ВМС на САЩ планират в бъдеще да модернизират газотурбинните електроцентрали, инсталирани на неговите самолети и кораби, като заменят конвенционалните циклични двигатели от Брайтън с детонационни ротационни двигатели. Поради това се очаква икономията на гориво да възлиза на около 400 милиона долара годишно. Серийното използване на нови технологии обаче е възможно, според експерти, не по -рано от десетилетие.
Разработването на ротационни или въртящи се ротационни двигатели в Америка се извършва от изследователската лаборатория на ВМС на САЩ. Според първоначалните оценки новите двигатели ще бъдат по -мощни и също с около една четвърт по -икономични от конвенционалните двигатели. В същото време основните принципи на работа на електроцентралата ще останат същите - газовете от изгорялото гориво ще влязат в газовата турбина, въртейки нейните лопатки. Според лабораторията на ВМС на САЩ дори в относително далечното бъдеще, когато целият американски флот ще се захранва с електричество, газовите турбини ще продължат да отговарят за генерирането на енергия, до известна степен променена.
Припомнете си, че изобретението на пулсиращия реактивен двигател датира от края на деветнадесети век. Изобретателят е шведският инженер Мартин Виберг. Новите електроцентрали станаха широко разпространени по време на Втората световна война, въпреки че те значително отстъпваха по техническите си характеристики на авиационните двигатели, които съществуват по това време.
Трябва да се отбележи, че към този момент американският флот има 129 кораба, които използват 430 газотурбинни двигателя. Всяка година разходите за снабдяването им с гориво са около 2 милиарда долара. В бъдеще, когато съвременните двигатели се заменят с нови, размерът на разходите за гориво ще се промени.
Двигателите с вътрешно горене, които се използват в момента, работят по цикъла на Брайтън. Ако определите същността на това понятие с няколко думи, тогава всичко се свежда до последователно смесване на окислителя и горивото, по -нататъшно компресиране на получената смес, след това - палеж и изгаряне с разширяването на продуктите от горенето. Това разширение се използва само за задвижване, преместване на бутала, завъртане на турбина, тоест извършване на механични действия, осигуряващи постоянно налягане. Процесът на горене на горивната смес се движи с дозвукова скорост - този процес се нарича дуфлаграция.
Що се отнася до новите двигатели, учените възнамеряват да използват в тях експлозивно изгаряне, тоест детонация, при която горенето става със свръхзвукова скорост. И въпреки че в момента явлението детонация все още не е напълно проучено, известно е, че при този вид изгаряне възниква ударна вълна, която се разпространява чрез смес от гориво и въздух, предизвиква химическа реакция, чийто резултат е освобождаването на доста голямо количество топлинна енергия. Когато ударната вълна премине през сместа, тя се нагрява, което води до детонация.
При разработването на нов двигател се планира да се използват определени разработки, получени в процеса на разработване на пулсиращ двигател с детонация. Неговият принцип на действие е, че предварително компресирана горивна смес се подава в горивната камера, където се запалва и детонира. Продуктите от горенето се разширяват в дюзата, извършвайки механични действия. След това целият цикъл се повтаря отначало. Недостатъкът на пулсиращите двигатели е, че честотата на повторение на циклите е твърде ниска. В допълнение, самият дизайн на тези двигатели става по -сложен в случай на увеличаване на броя на пулсациите. Това се дължи на необходимостта от синхронизиране на работата на клапаните, които са отговорни за подаването на горивната смес, както и директно от самите цикли на детонация. Пулсиращите двигатели също са много шумни, те изискват голямо количество гориво за работа, а работата е възможна само при постоянно дозирано впръскване на гориво.
Ако сравним детонационните ротационни двигатели с пулсиращи, тогава принципът на тяхната работа е малко по -различен. Така по -специално новите двигатели осигуряват постоянна непрекъсната детонация на горивото в горивната камера. Това явление се нарича спин или въртяща се детонация. За първи път е описан през 1956 г. от съветския учен Богдан Войцеховски. И това явление е открито много по -рано, през далечната 1926 година. Първопроходците са британците, които забелязват, че в определени системи се появява ярка светеща „глава“, която се движи по спирала, вместо с плоска детонационна вълна.
Войцеховски, използвайки фоторекордер, който той сам е проектирал, засне фронта на вълната, който се движеше в пръстеновидна горивна камера в горивна смес. Спиновата детонация се различава от детонацията на равнината по това, че в нея възниква единична ударна напречна вълна, последвана от нагрят газ, който не е реагирал, а вече зад този слой има зона на химическа реакция. И точно такава вълна предотвратява изгарянето на самата камера, която Марлен Топчиян нарече „сплескана поничка“.
Трябва да се отбележи, че двигателите за детонация вече са били използвани в миналото. По-специално, говорим за пулсиращия въздушно-реактивен двигател, който е бил използван от германците в края на Втората световна война на крилатите ракети V-1. Производството му беше доста просто, използването му беше достатъчно лесно, но в същото време този двигател не беше много надежден за решаване на важни проблеми.
Освен това, през 2008 г., Rutang Long-EZ, експериментален самолет, оборудван с пулсиращ детонационен двигател, се издигна във въздуха. Полетът продължи само десет секунди на височина от тридесет метра. През това време електроцентралата разви тяга от порядъка на 890 нютона.
Експерименталният прототип на двигателя, представен от американската лаборатория на ВМС на САЩ, е пръстенообразна горивна камера във формата на конус с диаметър 14 сантиметра от страната на подаване на гориво и 16 сантиметра от страната на дюзата. Разстоянието между стените на камерата е 1 сантиметър, докато "тръбата" е дълга 17,7 сантиметра.
Като горивна смес се използва смес от въздух и водород, която се подава при налягане 10 атмосфери към горивната камера. Температурата на сместа е 27,9 градуса. Имайте предвид, че тази смес е призната за най -удобната за изучаване на явлението спинова детонация. Но според учените в новите двигатели ще бъде възможно да се използва горивна смес, състояща се не само от водород, но и от други горими компоненти и въздух.
Експерименталните проучвания на ротационен двигател показват неговата по -голяма ефективност и мощност в сравнение с двигателите с вътрешно горене. Друго предимство е значителната икономия на гориво. В същото време по време на експеримента беше установено, че изгарянето на горивната смес в ротационния „изпитващ“двигател е неравномерно, поради което е необходимо да се оптимизира конструкцията на двигателя.
Продуктите от горенето, които се разширяват в дюзата, могат да бъдат събрани в една газова струя с помощта на конус (това е така нареченият ефект на Коанда) и след това тази струя може да бъде изпратена до турбината. Турбината ще се върти под въздействието на тези газове. По този начин част от работата на турбината може да се използва за задвижване на кораби, а отчасти за генериране на енергия, която е необходима за корабно оборудване и различни системи.
Самите двигатели могат да се произвеждат без движещи се части, което значително ще опрости дизайна им, което от своя страна ще намали цената на електроцентралата като цяло. Но това е само в перспектива. Преди пускането на нови двигатели в серийно производство е необходимо да се решат много трудни проблеми, един от които е изборът на трайни топлоустойчиви материали.
Имайте предвид, че в момента двигателите с ротационна детонация се считат за един от най -обещаващите двигатели. Те се разработват и от учени от Тексаския университет в Арлингтън. Създадената от тях електроцентрала се нарича „двигател с непрекъсната детонация“. В същия университет се провеждат изследвания за подбора на различни диаметри на пръстеновидните камери и различни горивни смеси, които включват водород и въздух или кислород в различни пропорции.
Развитието в тази посока е в ход и в Русия. И така, през 2011 г., според управляващия директор на научно -производствената асоциация „Сатурн“И. Федоров, учени от Научно -техническия център „Люлка“разработват пулсиращ реактивно реактивен двигател. Работата се извършва паралелно с разработването на обещаващ двигател, наречен "Продукт 129" за Т-50. Освен това Федоров каза още, че асоциацията провежда изследвания за създаването на обещаващи самолети от следващия етап, които се предполага, че ще бъдат безпилотни.
В същото време ръководителят не уточни за какъв пулсиращ двигател става въпрос. В момента са известни три типа такива двигатели - безклапан, вентилен и детонационен. Общоприето е, че пулсиращите двигатели са най -простите и евтини за производство.
Днес няколко големи отбранителни фирми провеждат изследвания на високоефективни пулсиращи реактивни двигатели. Сред тези фирми са американските Pratt & Whitney и General Electric и френският SNECMA.
По този начин могат да се направят определени изводи: създаването на нов обещаващ двигател има определени трудности. Основният проблем в момента е на теория: какво точно се случва, когато детонационната ударна вълна се движи в кръг, е известно само в общи линии и това значително усложнява процеса на оптимизиране на дизайна. Следователно новата технология, макар и много привлекателна, едва ли е осъществима в мащабите на промишленото производство.
Ако обаче изследователите успеят да подредят теоретичните въпроси, ще бъде възможно да се говори за истински пробив. В края на краищата турбините се използват не само в транспорта, но и в енергийния сектор, в който увеличаването на ефективността може да има още по -силен ефект.
