Az amerikai haditengerészet azt tervezi, hogy a jövőben korszerűsíti a repülőgépeire és hajóira jelenleg telepített gázturbinás erőműveket, a hagyományos Brighton -ciklusú motorokat felrobbantó rotációs motorokra cserélve. Emiatt az üzemanyag -megtakarítás évente körülbelül 400 millió dollárt tesz ki. Az új technológiák soros alkalmazása azonban a szakértők szerint legkorábban egy évtized múlva lehetséges.
A forgó vagy forgó forgómotorok fejlesztését Amerikában az amerikai haditengerészeti kutatólaboratórium végzi. A kezdeti becslések szerint az új motorok erősebbek és körülbelül negyedével gazdaságosabbak lesznek, mint a hagyományos motorok. Ugyanakkor az erőmű működésének alapelvei változatlanok maradnak - az elégett tüzelőanyagból származó gázok belépnek a gázturbinába, forgatva annak lapátjait. Az amerikai haditengerészet laboratóriuma szerint még a viszonylag távoli jövőben is, amikor a teljes amerikai flottát elektromos árammal látják el, a gázturbinák továbbra is felelősek lesznek az energiatermelésért, bizonyos mértékig módosítva.
Emlékezzünk vissza, hogy a pulzáló sugárhajtómű feltalálása a XIX. Század végére nyúlik vissza. A feltaláló a svéd mérnök, Martin Wiberg volt. Az új erőművek a második világháború idején terjedtek el, bár műszaki jellemzőikben jelentősen elmaradtak az akkoriban létező repülőgép -hajtóművektől.
Meg kell jegyezni, hogy ekkor az amerikai flotta 129 hajóval rendelkezik, amelyek 430 gázturbinás motort használnak. Évente mintegy 2 milliárd dollárba kerül az üzemanyaggal való ellátásuk költsége. A jövőben, amikor a modern motorokat újakra cserélik, az üzemanyagköltség összege megváltozik.
A jelenleg használt belső égésű motorok a Brighton -ciklus szerint működnek. Ha néhány szóval meghatározza ennek a koncepciónak a lényegét, akkor minden az oxidálószer és az üzemanyag egymás utáni keveréséből, a kapott keverék további összenyomódásából, majd - gyújtogatásból és égésből származik az égéstermékek bővülésével. Ezt a tágulást csak a dugattyúk meghajtására, mozgatására, turbina forgatására használják, azaz mechanikus műveleteket hajtanak végre, állandó nyomást biztosítva. Az üzemanyag -keverék égési folyamata szubszonikus sebességgel mozog - ezt a folyamatot dufflagrációnak nevezik.
Ami az új motorokat illeti, a tudósok robbanásveszélyes égést kívánnak alkalmazni bennük, azaz detonációt, amelyben az égés szuperszonikus sebességgel történik. És bár jelenleg a robbanás jelenségét még nem vizsgálták teljes körűen, köztudott, hogy ilyen típusú égés esetén lökéshullám keletkezik, amely üzemanyag és levegő keverékén keresztül terjed, kémiai reakciót okoz, amelynek eredménye meglehetősen nagy mennyiségű hőenergia felszabadulása. Amikor a lökéshullám áthalad a keveréken, felmelegszik, ami detonációhoz vezet.
Egy új motor kifejlesztése során bizonyos fejlesztéseket terveznek felhasználni, amelyeket egy detonációs lüktető motor kifejlesztése során nyertek. Működési elve az, hogy egy előre összenyomott tüzelőanyag-keveréket az égéstérbe táplálnak, ahol meggyújtják és felrobbantják. Az égéstermékek kitágulnak a fúvókában, mechanikus műveleteket hajtanak végre. Ezután az egész ciklus megismétlődik az elejétől. A pulzáló motorok hátránya azonban az, hogy a ciklusok ismétlési aránya túl alacsony. Ezenkívül ezeknek a motoroknak a kialakítása bonyolultabbá válik a lüktetések számának növekedése esetén. Ez annak köszönhető, hogy össze kell hangolni a tüzelőanyag -keverék ellátásáért felelős szelepek működését, valamint közvetlenül a robbantási ciklusokat. A pulzáló motorok szintén nagyon zajosak, működésük nagy mennyiségű üzemanyagot igényel, és a munka csak állandó üzemanyag -adagolás mellett lehetséges.
Ha összehasonlítjuk a detonációs forgó motorokat a lüktető motorokkal, akkor működésük elve kissé eltér. Így különösen az új motorok biztosítják az üzemanyag állandó, folyamatos felrobbanását az égéstérben. Ezt a jelenséget spinnek vagy forgó detonációnak nevezik. Először 1956 -ban írta le Bogdan Voitsekhovsky szovjet tudós. És ezt a jelenséget sokkal korábban fedezték fel, még 1926 -ban. Az úttörők a britek voltak, akik észrevették, hogy bizonyos rendszerekben egy lapos detonációs hullám helyett egy fényesen izzó "fej" jelent meg, amely spirálisan mozog.
Voitsekhovsky egy általa tervezett fényképrögzítőt használva lefényképezte a hullámfrontot, amely gyűrű alakú égéskamrában mozog üzemanyagkeverékben. A spinrobbanás abban különbözik a síkrobbanástól, hogy egyetlen ütés -keresztirányú hullám keletkezik benne, majd egy felhevült gáz, amely nem reagált, és már e réteg mögött egy kémiai reakciózóna található. És éppen egy ilyen hullám akadályozza meg maga a kamra égését, amelyet Marlene Topchiyan „lapított fánknak” nevezett.
Meg kell jegyezni, hogy a robbanógépeket már korábban is használták. Különösen a pulzáló légsugaras motorról beszélünk, amelyet a németek a második világháború végén használtak a V-1 cirkálórakétákon. Gyártása meglehetősen egyszerű volt, használata elég egyszerű, ugyanakkor ez a motor nem volt túl megbízható a fontos problémák megoldásában.
Továbbá 2008-ban a Rutang Long-EZ, egy lüktető detonációs motorral felszerelt kísérleti repülőgép emelkedett a levegőbe. A repülés mindössze tíz másodpercig tartott harminc méteres magasságban. Ez idő alatt az erőmű 890 Newton nagyságú tolóerőt fejlesztett ki.
A motor kísérleti prototípusa, amelyet az amerikai haditengerészet amerikai laboratóriuma mutatott be, egy gyűrű alakú kúp alakú égéstér, amelynek átmérője az üzemanyag-ellátási oldalon 14 cm, a fúvóka-oldalon pedig 16 cm. A kamra falai közötti távolság 1 centiméter, míg a „cső” 17,7 centiméter hosszú.
Tüzelőanyag -keverékként levegő és hidrogén keverékét használják, amelyet 10 atmoszféra nyomáson szállítanak az égéstérbe. A keverék hőmérséklete 27,9 fok. Vegye figyelembe, hogy ezt a keveréket ismerik el a legkényelmesebbnek a centrifugálódás jelenségének tanulmányozásához. A tudósok szerint azonban az új motorokban nemcsak hidrogénből, hanem más éghető alkatrészekből és levegőből álló üzemanyag -keveréket is lehet használni.
A rotációs motorok kísérleti vizsgálatai kimutatták, hogy a belső égésű motorokhoz képest nagyobb hatékonyságot és teljesítményt nyújtanak. További előny a jelentős üzemanyag -fogyasztás. Ugyanakkor a kísérlet során kiderült, hogy a tüzelőanyag-keverék égése a forgó "teszt" motorban nem egyenletes, ezért szükséges a motor kialakításának optimalizálása.
A fúvókában táguló égéstermékeket egy gázsugárba gyűjthetjük egy kúp segítségével (ez az úgynevezett Coanda-effektus), majd ezt a fúvókát el lehet küldeni a turbinához. A turbina ezen gázok hatására forogni fog. Így a turbina munkájának egy része felhasználható hajók meghajtására, részben pedig energiatermelésre, ami a hajóberendezésekhez és a különböző rendszerekhez szükséges.
Maguk a motorok mozgó alkatrészek nélkül is előállíthatók, ami nagyban leegyszerűsíti a kialakításukat, ami viszont csökkenti az erőmű egészének költségeit. De ez csak perspektívában van. Az új motorok sorozatgyártásba bocsátása előtt sok nehéz problémát kell megoldani, amelyek közül az egyik a tartós, hőálló anyagok kiválasztása.
Megjegyezzük, hogy jelenleg a forgó robbanómotorokat tekintik az egyik legígéretesebb motornak. Ezeket az arlingtoni Texas Egyetem tudósai is fejlesztik. Az általuk létrehozott erőművet "folyamatos detonációs motornak" nevezték. Ugyanebben az egyetemen kutatásokat végeznek a gyűrű alakú kamrák és a különböző tüzelőanyag -keverékek, amelyek különböző arányban tartalmaznak hidrogént és levegőt vagy oxigént, kiválasztására.
Az ilyen irányú fejlődés Oroszországban is folyamatban van. Tehát 2011 -ben, a Szaturnusz kutatási és termelési egyesület ügyvezető igazgatója, I. Fedorov szerint a Lyulka Tudományos és Műszaki Központ tudósai pulzáló légsugárhajtóművet fejlesztenek ki. A munkát párhuzamosan végzik egy ígéretes motor fejlesztésével, a "Product 129" néven a T-50 számára. Ezenkívül Fedorov azt is elmondta, hogy az egyesület kutatásokat folytat a következő szakasz ígéretes repülőgépeinek megalkotásáról, amelyek állítólag pilóta nélküliek.
A fej ugyanakkor nem határozta meg, hogy milyen pulzáló motorról van szó. Jelenleg három ilyen típusú motor ismert - szelep nélküli, szelep és robbanás. Közben általánosan elfogadott, hogy a pulzáló motorok gyártása a legegyszerűbb és legolcsóbb.
Ma több nagy védelmi cég kutatásokat végez a nagy teljesítményű pulzáló sugárhajtóművekről. Ezek közé a cégek közé tartozik az amerikai Pratt & Whitney és a General Electric, valamint a francia SNECMA.
Így bizonyos következtetéseket lehet levonni: egy új ígéretes motor létrehozása bizonyos nehézségekkel jár. A fő probléma jelenleg elméletileg: mi történik pontosan, amikor a detonációs lökéshullám körben mozog, csak általánosságban ismert, és ez nagyban megnehezíti a tervek optimalizálásának folyamatát. Ezért az új technológia, bár nagyon vonzó, az ipari termelés méretében aligha megvalósítható.
Ha azonban a kutatóknak sikerül rendezniük az elméleti kérdéseket, akkor valódi áttörésről lehet majd beszélni. Hiszen nemcsak a közlekedésben, hanem az energiaszektorban is használják a turbinákat, amelyekben a hatékonyság növelése még erősebb hatást fejthet ki.
