Američka mornarica planira u budućnosti nadograditi elektrane na plinske turbine koje su trenutno instalirane na njegovim zrakoplovima i brodovima, zamjenjujući konvencionalne motore u Brightonu s rotacijskim motorima s detonacijom. Zbog toga se očekuje da će uštede goriva iznositi oko 400 miliona dolara godišnje. Međutim, prema riječima stručnjaka, serijska uporaba novih tehnologija moguća je najranije za jedno desetljeće.
Razvoj rotacionih ili rotacionih rotacionih motora u Americi sprovodi američka istraživačka laboratorija mornarice. Prema prvim procjenama, novi motori bit će snažniji i otprilike četvrtinu ekonomičniji od konvencionalnih motora. Istovremeno, osnovni principi rada elektrane ostat će isti - plinovi iz izgorjelog goriva ući će u plinsku turbinu, rotirajući njene lopatice. Prema laboratoriju američke mornarice, čak i u relativno dalekoj budućnosti, kada će se cijela američka flota napajati električnom energijom, plinske turbine će i dalje biti odgovorne za proizvodnju energije, u određenoj mjeri izmijenjene.
Podsjetimo da je izum pulsirajućeg mlaznog motora datirao s kraja devetnaestog stoljeća. Izumitelj je bio švedski inženjer Martin Wiberg. Nove elektrane postale su rasprostranjene tijekom Drugog svjetskog rata, iako su po svojim tehničkim karakteristikama bile znatno inferiornije od avionskih motora koji su postojali u to vrijeme.
Treba napomenuti da u ovom trenutku američka flota broji 129 brodova koji koriste 430 gasno -turbinskih motora. Svake godine troškovi opskrbe gorivom iznose oko 2 milijarde dolara. U budućnosti, kada se moderni motori zamijene novim, iznos goriva će se promijeniti.
Motori sa unutrašnjim sagorijevanjem koji se trenutno koriste rade po Brightonovom ciklusu. Ako u nekoliko riječi definirate suštinu ovog koncepta, onda se sve svodi na uzastopno miješanje oksidansa i goriva, daljnje komprimiranje nastale smjese, zatim - paljenje i sagorijevanje uz širenje produkata sagorijevanja. Ovo proširenje se koristi samo za pogon, pomicanje klipova, rotiranje turbine, odnosno izvođenje mehaničkih radnji, osiguravajući stalan pritisak. Proces sagorijevanja mješavine goriva odvija se podzvučnom brzinom - ovaj proces se naziva duflagracija.
Što se tiče novih motora, naučnici namjeravaju u njima upotrijebiti eksplozivno sagorijevanje, odnosno detonaciju, pri kojoj se sagorijevanje odvija nadzvučnom brzinom. I premda trenutno fenomen detonacije još nije u potpunosti proučen, poznato je da s ovom vrstom sagorijevanja nastaje udarni val koji se širi kroz smjesu goriva i zraka uzrokuje kemijsku reakciju čiji je rezultat oslobađanje prilično velike količine toplinske energije. Kad udarni val prođe kroz smjesu, zagrijava se, što dovodi do detonacije.
U razvoju novog motora planira se koristiti određena dostignuća koja su dobivena u procesu razvoja detonacijskog pulsirajućeg motora. Njegov princip rada je da se prethodno stlačena mješavina goriva dovodi u komoru za sagorijevanje, gdje se pali i detonira. Proizvodi sagorijevanja šire se u mlaznici, izvodeći mehanička djelovanja. Zatim se cijeli ciklus ponavlja od početka. No, nedostatak pulsirajućih motora je to što je stopa ponavljanja ciklusa preniska. Osim toga, sam dizajn ovih motora postaje složeniji u slučaju povećanja broja pulsacija. To je zbog potrebe za sinkronizacijom rada ventila, koji su odgovorni za opskrbu mješavinom goriva, kao i izravno samim ciklusima detonacije. Pulsirajući motori su također vrlo bučni, zahtijevaju veliku količinu goriva za rad, a rad je moguć samo uz stalno mjerenje ubrizgavanja goriva.
Ako usporedimo detonacijske rotacijske motore s pulsirajućim, princip njihovog rada je malo drugačiji. Tako, posebno, novi motori osiguravaju stalnu kontinuiranu detonaciju goriva u komori za izgaranje. Ova pojava se naziva spin ili rotirajuća detonacija. Prvi put ju je 1956. godine opisao sovjetski naučnik Bogdan Voitsekhovsky. I ovaj fenomen je otkriven mnogo ranije, davne 1926. Pioniri su bili Britanci, koji su primijetili da se u određenim sistemima pojavila sjajna užarena "glava", koja se kretala spiralno, umjesto ravnog talasa detonacije.
Voitsekhovsky je, koristeći snimač fotografija koji je sam dizajnirao, fotografirao front vala koji se kretao u prstenastoj komori za sagorijevanje u smjesi goriva. Spinova detonacija razlikuje se od avionske detonacije po tome što u njoj nastaje pojedinačni poprečni val, nakon čega slijedi zagrijani plin koji nije reagirao, a već iza ovog sloja postoji zona kemijske reakcije. I upravo takav val sprječava izgaranje same komore, koju je Marlene Topchiyan nazvala “spljoštenom krofnom”.
Valja napomenuti da su se detonacijski motori već koristili u prošlosti. Konkretno, govorimo o pulsirajućem zračno-mlaznom motoru, koji su Nijemci koristili krajem Drugog svjetskog rata na krstarećim raketama V-1. Njegova proizvodnja bila je prilično jednostavna, upotreba je bila dovoljno laka, ali u isto vrijeme ovaj motor nije bio vrlo pouzdan za rješavanje važnih problema.
Nadalje, 2008. godine poletio je u vazduh eksperimentalni avion Rutang Long-EZ, opremljen pulsirajućim motorom za detonaciju. Let je trajao samo deset sekundi na visini od trideset metara. Za to vrijeme elektrana je razvila potisak reda veličine 890 Newtona.
Eksperimentalni prototip motora, koji je predstavila američka laboratorija američke mornarice, je prstenasta komora za sagorijevanje u obliku konusa promjera 14 centimetara na strani dovoda goriva i 16 centimetara na strani mlaznice. Udaljenost između zidova komore je 1 centimetar, dok je "cijev" duga 17,7 centimetara.
Mješavina zraka i vodika koristi se kao smjesa goriva koja se dovodi pod tlakom od 10 atmosfera u komoru za izgaranje. Temperatura smjese je 27,9 stepeni. Imajte na umu da je ova smjesa prepoznata kao najpogodnija za proučavanje fenomena spin detonacije. No, prema naučnicima, u novim motorima bit će moguće koristiti mješavinu goriva koja se sastoji ne samo od vodika, već i od drugih zapaljivih komponenti i zraka.
Eksperimentalna istraživanja rotacionog motora pokazala su njegovu veću efikasnost i snagu u poređenju sa motorima sa unutrašnjim sagorevanjem. Još jedna prednost je značajna ušteda goriva. Istodobno, tijekom eksperimenta otkriveno je da je sagorijevanje smjese goriva u rotacijskom "testnom" motoru neujednačeno, stoga je potrebno optimizirati dizajn motora.
Proizvodi sagorijevanja koji se šire u mlaznici mogu se sakupiti u jednom mlazu plina pomoću konusa (to je takozvani Coanda efekt), a zatim se ovaj mlaz može poslati u turbinu. Turbina će se okretati pod utjecajem ovih plinova. Tako se dio rada turbine može koristiti za pogon brodova, a dijelom za generiranje energije koja je neophodna za brodsku opremu i različite sisteme.
Sami motori mogu se proizvoditi bez pokretnih dijelova, što će uvelike pojednostaviti njihov dizajn, što će zauzvrat smanjiti cijenu elektrane u cjelini. Ali ovo je samo u perspektivi. Prije lansiranja novih motora u serijsku proizvodnju potrebno je riješiti mnoge teške probleme, od kojih je jedan izbor izdržljivih materijala otpornih na toplinu.
Imajte na umu da se u ovom trenutku motori s rotacijskom detonacijom smatraju jednim od motora koji najviše obećava. Takođe ih razvijaju naučnici sa Univerziteta u Teksasu u Arlingtonu. Elektrana koju su stvorili nazvana je "motor za kontinuiranu detonaciju". Na istom univerzitetu se provode istraživanja o izboru različitih promjera prstenastih komora i različitih smjesa goriva, koje uključuju vodik i zrak ili kisik u različitim omjerima.
Razvoj u ovom pravcu je takođe u toku u Rusiji. Tako su 2011. godine, prema riječima generalnog direktora istraživačko -proizvodnog udruženja Saturn I. Fedorova, naučnici iz Naučno -tehničkog centra Lyulka razvijali pulsirajući mlazni motor. Radovi se izvode paralelno s razvojem obećavajućeg motora pod nazivom "Proizvod 129" za T-50. Osim toga, Fedorov je također rekao da udruženje provodi istraživanje o stvaranju obećavajućih aviona sljedeće faze, koji bi trebali biti bez posade.
Istovremeno, šef nije precizirao o kakvoj je pulsirajućoj mašini riječ. Trenutno su poznate tri vrste takvih motora - bez ventila, ventil i detonacija. Općenito je prihvaćeno da su pulsirajući motori najjednostavniji i najjeftiniji za proizvodnju.
Danas nekoliko velikih odbrambenih kompanija sprovodi istraživanje o visoko performansnim mlaznim mlaznim motorima. Među tim kompanijama su američke Pratt & Whitney i General Electric i francuska SNECMA.
Stoga se mogu izvesti određeni zaključci: stvaranje novog motora koji obećava ima određene poteškoće. Glavni problem trenutno je u teoriji: što se točno događa kada se detonacijski udarni val kreće po krugu, poznato je samo općenito, što uvelike komplicira proces optimizacije dizajna. Stoga je nova tehnologija, iako je vrlo atraktivna, teško izvediva u razmjerima industrijske proizvodnje.
Međutim, ako istraživači uspiju riješiti teorijska pitanja, bit će moguće govoriti o stvarnom napretku. Uostalom, turbine se koriste ne samo u transportu, već i u energetskom sektoru, u kojem povećanje učinkovitosti može imati još snažniji učinak.
