasjonsmotorer for øyeblikket regnes som en av de mest lovende motorene. De utvikles også av forskere fra University of Texas i Arlington. Kraftverket de opprettet ble kalt "kontinuerlig detonasjonsmotor". Ved det samme universitetet forskes det på valg av forskjellige diametre av ringformede kamre og forskjellige drivstoffblandinger, som inkluderer hydrogen og luft eller oksygen i forskjellige proporsjoner.
Utvikling i denne retningen pågår også i Russland. Så i 2011, ifølge administrerende direktør for Saturn forsknings- og produksjonsforening I. Fedorov, utvikler forskere fra Lyulka vitenskapelige og tekniske senter en pulserende luftstrålemotor. Arbeidet utføres parallelt med utviklingen av en lovende motor kalt "Product 129" for T-50. I tillegg sa Fedorov også at foreningen forsker på opprettelsen av lovende fly i neste etappe, som skal være ubemannet.
Samtidig angav ikke hodet hva slags pulserende motor det var snakk om. For øyeblikket er tre typer slike motorer kjent - uten verdi, ventil og detonasjon. Det er generelt akseptert i mellomtiden at pulserende motorer er de enkleste og billigste å produsere.
I dag forsker flere store forsvarsfirmaer på pulserende jetmotorer med høy ytelse. Blant disse firmaene er amerikanske Pratt & Whitney og General Electric og franske SNECMA.
Dermed kan visse konklusjoner trekkes: opprettelsen av en ny lovende motor har visse vanskeligheter. Hovedproblemet for øyeblikket er i teorien: hva som egentlig skjer når detonasjonssjokkbølgen beveger seg i en sirkel, er bare kjent generelt, og dette kompliserer prosessen med å optimalisere design sterkt. Derfor er den nye teknologien, selv om den er veldig attraktiv, neppe gjennomførbar i omfanget av industriell produksjon.
Men hvis forskere klarer å sortere ut de teoretiske problemstillingene, vil det være mulig å snakke om et reelt gjennombrudd. Tross alt brukes turbiner ikke bare i transport, men også i energisektoren, der effektivitetsøkning kan ha en enda sterkere effekt.
