JAV karinis jūrų laivynas ateityje planuoja atnaujinti šiuo metu savo lėktuvuose ir laivuose sumontuotas dujų turbinų jėgaines, pakeisdamas įprastus Braitono ciklo variklius detonaciniais sukamaisiais varikliais. Dėl šios priežasties tikimasi, kad kasmet sutaupys apie 400 mln. Tačiau serijinis naujų technologijų naudojimas, anot ekspertų, įmanomas ne anksčiau kaip po dešimtmečio.
Sukamųjų arba besisukančių rotacinių variklių kūrimą Amerikoje vykdo JAV karinio jūrų laivyno tyrimų laboratorija. Remiantis pirminiais skaičiavimais, naujieji varikliai bus galingesni ir taip pat maždaug ketvirtadaliu ekonomiškesni nei įprasti varikliai. Tuo pat metu pagrindiniai elektrinės veikimo principai išliks tie patys - iš sudegusio kuro dujos pateks į dujų turbiną, sukdamos jos mentes. JAV karinio jūrų laivyno laboratorijos duomenimis, net ir gana tolimoje ateityje, kai visas Amerikos laivynas bus varomas elektros energija, dujų turbinos vis tiek bus atsakingos už elektros energijos gamybą, tam tikru mastu pakeistą.
Prisiminkite, kad pulsuojančio reaktyvinio variklio išradimas atsirado XIX amžiaus pabaigoje. Išradėjas buvo švedų inžinierius Martinas Wibergas. Naujosios elektrinės paplito Antrojo pasaulinio karo metais, nors savo techninėmis charakteristikomis buvo gerokai prastesnės už tuo metu egzistavusius orlaivių variklius.
Reikėtų pažymėti, kad šiuo metu Amerikos laivynas turi 129 laivus, kuriuose naudojami 430 dujų turbinų varikliai. Kasmet jų aprūpinimo degalais kaina yra apie 2 mlrd. Ateityje, kai šiuolaikiniai varikliai bus pakeisti naujais, degalų sąnaudų dydis keisis.
Šiuo metu naudojami vidaus degimo varikliai veikia pagal Braitono ciklą. Jei keliais žodžiais apibrėšite šios sąvokos esmę, tada viskas priklauso nuo nuoseklaus oksidatoriaus ir degalų maišymo, tolesnio gauto mišinio suspaudimo, tada - padegimo ir degimo, plečiantis degimo produktams. Šis išsiplėtimas yra tiesiog naudojamas vairuoti, judinti stūmoklius, sukti turbiną, tai yra atlikti mechaninius veiksmus, užtikrinant pastovų slėgį. Kuro mišinio degimo procesas juda negarsiniu greičiu - šis procesas vadinamas dufflagration.
Kalbant apie naujus variklius, mokslininkai ketina juose naudoti sprogstamąjį degimą, tai yra detonaciją, kai degimas vyksta viršgarsiniu greičiu. Ir nors šiuo metu detonacijos reiškinys dar nėra iki galo ištirtas, žinoma, kad tokio tipo degimo metu susidaro smūginė banga, kuri sklinda kuro ir oro mišiniu, sukelia cheminę reakciją, kurios rezultatas yra gana didelio šiluminės energijos kiekio išsiskyrimas. Kai smūgio banga praeina per mišinį, ji įkaista, o tai sukelia detonaciją.
Kuriant naują variklį, planuojama naudoti tam tikrus pokyčius, gautus kuriant detonacinį pulsuojantį variklį. Jo veikimo principas yra tas, kad iš anksto suspaustas kuro mišinys tiekiamas į degimo kamerą, kur jis uždegamas ir susprogdinamas. Degimo produktai išsiplečia purkštuke, atlieka mechaninius veiksmus. Tada visas ciklas kartojamas nuo pradžių. Tačiau pulsuojančių variklių trūkumas yra tas, kad ciklų pasikartojimo dažnis yra per mažas. Be to, padidėjus pulsacijų skaičiui, šių variklių konstrukcija tampa sudėtingesnė. Taip yra dėl to, kad reikia sinchronizuoti vožtuvų, atsakingų už kuro mišinio tiekimą, veikimą, taip pat tiesiogiai su pačiais sprogimo ciklais. Pulsuojantys varikliai taip pat yra labai triukšmingi, jiems eksploatuoti reikia daug degalų, o dirbti galima tik nuolat deginant degalų įpurškimą.
Jei palyginsime detonacinius sukamuosius variklius su pulsuojančiais, tada jų veikimo principas šiek tiek skiriasi. Visų pirma nauji varikliai užtikrina nuolatinį degalų degimo kameroje detonavimą. Šis reiškinys vadinamas sukimu arba besisukančiu detonacija. Pirmą kartą jį 1956 metais aprašė sovietų mokslininkas Bogdanas Voitsekhovskis. Ir šis reiškinys buvo atrastas daug anksčiau, dar 1926 m. Pionieriai buvo britai, pastebėję, kad tam tikrose sistemose vietoj plokščios detonacijos bangos atsirado ryškiai švytinti „galva“, kuri judėjo spirale.
Voitsekhovskis, naudodamasis savo sukurtu fotoaparatu, fotografavo bangų frontą, kuris judėjo žiedinėje degimo kameroje kuro mišinyje. Sukimosi detonacija nuo plokštumos skiriasi tuo, kad joje atsiranda viena smūginė skersinė banga, po kurios - nereaguojančios įkaitusios dujos, o jau už šio sluoksnio yra cheminės reakcijos zona. Ir būtent tokia banga neleidžia degti pačiai kamerai, kurią Marlene Topchiyan pavadino „suplota spurga“.
Reikėtų pažymėti, kad sprogimo varikliai jau buvo naudojami anksčiau. Visų pirma, mes kalbame apie pulsuojantį oro srauto variklį, kurį vokiečiai Antrojo pasaulinio karo pabaigoje naudojo sparnuotosioms raketoms V-1. Jo gamyba buvo gana paprasta, naudojimas buvo pakankamai lengvas, tačiau tuo pačiu metu šis variklis nebuvo labai patikimas sprendžiant svarbias problemas.
Be to, 2008 m. Į orą pakilo eksperimentinis orlaivis „Rutang Long-EZ“su pulsuojančiu detonaciniu varikliu. Skrydis truko vos dešimt sekundžių trisdešimties metrų aukštyje. Per tą laiką elektrinė išvystė 890 niutonų trauką.
Eksperimentinis variklio prototipas, kurį pristatė JAV karinio jūrų laivyno amerikiečių laboratorija, yra žiedinė kūgio formos degimo kamera, kurios skersmuo degalų tiekimo pusėje yra 14 centimetrų, o purkštuko pusėje-16 centimetrų. Atstumas tarp kameros sienų yra 1 centimetras, o „vamzdelis“- 17,7 centimetro ilgio.
Oro ir vandenilio mišinys naudojamas kaip kuro mišinys, kuris 10 atmosferų slėgiu tiekiamas į degimo kamerą. Mišinio temperatūra yra 27,9 laipsnių. Atkreipkite dėmesį, kad šis mišinys pripažintas patogiausiu tiriant sukimosi detonaciją. Tačiau, pasak mokslininkų, naujuose varikliuose bus galima naudoti kuro mišinį, sudarytą ne tik iš vandenilio, bet ir iš kitų degių komponentų bei oro.
Eksperimentiniai rotacinio variklio tyrimai parodė didesnį jo efektyvumą ir galią, palyginti su vidaus degimo varikliais. Kitas privalumas yra didelis degalų taupymas. Tuo pat metu eksperimento metu buvo atskleista, kad kuro mišinio degimas rotaciniame „bandomajame“variklyje yra nevienodas, todėl būtina optimizuoti variklio konstrukciją.
Degimo produktai, kurie išsiplečia purkštuke, gali būti surenkami į vieną dujų srovę, naudojant kūgį (tai yra vadinamasis „Coanda“efektas), ir tada ši srovė gali būti siunčiama į turbiną. Turbina suksis veikiama šių dujų. Taigi dalis turbinos darbo gali būti panaudota laivams varyti, iš dalies - energijai gaminti, kuri būtina laivų įrangai ir įvairioms sistemoms.
Patys varikliai gali būti gaminami be judančių dalių, o tai labai supaprastins jų konstrukciją, o tai savo ruožtu sumažins visos jėgainės kainą. Bet tai tik perspektyvoje. Prieš pradedant naujus variklius į serijinę gamybą, būtina išspręsti daugelį sudėtingų problemų, iš kurių viena yra patvarių karščiui atsparių medžiagų pasirinkimas.
Atkreipkite dėmesį, kad šiuo metu rotaciniai detonaciniai varikliai yra laikomi vienu perspektyviausių. Juos taip pat kuria Arlingtono Teksaso universiteto mokslininkai. Jų sukurta jėgainė buvo vadinama „nuolatinio sprogimo varikliu“. Tame pačiame universitete atliekami įvairių žiedinių kamerų skersmenų ir įvairių kuro mišinių, į kuriuos įeina vandenilis ir oras arba deguonis skirtingomis proporcijomis, atrankos tyrimai.
Plėtra šia kryptimi taip pat vyksta Rusijoje. Taigi, 2011 m., Pasak Saturno tyrimų ir gamybos asociacijos generalinio direktoriaus I. Fedorovo, „Lyulka“mokslinio ir techninio centro mokslininkai kuria pulsuojantį oro reaktyvinį variklį. Darbas atliekamas lygiagrečiai kuriant perspektyvų T-50 variklį, pavadintą „Produktas 129“. Be to, Fedorovas taip pat sakė, kad asociacija atlieka tyrimus, kaip sukurti perspektyvius kito etapo orlaivius, kurie turėtų būti nepilotuojami.
Tuo pačiu metu galva nenurodė, apie kokį pulsuojantį variklį kalbama. Šiuo metu žinomi trys tokių variklių tipai - be vožtuvo, vožtuvas ir detonacija. Tuo tarpu visuotinai pripažįstama, kad pulsuojantys varikliai yra paprasčiausi ir pigiausi.
Šiandien kelios didelės gynybos firmos atlieka didelio našumo pulsuojančių reaktyvinių variklių tyrimus. Tarp šių firmų yra amerikiečių „Pratt & Whitney“ir „General Electric“bei prancūzų SNECMA.
Taigi galima padaryti tam tikras išvadas: naujo perspektyvaus variklio sukūrimas turi tam tikrų sunkumų. Pagrindinė problema šiuo metu yra teoriškai: kas tiksliai atsitinka, kai detonacinė smūgio banga juda ratu, žinoma tik bendrais bruožais, ir tai labai apsunkina dizaino optimizavimo procesą. Todėl naujoji technologija, nors ir labai patraukli, vargu ar įgyvendinama pramoninės gamybos mastu.
Tačiau jei mokslininkams pavyks sutvarkyti teorines problemas, bus galima kalbėti apie tikrą proveržį. Juk turbinos naudojamos ne tik transporto, bet ir energetikos sektoriuje, kur efektyvumo padidėjimas gali turėti dar stipresnį poveikį.
