Ameriška mornarica namerava v prihodnje nadgraditi elektrarne na plinske turbine, ki so trenutno nameščene na njegovih letalih in ladjah, pri čemer bodo običajne motorje s ciklom Brighton zamenjali z rotacijskimi motorji z detonacijo. Zaradi tega naj bi letni prihranek goriva znašal približno 400 milijonov dolarjev. Vendar je po mnenju strokovnjakov serijska uporaba novih tehnologij možna ne prej kot v desetletju.
Razvoj rotacijskih ali predilnih rotacijskih motorjev v Ameriki izvaja raziskovalni laboratorij ameriške mornarice. Po prvih ocenah bodo novi motorji močnejši in tudi za približno četrtino bolj ekonomični od običajnih motorjev. Hkrati bodo osnovna načela delovanja elektrarne ostala enaka - plini iz zgorelega goriva bodo vstopili v plinsko turbino in vrteli njene lopatice. Po navedbah laboratorija ameriške mornarice bodo tudi v razmeroma oddaljeni prihodnosti, ko bo celotna ameriška flota poganjala električna energija, še vedno odgovorne za proizvodnjo električne energije, do neke mere spremenjene plinske turbine.
Spomnimo se, da je izum pulzirajočega reaktivnega motorja segel v pozno devetnajsto stoletje. Izumitelj je bil švedski inženir Martin Wiberg. Nove elektrarne so postale razširjene med drugo svetovno vojno, čeprav so bile po tehničnih značilnostih bistveno slabše od letalskih motorjev, ki so obstajali v tistem času.
Treba je opozoriti, da ima trenutno ameriška flota 129 ladij, ki uporabljajo 430 plinskoturbinskih motorjev. Vsako leto so stroški oskrbe z gorivom približno 2 milijardi dolarjev. V prihodnosti, ko bodo sodobne motorje zamenjali z novimi, se bo višina stroškov goriva spremenila.
Trenutno uporabljeni motorji z notranjim izgorevanjem delujejo po Brightonovem ciklu. Če v nekaj besedah opredelite bistvo tega koncepta, potem vse izhaja v zaporednem mešanju oksidanta in goriva, nadaljnjem stiskanju nastale mešanice, nato - požaru in zgorevanju s širjenjem produktov zgorevanja. Ta razširitev se uporablja samo za pogon, premikanje batov, vrtenje turbine, to je za izvajanje mehanskih dejanj, ki zagotavljajo stalen pritisk. Proces zgorevanja mešanice goriv se giblje z podzvočno hitrostjo - ta proces se imenuje dufflagration.
Kar zadeva nove motorje, nameravajo znanstveniki v njih uporabiti eksplozivno zgorevanje, torej detonacijo, pri kateri zgorevanje poteka z nadzvočno hitrostjo. In čeprav trenutno pojav detonacije še ni v celoti preučen, je znano, da pri tej vrsti zgorevanja nastane udarni val, ki se širi skozi mešanico goriva in zraka, povzroči kemično reakcijo, katere rezultat je sproščanje precej velike količine toplotne energije. Ko udarni val prehaja skozi zmes, se segreje, kar vodi v detonacijo.
Pri razvoju novega motorja se načrtuje uporaba določenih dosežkov, ki so bili pridobljeni v procesu razvoja detonacijskega pulzirajočega motorja. Njegovo načelo delovanja je, da se predhodno stisnjena mešanica goriva dovaja v zgorevalno komoro, kjer se vžge in detonira. Produkti zgorevanja se v šobi širijo in pri tem izvajajo mehanska dejanja. Nato se celoten cikel ponovi od začetka. Toda pomanjkljivost pulzirajočih motorjev je, da je stopnja ponavljanja ciklov prenizka. Poleg tega se sama zasnova teh motorjev zaplete v primeru povečanja števila utripov. To je posledica potrebe po sinhronizaciji delovanja ventilov, ki so odgovorni za dobavo mešanice goriv, pa tudi neposredno s samimi cikli detonacije. Pulsirajoči motorji so tudi zelo hrupni, za delovanje potrebujejo veliko količino goriva, delo pa je možno le s stalnim odmerjenim vbrizgom goriva.
Če primerjamo detonacijske rotacijske motorje s pulzirajočimi, je načelo njihovega delovanja nekoliko drugačno. Tako zlasti novi motorji zagotavljajo stalno neprekinjeno detonacijo goriva v zgorevalni komori. Ta pojav se imenuje spin ali rotacijska detonacija. Prvič ga je leta 1956 opisal sovjetski znanstvenik Bogdan Voitsekhovsky. In ta pojav je bil odkrit veliko prej, leta 1926. Pionirji so bili Britanci, ki so opazili, da se je v določenih sistemih pojavila svetlo žareča "glava", ki se je premikala po spirali, namesto z ravnim detonacijskim valom.
Voitsekhovsky je s pomočjo snemalnika fotografij, ki ga je sam oblikoval, fotografiral valovno fronto, ki se je gibala v obročasti zgorevalni komori v mešanici goriv. Spinova detonacija se od ravninske detonacije razlikuje po tem, da v njej nastane en sam udarni prečni val, ki mu sledi segret plin, ki ni reagiral, in že za tem slojem je območje kemične reakcije. In ravno tak val preprečuje zgorevanje same komore, ki jo je Marlene Topchiyan poimenovala "sploščen krof".
Treba je opozoriti, da so bili v preteklosti že uporabljeni detonacijski motorji. Zlasti govorimo o pulzirajočem zračno-reaktivnem motorju, ki so ga Nemci ob drugi svetovni vojni uporabljali na križarskih raketah V-1. Njegova izdelava je bila precej preprosta, uporaba je bila dovolj enostavna, hkrati pa ta motor ni bil zelo zanesljiv za reševanje pomembnih problemov.
Nadalje je leta 2008 v zrak vzletel poskusno letalo Rutang Long-EZ, opremljeno s pulzirajočim motorjem za detonacijo. Let je trajal le deset sekund na višini trideset metrov. V tem času je elektrarna razvila potisk reda 890 Newtonov.
Eksperimentalni prototip motorja, ki ga je predstavil ameriški laboratorij ameriške mornarice, je krožna zgorevalna komora v obliki stožca s premerom 14 centimetrov na strani dovoda goriva in 16 centimetrov na strani šobe. Razdalja med stenami komore je 1 centimeter, medtem ko je "cev" dolga 17,7 centimetra.
Kot mešanica goriva se uporablja mešanica zraka in vodika, ki se pri tlaku 10 atmosfer dovaja v zgorevalno komoro. Temperatura mešanice je 27,9 stopinj. Upoštevajte, da je ta mešanica priznana kot najprimernejša za preučevanje pojava spin detonacije. Toda po mnenju znanstvenikov bo v novih motorjih mogoče uporabiti mešanico goriv, ki ni sestavljena samo iz vodika, ampak tudi iz drugih vnetljivih sestavin in zraka.
Eksperimentalne študije rotacijskega motorja so pokazale njegovo večjo učinkovitost in moč v primerjavi z motorji z notranjim zgorevanjem. Druga prednost je velika poraba goriva. Hkrati je bilo med poskusom ugotovljeno, da je zgorevanje mešanice goriv v rotacijskem "testnem" motorju neenakomerno, zato je treba optimizirati zasnovo motorja.
Produkte zgorevanja, ki se raztezajo v šobi, lahko s pomočjo stožca zberemo v enem plinskem curku (to je tako imenovani učinek Coanda), nato pa ga lahko pošljemo v turbino. Turbina se bo pod vplivom teh plinov vrtela. Tako se del dela turbine lahko uporablja za pogon ladij, delno pa za pridobivanje energije, ki je potrebna za ladijsko opremo in različne sisteme.
Sami motorji se lahko proizvajajo brez gibljivih delov, kar bo močno poenostavilo njihovo zasnovo, kar bo posledično zmanjšalo stroške elektrarne kot celote. Toda to je le v perspektivi. Pred zagonom novih motorjev v serijsko proizvodnjo je treba rešiti številne težke težave, med katerimi je tudi izbira trpežnih toplotno odpornih materialov.
Upoštevajte, da trenutno motorji z rotacijsko detonacijo veljajo za enega najbolj obetavnih motorjev. Razvijajo jih tudi znanstveniki s teksaške univerze v Arlingtonu. Elektrarno, ki so jo ustvarili, so imenovali "motor z neprekinjeno detonacijo". Na isti univerzi potekajo raziskave o izbiri različnih premerov obročastih komor in različnih mešanic goriv, ki vključujejo vodik in zrak ali kisik v različnih razmerjih.
Razvoj v tej smeri poteka tudi v Rusiji. Tako so leta 2011 po besedah generalnega direktorja raziskovalnega in proizvodnega združenja Saturn I. Fedorova znanstveniki iz Znanstveno -tehničnega centra Lyulka razvijali pulzirajoč zračno reaktivni motor. Dela potekajo vzporedno z razvojem obetavnega motorja, imenovanega "Product 129" za T-50. Poleg tega je Fedorov še povedal, da združenje izvaja raziskave o ustvarjanju obetavnih letal naslednje stopnje, ki naj bi bile brez posadke.
Hkrati vodja ni navedel, za kakšen pulzirajoči motor gre. Trenutno so znane tri vrste takšnih motorjev - brez ventila, ventil in detonacija. Splošno sprejeto je, da so pulzirajoči motorji najpreprostejši in najcenejši za izdelavo.
Danes več velikih obrambnih podjetij raziskuje visokozmogljive pulzirajoče reaktivne motorje. Med temi podjetji so ameriški Pratt & Whitney in General Electric ter francoska SNECMA.
Tako lahko pridemo do določenih zaključkov: ustvarjanje novega obetavnega motorja ima določene težave. Glavni problem trenutno je v teoriji: kaj točno se zgodi, ko se detonacijski udarni val premika po krogu, je znano le na splošno, kar zelo otežuje proces optimizacije modelov. Zato je nova tehnologija, čeprav je zelo privlačna, v obsegu industrijske proizvodnje komaj izvedljiva.
Če pa bodo raziskovalci uspeli urediti teoretična vprašanja, bo mogoče govoriti o resničnem preboju. Konec koncev se turbine uporabljajo ne le v prometu, ampak tudi v energetskem sektorju, pri katerem ima lahko povečanje učinkovitosti še močnejši učinek.
