Yhdysvaltain laivasto aikoo päivittää lentokoneisiinsa ja laivoihinsa asennettuja kaasuturbiinivoimalaitoksia tulevaisuudessa korvaamalla perinteiset Brighton -syklimoottorit räjäytyskiertomoottoreilla. Tämän vuoksi polttoainesäästöjen odotetaan olevan noin 400 miljoonaa dollaria vuodessa. Asiantuntijoiden mukaan uusien tekniikoiden sarjakäyttö on kuitenkin mahdollista aikaisintaan kymmenen vuoden kuluttua.
Pyörivien tai pyörivien pyörivien moottorien kehittämisen Amerikassa suorittaa Yhdysvaltain laivaston tutkimuslaboratorio. Alustavien arvioiden mukaan uudet moottorit ovat tehokkaampia ja myös noin neljänneksen taloudellisempia kuin perinteiset moottorit. Samaan aikaan voimalaitoksen toiminnan perusperiaatteet pysyvät ennallaan - poltetun polttoaineen kaasut tulevat kaasuturbiiniin pyörien sen siipiä. Yhdysvaltain laivaston laboratorion mukaan kaasuturbiinit ovat edelleen suhteellisen kaukaisessa tulevaisuudessa, jolloin koko amerikkalainen laivasto saa sähköä, ja silti vastaamaan sähköntuotannosta, jossain määrin.
Muista, että sykkivän suihkumoottorin keksintö on peräisin 1800 -luvun lopulta. Keksijä oli ruotsalainen insinööri Martin Wiberg. Uudet voimalaitokset yleistyivät toisen maailmansodan aikana, vaikka ne olivat teknisesti huomattavasti huonompia kuin tuolloin olemassa olleet lentokoneiden moottorit.
On huomattava, että tällä hetkellä Yhdysvaltain laivastolla on 129 alusta, jotka käyttävät 430 kaasuturbiinimoottoria. Vuosittain polttoaineen toimittamisesta aiheutuvat kustannukset ovat noin 2 miljardia dollaria. Tulevaisuudessa, kun nykyaikaiset moottorit korvataan uusilla, polttoainekustannukset muuttuvat.
Tällä hetkellä käytössä olevat polttomoottorit toimivat Brightonin syklillä. Jos määrittelet tämän käsitteen ytimen muutamalla sanalla, kaikki johtuu hapettimen ja polttoaineen peräkkäisestä sekoittamisesta, tuloksena olevan seoksen edelleen puristamisesta, sitten tuhopoltosta ja palamisesta palamistuotteiden laajenemisen kanssa. Tätä laajennusta käytetään vain mäntien ajamiseen, siirtämiseen, turbiinin pyörittämiseen, toisin sanoen mekaanisten toimintojen suorittamiseen ja jatkuvan paineen aikaansaamiseen. Polttoaineseoksen palamisprosessi liikkuu alleäänisellä nopeudella - tätä prosessia kutsutaan dufflagrationiksi.
Mitä tulee uusiin moottoreihin, tutkijat aikovat käyttää niissä räjähtävää palamista, eli räjähdystä, jossa palaminen tapahtuu yliäänellä. Ja vaikka tällä hetkellä räjähdysilmiötä ei ole vielä täysin tutkittu, tiedetään, että tämän tyyppisellä palamisella syntyy iskuaalto, joka etenee polttoaineen ja ilman seoksen kautta, aiheuttaa kemiallisen reaktion, jonka seurauksena melko suuren määrän lämpöenergian vapautumista. Kun iskuaalto kulkee seoksen läpi, se kuumenee, mikä johtaa räjähdykseen.
Uuden moottorin kehittämisessä on tarkoitus käyttää tiettyjä kehityssuunnitelmia, jotka saatiin räjähtävän sykkivän moottorin kehittämisprosessissa. Sen toimintaperiaate on, että esipuristettu polttoaineseos syötetään polttokammioon, jossa se sytytetään ja räjäytetään. Palamistuotteet laajenevat suuttimessa ja suorittavat mekaanisia toimia. Sitten koko sykli toistetaan alusta. Mutta sykkivien moottoreiden haittapuoli on, että jaksojen toistotaajuus on liian alhainen. Lisäksi näiden moottoreiden suunnittelu muuttuu monimutkaisemmaksi, jos sykkeiden määrä kasvaa. Tämä johtuu tarpeesta synkronoida polttoaineseoksen syöttämisestä vastaavien venttiilien toiminta sekä itse räjähdyssyklit. Pulssimoottorit ovat myös erittäin meluisia, niiden käyttäminen vaatii paljon polttoainetta, ja työ on mahdollista vain jatkuvalla polttoaineen annostelulla.
Jos verrataan räjäytyskiertoisia moottoreita sykkiviin, niiden toimintaperiaate on hieman erilainen. Siten erityisesti uudet moottorit mahdollistavat polttoaineen jatkuvan jatkuvan räjäytyksen palokammiossa. Tätä ilmiötä kutsutaan spiniksi tai pyöriväksi räjähdykseksi. Neuvostoliiton tiedemies Bogdan Voitsekhovsky kuvasi sitä ensimmäisen kerran vuonna 1956. Ja tämä ilmiö löydettiin paljon aikaisemmin, jo vuonna 1926. Pioneerit olivat brittiläisiä, jotka huomasivat, että tietyissä järjestelmissä ilmestyi kirkkaasti hehkuva "pää", joka liikkui spiraalina tasaisen räjähdysaallon sijasta.
Voitsekhovsky kuvasi itse suunnittelemansa kuvanauhurin avulla aallonrintamaa, joka liikkui rengasmaisessa polttokammiossa polttoaineseoksessa. Spin -räjähdys eroaa tasoräjähdyksestä siinä, että siinä syntyy yksi isku -poikittainen aalto, jota seuraa kuumennettu kaasu, joka ei ole reagoinut, ja jo tämän kerroksen takana on kemiallinen reaktioalue. Ja juuri sellainen aalto estää itse kammion palamisen, jota Marlene Topchiyan kutsui "litteäksi donitsiksi".
On huomattava, että räjäytysmoottoreita on käytetty jo aiemmin. Erityisesti puhumme sykkivästä ilmansuihkumoottorista, jota saksalaiset käyttivät toisen maailmansodan lopussa V-1-risteilyohjuksilla. Sen tuotanto oli melko yksinkertaista, sen käyttö oli riittävän helppoa, mutta samaan aikaan tämä moottori ei ollut kovin luotettava tärkeiden ongelmien ratkaisemiseksi.
Lisäksi vuonna 2008 ilmaan nousi Rutang Long-EZ, kokeellinen lentokone, joka oli varustettu sykkivällä räjähdysmoottorilla. Lento kesti vain kymmenen sekuntia 30 metrin korkeudessa. Tänä aikana voimalaitos kehitti työntövoiman noin 890 newtonia.
Moottorin kokeellinen prototyyppi, jonka esitteli Yhdysvaltain laivaston amerikkalainen laboratorio, on rengasmainen kartion muotoinen polttokammio, jonka halkaisija on polttoaineen syöttöpuolella 14 senttimetriä ja suuttimen puolella 16 senttimetriä. Kammion seinien välinen etäisyys on 1 senttimetri, kun taas "putki" on 17,7 senttimetriä pitkä.
Polttoaineseoksena käytetään ilman ja vedyn seosta, joka syötetään 10 ilmakehän paineessa polttokammioon. Seoksen lämpötila on 27,9 astetta. Huomaa, että tämä seos on tunnetuin sopivimmaksi spin -räjähdyksen ilmiön tutkimiseen. Mutta tutkijoiden mukaan uusissa moottoreissa on mahdollista käyttää polttoaineseosta, joka koostuu paitsi vedystä myös muista palavista komponenteista ja ilmasta.
Pyörivän moottorin kokeelliset tutkimukset ovat osoittaneet sen suuremman tehokkuuden ja tehon verrattuna polttomoottoreihin. Toinen etu on merkittävä polttoainetalous. Samanaikaisesti kokeen aikana paljastui, että polttoaineseoksen palaminen pyörivässä "testimoottorissa" on epätasaista, joten moottorin rakenne on optimoitava.
Suuttimessa laajenevat palamistuotteet voidaan kerätä yhteen kaasusuihkuun kartion avulla (tämä on ns. Coanda-ilmiö) ja sitten tämä suihku voidaan lähettää turbiiniin. Turbiini pyörii näiden kaasujen vaikutuksesta. Siten osaa turbiinin työstä voidaan käyttää laivojen kuljettamiseen ja osittain energian tuottamiseen, mikä on välttämätöntä alusten laitteille ja eri järjestelmille.
Itse moottorit voidaan valmistaa ilman liikkuvia osia, mikä yksinkertaistaa huomattavasti niiden suunnittelua, mikä puolestaan alentaa koko voimalaitoksen kustannuksia. Mutta tämä on vain näkökulmasta. Ennen uusien moottoreiden käynnistämistä sarjatuotantoon on ratkaistava monia vaikeita ongelmia, joista yksi on kestävien lämmönkestävien materiaalien valinta.
Huomaa, että tällä hetkellä pyöriviä räjähdysmoottoreita pidetään yhtenä lupaavimmista moottoreista. Niitä kehittävät myös Arlingtonin Texasin yliopiston tutkijat. Heidän luomansa voimalaitoksen nimi oli "jatkuva räjähdysmoottori". Samassa yliopistossa tutkitaan rengasmaisten kammioiden eri halkaisijoiden ja erilaisten polttoaineseosten valintaa, jotka sisältävät vetyä ja ilmaa tai happea eri suhteissa.
Kehitys tähän suuntaan on käynnissä myös Venäjällä. Joten vuonna 2011 Saturnuksen tutkimus- ja tuotantoyhdistyksen toimitusjohtajan I. Fedorovin mukaan Lyulkan tieteellisen ja teknisen keskuksen tutkijat kehittävät sykkivää ilmamoottoria. Työtä tehdään rinnakkain lupaavan moottorin "Product 129" kehittämisen kanssa T-50: lle. Lisäksi Fedorov sanoi myös, että yhdistys tekee tutkimusta seuraavan vaiheen lupaavien lentokoneiden luomisesta, joiden oletetaan olevan miehittämättömiä.
Samaan aikaan pää ei määritellyt, millaisesta sykkivästä moottorista oli kyse. Tällä hetkellä tunnetaan kolmenlaisia tällaisia moottoreita - venttiilitön, venttiili ja räjähdys. Samaan aikaan on yleisesti hyväksytty, että sykkivät moottorit ovat yksinkertaisin ja halvin valmistaa.
Nykyään useat suuret puolustusyritykset tutkivat tehokkaita sykkiviä suihkumoottoreita. Näitä yrityksiä ovat amerikkalaiset Pratt & Whitney ja General Electric sekä ranskalainen SNECMA.
Näin ollen voidaan tehdä tiettyjä johtopäätöksiä: uuden lupaavan moottorin luomisessa on tiettyjä vaikeuksia. Suurin ongelma tällä hetkellä on teoriassa: mitä tarkalleen tapahtuu, kun räjähdysiskun aalto liikkuu ympyrässä, tiedetään vain yleisesti, ja tämä vaikeuttaa suuresti mallien optimointia. Siksi uusi tekniikka, vaikka se onkin erittäin houkutteleva, on tuskin toteutettavissa teollisen tuotannon mittakaavassa.
Kuitenkin, jos tutkijat onnistuvat selvittämään teoreettiset kysymykset, on mahdollista puhua todellisesta läpimurrosta. Loppujen lopuksi turbiineja käytetään paitsi liikenteessä myös energia -alalla, jossa tehokkuuden lisäämisellä voi olla vieläkin voimakkaampi vaikutus.
