Современные изобретения в США

Сучасні винаходи у США

 Ротаційні детонаційні двигуни майбутнього

 

ВМС США мають намір в перспективі модернізувати газотурбінні силові установки на своїх кораблях і літаках, замінивши звичайні двигуни внутрішнього згоряння з циклом Брайтона на ротаційні детонаційні двигуни. Завдяки цьому військові розраховують заощаджувати на паливі до 400 мільйонів доларів на рік. Втім, говорити про швидке серійне використанні нової технології, ще поки до кінця не вивченої, не доводиться — за найсміливішими оцінками, перші детонаційні двигуни з’являться на флоті через десять років.

Розробкою ротаційного, або спінового, детонаційного двигуна (Rotat­ing Det­o­na­tion Engine, RDE) займається Науково-дослідна лабораторія (NRL) ВМС США. За попередніми розрахунками лабораторії, RDE буде на десять відсотків потужнішим і на 25 відсотків економічнішим за використовувані сьогодні звичайні газотурбінні двигуни. Щоправда, загальний принцип роботи силових установок залишиться незмінним — потік газів від згорілого палива буде як і раніше обертати лопаті газової турбіни.

За даними NRL, навіть у віддаленому майбутньому, коли всі кораблі ВМС США будуть приводитися в рух електрикою, вироблення енергії все одно будуть забезпечувати газові турбіни, можливо, що злегка зміниться тільки їхня конструкція. В даний час американський флот використовує 430 газотурбінних двигунів на 129 кораблях. Щорічно вони споживають палива на два мільярди доларів. У перспективі звичайні двигуни внутрішнього згоряння на кораблях будуть замінені новими RDE, тобто мова йде про модернізацію. Тим не менш принципи роботи перспективних силових установок і сучасних двигунів будуть значно відрізнятися.

Детонація

Сьогодні двигуни внутрішнього згоряння працюють по циклу Брайтона. Спрощено, його суть полягає в послідовному змішуванні палива і окислювача, стисненні суміші, її підпалі і горінні з подальшим розширенням розігрітих продуктів горіння. Таке розширення, якраз і використовується для виконання механічної роботи (рух, обертання турбіни, переміщення поршнів), дає постійний тиск

Фронт горіння в паливній суміші переміщується на дозвуковій швидкості; такий процес називається дефлаграцією.

У нових двигунах вчені мають намір використовувати детонацію, вибухове горіння паливної суміші, при якому реакція поширюється по речовині з надзвуковою швидкістю. Явище детонації поки вивчено не повністю, проте достеменно відомо, що при такому горінні по речовині поширюється ударна хвиля, за якою слідує хімічна реакція в паливній суміші з виділенням великої кількості тепла. При проходженні ударної хвилі через речовину воно нагрівається і може детонувати.

У RDE будуть використані напрацювання, отримані в ході створення пульсуючого детонаційного двигуна (Pulse Det­o­na­tion Engine, PDE). Принцип його роботи полягає в тому, що в камеру згоряння вприскується заздалегідь стисла паливна суміш, відбувається її підпал, після чого суміш детонує. У соплі відбувається розширення продуктів горіння, які й виконують механічну роботу. Потім весь цикл повторюється. Недолік PDE полягає у відносно малій величині пульсацій (частоті повторення циклів).

Крім того, конструкція таких двигунів із збільшенням частоти пульсацій стає складніше. Зокрема, необхідно синхронізувати роботу клапанів, відповідальних за вприск паливної суміші, з самими циклами детонації. Сам пульсуючий детонаційної двигун вкрай галасливий, споживає багато палива, а для його роботи потрібна постійна дозована подача палива і ініціація кожного циклу детонації. Простіше кажучи: в камеру згоряння потрапило паливо, його підпалили, воно здетонувало, потім все повторюється.

Принцип роботи ротаційних детонаційних двигунів дещо відрізняється від PDE.

1 2 3