Američka mornarica planira u budućnosti nadograditi elektrane na plinske turbine koje su trenutno instalirane na njezinim zrakoplovima i brodovima, zamijenivši konvencionalne motore s ciklusom u Brightonu rotacijskim motorima s detonacijom. Zbog toga se očekuje da će uštede goriva iznositi oko 400 milijuna dolara godišnje. Međutim, prema riječima stručnjaka, serijska uporaba novih tehnologija moguća je najranije za desetljeće.
Razvoj rotacijskih ili rotacijskih rotacijskih motora u Americi provodi američki istraživački laboratorij mornarice. Prema prvim procjenama, novi motori bit će snažniji i otprilike četvrtinu ekonomičniji od konvencionalnih motora. Istodobno, osnovni principi rada elektrane ostat će isti - plinovi iz izgorjelog goriva ući će u plinsku turbinu, rotirajući njene lopatice. Prema laboratoriju američke mornarice, čak i u relativno dalekoj budućnosti, kada će se cijela američka flota napajati električnom energijom, plinske će turbine i dalje biti odgovorne za proizvodnju energije, donekle izmijenjene.
Podsjetimo da je izum pulsirajućeg mlaznog motora datirao s kraja devetnaestog stoljeća. Izumitelj je bio švedski inženjer Martin Wiberg. Nove elektrane postale su raširene tijekom Drugog svjetskog rata, iako su po svojim tehničkim karakteristikama bile znatno inferiornije od avionskih motora koji su tada postojali.
Valja napomenuti da u ovom trenutku američka flota ima 129 brodova koji koriste 430 motora s plinskim turbinama. Svake godine troškovi opskrbe gorivom iznose oko 2 milijarde dolara. U budućnosti, kada se moderni motori zamijene novim, iznos troškova goriva će se promijeniti.
Motori s unutarnjim izgaranjem koji se trenutno koriste rade po Brightonovom ciklusu. Ako u nekoliko riječi definirate bit ovog koncepta, onda se sve svodi na uzastopno miješanje oksidansa i goriva, daljnje sabijanje dobivene smjese, zatim - paljenje i izgaranje uz širenje produkata izgaranja. Ovo se proširenje koristi samo za pogon, pomicanje klipova, rotiranje turbine, odnosno izvođenje mehaničkih radnji, osiguravajući stalan pritisak. Proces izgaranja mješavine goriva kreće se podzvučnom brzinom - taj se proces naziva dufflagration.
Što se tiče novih motora, znanstvenici namjeravaju u njima upotrijebiti eksplozivno sagorijevanje, odnosno detonaciju, pri kojoj se izgaranje događa nadzvučnom brzinom. I premda trenutno fenomen detonacije još nije u potpunosti proučen, poznato je da s ovom vrstom izgaranja nastaje udarni val, koji se širi kroz smjesu goriva i zraka, uzrokuje kemijsku reakciju čiji je rezultat oslobađanje prilično velike količine toplinske energije. Kad udarni val prođe kroz smjesu, zagrijava se, što dovodi do detonacije.
U razvoju novog motora planira se koristiti određeni razvoj koji je dobiven u procesu razvoja detonacijskog pulsirajućeg motora. Njegov princip rada je da se prethodno stlačena mješavina goriva dovodi u komoru za izgaranje, gdje se pali i detonira. Produkti izgaranja šire se u mlaznici, izvodeći mehanička djelovanja. Zatim se cijeli ciklus ponavlja od početka. No, nedostatak pulsirajućih motora je što je stopa ponavljanja ciklusa preniska. Osim toga, sam dizajn ovih motora postaje složeniji u slučaju povećanja broja pulsiranja. To je zbog potrebe za sinkronizacijom rada ventila, koji su odgovorni za opskrbu mješavinom goriva, kao i izravno samim ciklusima detonacije. Pulsirajući motori također su vrlo bučni, zahtijevaju veliku količinu goriva za rad, a rad je moguć samo uz stalno mjerenje ubrizgavanja goriva.
Usporedimo li detonacijske rotacijske motore s pulsirajućim, načelo njihovog rada je nešto drugačije. Tako posebice novi motori omogućuju stalnu kontinuiranu detonaciju goriva u komori za izgaranje. Taj se fenomen naziva spin ili rotacijska detonacija. Prvi put ju je 1956. godine opisao sovjetski znanstvenik Bogdan Voitsekhovsky. A ovaj fenomen otkriven je mnogo ranije, davne 1926. godine. Pioniri su bili Britanci, koji su primijetili da se u određenim sustavima pojavila sjajna užarena "glava", koja se kretala spiralno, umjesto ravnog detonacijskog vala.
Voitsekhovsky je, koristeći snimač fotografija koji je sam dizajnirao, fotografirao prednju stranu vala koja se kretala u prstenastoj komori za izgaranje u smjesi goriva. Spinova detonacija razlikuje se od detonacije ravnine po tome što u njoj nastaje pojedinačni poprečni val, nakon čega slijedi zagrijani plin koji nije reagirao, a već iza ovog sloja postoji zona kemijske reakcije. I upravo takav val sprječava izgaranje same komore, koju je Marlene Topchiyan nazvala "spljoštenom krafnom".
Valja napomenuti da su se motori za detonaciju već koristili u prošlosti. Konkretno, govorimo o pulsirajućem zračno-mlaznom motoru, koji su Nijemci koristili krajem Drugoga svjetskog rata na krstarećim raketama V-1. Njegova je proizvodnja bila prilično jednostavna, uporaba je bila dovoljno laka, ali istodobno ovaj motor nije bio vrlo pouzdan za rješavanje važnih problema.
Nadalje, 2008. godine u zrak je poletio Rutang Long-EZ, eksperimentalni zrakoplov opremljen pulsirajućim motorom za detonaciju. Let je trajao samo deset sekundi na visini od trideset metara. Za to vrijeme elektrana je razvila potisak reda veličine 890 Newtona.
Eksperimentalni prototip motora, koji je predstavio američki laboratorij američke mornarice, je prstenasta komora za izgaranje u obliku stošca koja ima promjer 14 centimetara na strani dovoda goriva i 16 centimetara na strani mlaznice. Udaljenost između zidova komore je 1 centimetar, dok je "cijev" duga 17,7 centimetara.
Mješavina zraka i vodika koristi se kao smjesa goriva koja se dovodi pod tlakom od 10 atmosfera u komoru za izgaranje. Temperatura smjese je 27,9 stupnjeva. Imajte na umu da je ova smjesa prepoznata kao najprikladnija za proučavanje fenomena spin detonacije. No, prema znanstvenicima, u novim motorima bit će moguće koristiti mješavinu goriva koja se sastoji ne samo od vodika već i od drugih zapaljivih komponenti i zraka.
Eksperimentalna istraživanja rotacijskog motora pokazala su njegovu veću učinkovitost i snagu u usporedbi s motorima s unutarnjim izgaranjem. Još jedna prednost je značajna ušteda goriva. Istodobno, tijekom pokusa otkriveno je da je izgaranje smjese goriva u rotacijskom "testnom" motoru neujednačeno, stoga je potrebno optimizirati dizajn motora.
Produkti izgaranja koji se šire u mlaznici mogu se sakupiti u jedan mlaz plina pomoću konusa (to je takozvani Coanda efekt), a zatim se ovaj mlaz može poslati u turbinu. Turbina će se okretati pod utjecajem ovih plinova. Tako se dio rada turbine može koristiti za pogon brodova, a dijelom za generiranje energije koja je neophodna za brodsku opremu i različite sustave.
Sami motori mogu se proizvoditi bez pokretnih dijelova, što će uvelike pojednostaviti njihov dizajn, što će, pak, smanjiti cijenu elektrane u cjelini. Ali ovo je samo u perspektivi. Prije lansiranja novih motora u serijsku proizvodnju potrebno je riješiti mnoge teške probleme, od kojih je jedan odabir izdržljivih materijala otpornih na toplinu.
Imajte na umu da se u ovom trenutku motori s rotacijskom detonacijom smatraju jednim od motora koji najviše obećava. Također ih razvijaju znanstvenici sa Sveučilišta Texas u Arlingtonu. Elektrana koju su stvorili nazvana je "motor za kontinuiranu detonaciju". Na istom sveučilištu provode se istraživanja o izboru različitih promjera prstenastih komora i različitih smjesa goriva, koje uključuju vodik i zrak ili kisik u različitim omjerima.
Razvoj u tom smjeru također je u tijeku u Rusiji. Tako su 2011. godine, prema riječima upravitelja istraživačko -proizvodnog udruženja Saturn I. Fedorova, znanstvenici iz Znanstveno -tehničkog centra Lyulka razvijali pulsirajući zračno -mlazni motor. Radovi se izvode paralelno s razvojem obećavajućeg motora pod nazivom "Proizvod 129" za T-50. Osim toga, Fedorov je također rekao da udruga provodi istraživanje o stvaranju obećavajućih zrakoplova sljedeće faze, za koje se pretpostavlja da su bespilotni.
Istovremeno, pročelnik nije precizirao o kakvom je pulsirajućem motoru riječ. Trenutno su poznate tri vrste takvih motora - bez ventila, ventil i detonacija. Općenito je prihvaćeno da su pulsirajući motori najjednostavniji i najjeftiniji za proizvodnju.
Danas nekoliko velikih obrambenih tvrtki provodi istraživanje visoko učinkovitih pulsirajućih mlaznih motora. Među tim tvrtkama su američki Pratt & Whitney i General Electric te francuska SNECMA.
Stoga se mogu izvesti određeni zaključci: stvaranje novog motora koji obećava ima određene poteškoće. Glavni problem u ovom trenutku je u teoriji: što se točno događa kada se detonacijski udarni val kreće u krugu, poznato je samo općenito, a to uvelike komplicira proces optimizacije dizajna. Stoga je nova tehnologija, iako vrlo privlačna, teško izvediva na ljestvici industrijske proizvodnje.
Međutim, ako istraživači uspiju riješiti teoretska pitanja, bit će moguće govoriti o stvarnom napretku. Uostalom, turbine se ne koriste samo u transportu, već i u energetskom sektoru, u kojem povećanje učinkovitosti može imati još snažniji učinak.
