ASV Jūras spēki nākotnē plāno modernizēt tās lidmašīnās un kuģos uzstādītās gāzes turbīnu spēkstacijas, aizstājot parastos Braitonas cikla dzinējus ar detonācijas rotācijas dzinējiem. Sakarā ar to tiek prognozēts, ka degvielas ietaupījums būs aptuveni 400 miljoni ASV dolāru gadā. Tomēr jauno tehnoloģiju sērijveida izmantošana ir iespējama, pēc ekspertu domām, ne agrāk kā pēc desmit gadiem.
Rotējošo vai rotējošo rotācijas dzinēju izstrādi Amerikā veic ASV Jūras spēku pētniecības laboratorija. Saskaņā ar sākotnējiem aprēķiniem jaunie dzinēji būs jaudīgāki un arī aptuveni par ceturtdaļu ekonomiskāki nekā parastie dzinēji. Tajā pašā laikā elektrostacijas darbības pamatprincipi paliks nemainīgi - gāzes no sadedzinātās degvielas iekļūs gāzturbīnā, rotējot tās lāpstiņas. Saskaņā ar ASV Jūras spēku laboratoriju, pat salīdzinoši tālā nākotnē, kad visa amerikāņu flote tiks darbināta ar elektrību, gāzes turbīnas joprojām būs atbildīgas par enerģijas ražošanu, zināmā mērā mainot to.
Atgādinām, ka pulsējošā reaktīvā dzinēja izgudrojums datēts ar deviņpadsmitā gadsimta beigām. Izgudrotājs bija zviedru inženieris Martins Vibergs. Jaunās spēkstacijas kļuva plaši izplatītas Otrā pasaules kara laikā, lai gan pēc tehniskajām īpašībām tās bija ievērojami zemākas par tolaik pastāvošajiem lidmašīnu dzinējiem.
Jāatzīmē, ka šajā brīdī Amerikas flotē ir 129 kuģi, kas izmanto 430 gāzturbīnu dzinējus. Katru gadu viņu degvielas nodrošināšanas izmaksas ir aptuveni 2 miljardi ASV dolāru. Nākotnē, kad mūsdienu dzinēji tiks aizstāti ar jauniem, degvielas izmaksu apjoms mainīsies.
Pašlaik izmantotie iekšdedzes dzinēji darbojas Braitonas ciklā. Ja jūs definējat šī jēdziena būtību dažos vārdos, tad tas viss ir saistīts ar oksidētāja un degvielas secīgu sajaukšanu, iegūtā maisījuma turpmāku saspiešanu, pēc tam - dedzināšanu un sadedzināšanu ar sadegšanas produktu izplešanos. Šo izplešanos izmanto tikai virzīšanai, virzuļu pārvietošanai, turbīnas pagriešanai, tas ir, mehānisku darbību veikšanai, nodrošinot nemainīgu spiedienu. Degvielas maisījuma sadegšanas process pārvietojas ar zemskaņas ātrumu - šo procesu sauc par dufflagration.
Kas attiecas uz jaunajiem dzinējiem, zinātnieki plāno tajos izmantot sprādzienbīstamu sadegšanu, tas ir, detonāciju, kurā sadegšana notiek virsskaņas ātrumā. Un, lai gan pašlaik detonācijas parādība vēl nav pilnībā izpētīta, ir zināms, ka ar šāda veida degšanu rodas triecienvilnis, kas izplatās caur degvielas un gaisa maisījumu, izraisa ķīmisku reakciju, kuras rezultāts ir diezgan liela siltumenerģijas daudzuma izdalīšana. Kad triecienvilnis iet caur maisījumu, tas uzsilst, kas noved pie detonācijas.
Izstrādājot jaunu dzinēju, plānots izmantot noteiktus jauninājumus, kas iegūti detonācijas pulsējošā dzinēja izstrādes procesā. Tās darbības princips ir tāds, ka iepriekš saspiests degvielas maisījums tiek ievadīts sadegšanas kamerā, kur tas tiek aizdedzināts un uzspridzināts. Sadegšanas produkti izplešas sprauslā, veicot mehāniskas darbības. Tad viss cikls tiek atkārtots no sākuma. Bet pulsējošo motoru trūkums ir tas, ka ciklu atkārtošanās ātrums ir pārāk zems. Turklāt šo motoru konstrukcija kļūst sarežģītāka, ja palielinās pulsāciju skaits. Tas ir saistīts ar nepieciešamību sinhronizēt vārstu darbību, kas ir atbildīgi par degvielas maisījuma piegādi, kā arī tieši ar pašiem detonācijas cikliem. Pulsējošie dzinēji ir arī ļoti trokšņaini, to darbībai nepieciešams liels daudzums degvielas, un darbs ir iespējams tikai ar pastāvīgu degvielas iesmidzināšanu.
Ja mēs salīdzinām detonācijas rotācijas dzinējus ar pulsējošiem, tad to darbības princips ir nedaudz atšķirīgs. Tādējādi jo īpaši jaunie dzinēji nodrošina nepārtrauktu nepārtrauktu degvielas detonāciju sadegšanas kamerā. Šo parādību sauc par griešanos vai rotējošu detonāciju. Pirmo reizi to 1956. gadā aprakstīja padomju zinātnieks Bogdans Voitsekhovskis. Un šī parādība tika atklāta daudz agrāk, tālajā 1926. gadā. Pionieri bija briti, kuri pamanīja, ka noteiktās sistēmās parādījās spilgti kvēlojoša "galva", kas virzījās spirālē, nevis plakana detonācijas viļņa vietā.
Voitsekhovsky, izmantojot paša projektētu fotoreģistratoru, nofotografēja viļņu fronti, kas pārvietojās gredzenveida sadegšanas kamerā degvielas maisījumā. Spin detonācija atšķiras no plaknes detonācijas ar to, ka tajā rodas viens trieciena šķērsvirziens, kam seko sakarsēta gāze, kas nav reaģējusi, un jau aiz šī slāņa atrodas ķīmiskās reakcijas zona. Un tieši šāds vilnis novērš pašas kameras sadegšanu, ko Marlēna Topčijana nosauca par “saplacinātu virtuli”.
Jāatzīmē, ka detonācijas dzinēji jau ir izmantoti agrāk. Jo īpaši mēs runājam par pulsējošo gaisa strūklas dzinēju, ko vācieši Otrā pasaules kara beigās izmantoja uz spārnotām raķetēm V-1. Tās ražošana bija diezgan vienkārša, tās lietošana bija pietiekami vienkārša, taču tajā pašā laikā šis dzinējs nebija īpaši uzticams svarīgu problēmu risināšanai.
Turklāt 2008. gadā gaisā pacēlās eksperimentālā lidmašīna Rutang Long-EZ, kas aprīkota ar pulsējošu detonācijas dzinēju. Lidojums ilga tikai desmit sekundes trīsdesmit metru augstumā. Šajā laikā spēkstacija izstrādāja vilci aptuveni 890 ņūtonu.
Motora eksperimentālais prototips, ko prezentēja ASV Jūras spēku amerikāņu laboratorija, ir gredzenveida konusa formas sadegšanas kamera, kuras diametrs ir 14 centimetri degvielas padeves pusē un 16 centimetri sprauslas pusē. Attālums starp kameras sienām ir 1 centimetrs, bet “caurule” ir 17,7 centimetrus gara.
Gaisa un ūdeņraža maisījums tiek izmantots kā degvielas maisījums, ko 10 atmosfēras spiedienā piegādā sadegšanas kamerai. Maisījuma temperatūra ir 27,9 grādi. Ņemiet vērā, ka šis maisījums ir atzīts par ērtāko griešanās detonācijas parādības izpētei. Bet, pēc zinātnieku domām, jaunajos dzinējos būs iespējams izmantot degvielas maisījumu, kas sastāv ne tikai no ūdeņraža, bet arī no citām degošām sastāvdaļām un gaisa.
Rotācijas dzinēja eksperimentālie pētījumi ir parādījuši tā lielāku efektivitāti un jaudu salīdzinājumā ar iekšdedzes dzinējiem. Vēl viena priekšrocība ir ievērojama degvielas ekonomija. Tajā pašā laikā eksperimenta laikā tika atklāts, ka degmaisījuma sadegšana rotācijas "testa" dzinējā ir nevienmērīga, tādēļ ir nepieciešams optimizēt motora konstrukciju.
Sadegšanas produktus, kas izplešas sprauslā, var savākt vienā gāzes strūklā, izmantojot konusu (tas ir tā saucamais Coanda efekts), un pēc tam šo strūklu var nosūtīt uz turbīnu. Turbīna griezīsies šo gāzu ietekmē. Tādējādi daļu turbīnas darba var izmantot kuģu dzenšanai, daļēji - enerģijas ražošanai, kas nepieciešama kuģu aprīkojumam un dažādām sistēmām.
Paši dzinēji var tikt ražoti bez kustīgām detaļām, kas ievērojami vienkāršos to konstrukciju, kas savukārt samazinās spēkstacijas izmaksas kopumā. Bet tas ir tikai perspektīvā. Pirms jaunu dzinēju palaišanas sērijveida ražošanā ir jāatrisina daudzas sarežģītas problēmas, no kurām viena ir izturīgu karstumizturīgu materiālu izvēle.
Ņemiet vērā, ka šobrīd rotācijas detonācijas dzinēji tiek uzskatīti par vienu no daudzsološākajiem dzinējiem. Tos izstrādā arī zinātnieki no Teksasas universitātes Arlingtonā. Viņu radīto elektrostaciju sauca par "nepārtrauktas detonācijas dzinēju". Tajā pašā universitātē tiek veikti pētījumi par dažādu diametru gredzenveida kameru izvēli un dažādiem degvielas maisījumiem, kuros dažādās proporcijās ietilpst ūdeņradis un gaiss vai skābeklis.
Attīstība šajā virzienā notiek arī Krievijā. Tātad, 2011. gadā, pēc Saturnas pētniecības un ražošanas asociācijas rīkotājdirektora I. Fedorova teiktā, zinātnieki no Lyulka zinātniskā un tehniskā centra izstrādā pulsējošu gaisa strūklas dzinēju. Darbs tiek veikts paralēli daudzsološa dzinēja "Produkts 129" izstrādei T-50. Turklāt Fedorovs arī sacīja, ka asociācija veic pētījumus par daudzsološu nākamā posma lidaparātu izveidi, kuriem vajadzētu būt bezpilota.
Tajā pašā laikā galva nenorādīja, par kādu pulsējošu motoru ir runa. Šobrīd ir zināmi trīs šādu dzinēju veidi - bezvārsts, vārsts un detonācija. Tikmēr ir vispārpieņemts, ka pulsējošos motorus ir visvienkāršāk un lētāk izgatavot.
Šodien vairākas lielas aizsardzības firmas veic pētījumus par augstas veiktspējas pulsējošiem reaktīvajiem dzinējiem. Starp šiem uzņēmumiem ir amerikāņu Pratt & Whitney un General Electric un franču SNECMA.
Tādējādi var izdarīt dažus secinājumus: jauna daudzsološa dzinēja radīšanai ir zināmas grūtības. Šobrīd galvenā problēma ir teorētiski: kas tieši notiek, kad detonācijas triecienvilnis pārvietojas aplī, ir zināms tikai vispārīgi, un tas ievērojami sarežģī dizainu optimizācijas procesu. Tāpēc jaunā tehnoloģija, lai gan tā ir ļoti pievilcīga, ir gandrīz neiespējama rūpnieciskās ražošanas mērogā.
Tomēr, ja pētniekiem izdosies sakārtot teorētiskos jautājumus, būs iespējams runāt par īstu izrāvienu. Galu galā turbīnas tiek izmantotas ne tikai transportā, bet arī enerģētikas nozarē, kurās efektivitātes palielināšanai var būt vēl spēcīgāka ietekme.
