USA merevägi kavatseb tulevikus uuendada praegu oma lennukitele ja laevadele paigaldatud gaasiturbiinielektrijaamu, asendades tavapärased Brightoni tsükli mootorid detonatsioonipöörlemootoritega. Seetõttu on kütuse kokkuhoid umbes 400 miljonit dollarit aastas. Uute tehnoloogiate järjestikune kasutamine on aga ekspertide sõnul võimalik mitte varem kui kümne aasta pärast.
Pöörlevate või pöörlevate pöörlevate mootorite väljatöötamist Ameerikas teostab USA mereväe uurimislabor. Esialgsete hinnangute kohaselt on uued mootorid võimsamad ja ka umbes veerandi säästlikumad kui tavalised mootorid. Samal ajal jäävad elektrijaama tööpõhimõtted samaks - põletatud kütuse gaasid sisenevad gaasiturbiini, pöörates selle labasid. USA mereväe laboratooriumi andmetel on isegi suhteliselt kauges tulevikus, kui kogu Ameerika laevastik saab elektrit, elektritootmise eest vastutavad ikkagi gaasiturbiinid.
Tuletame meelde, et pulseeriva reaktiivmootori leiutis pärineb XIX sajandi lõpust. Leiutaja oli Rootsi insener Martin Wiberg. Uued elektrijaamad said laialt levinud Teise maailmasõja ajal, kuigi olid oma tehniliste omaduste poolest oluliselt madalamad kui tol ajal eksisteerinud lennukimootorid.
Tuleb märkida, et praegusel hetkel on Ameerika laevastikul 129 laeva, mis kasutavad 430 gaasiturbiinmootorit. Igal aastal on nende kütusega varustamise maksumus umbes 2 miljardit dollarit. Tulevikus, kui kaasaegsed mootorid asendatakse uutega, muutub kütusekulu suurus.
Praegu kasutatavad sisepõlemismootorid töötavad Brightoni tsükli järgi. Kui määratlete selle mõiste olemuse mõne sõnaga, siis taandub see kõik oksüdeerija ja kütuse järjestikusele segamisele, saadud segu edasisele kokkusurumisele, seejärel - süütamisele ja põlemisele koos põlemisproduktide paisumisega. Seda paisumist kasutatakse lihtsalt kolvide juhtimiseks, liigutamiseks, turbiini pööramiseks, see tähendab mehaaniliste toimingute tegemiseks, pakkudes pidevat survet. Kütusesegu põlemisprotsess liigub alahelikiirusel - seda protsessi nimetatakse dufflagrationiks.
Uute mootorite osas kavatsevad teadlased neis kasutada plahvatusohtlikku põlemist, see tähendab detoneerimist, mille käigus põlemine toimub ülehelikiirusel. Ja kuigi praegu pole detonatsiooni nähtust veel täielikult uuritud, on teada, et seda tüüpi põlemisel tekib lööklaine, mis levib läbi kütuse ja õhu segu, põhjustab keemilise reaktsiooni, mille tulemuseks on üsna suure hulga soojusenergia eraldumine. Kui lööklaine läbib segu, soojeneb see, mis viib plahvatuseni.
Uue mootori väljatöötamisel on kavas kasutada teatavaid arendusi, mis saadi detonatsioonipulseeriva mootori väljatöötamise käigus. Selle tööpõhimõte on see, et eelsurutud kütusesegu juhitakse põlemiskambrisse, kus see süüdatakse ja plahvatatakse. Põlemisproduktid laienevad düüsis, teostades mehaanilisi toiminguid. Seejärel korratakse kogu tsüklit algusest peale. Kuid pulseerivate mootorite puuduseks on see, et tsüklite kordumissagedus on liiga madal. Lisaks muutub nende mootorite konstruktsioon pulsatsioonide arvu suurenemise korral keerukamaks. Selle põhjuseks on vajadus sünkroniseerida kütusesegu tarnimise eest vastutavate ventiilide tööd, samuti otseselt detonatsioonitsüklite abil. Pulseerivad mootorid on samuti väga mürarikkad, nende tööks on vaja palju kütust ja töö on võimalik ainult pideva kütuse doseerimisega.
Kui võrrelda detoneerivaid pöörlevaid mootoreid pulseerivatega, siis on nende tööpõhimõte pisut erinev. Seega pakuvad uued mootorid eelkõige põlemiskambris kütuse pidevat pidevat lõhkemist. Seda nähtust nimetatakse pöörlemiseks või pöörlevaks detonatsiooniks. Esimest korda kirjeldas seda 1956. aastal nõukogude teadlane Bogdan Voitsekhovski. Ja see nähtus avastati palju varem, juba 1926. aastal. Pioneerid olid britid, kes märkasid, et teatud süsteemides tekkis lame lõhkamislaine asemel helendav "pea", mis liikus spiraalselt.
Voitsekhovsky pildistas enda kavandatud fotosalvesti abil lainefrondi, mis liikus rõngakujulises põlemiskambris kütusesegus. Tsentrifuugimine erineb tasapinnalöögist selle poolest, et selles tekib üks põrutuslaine, millele järgneb kuumutatud gaas, mis ei ole reageerinud, ja juba selle kihi taga on keemilise reaktsiooni tsoon. Ja just selline laine takistab kambri enda põlemist, mida Marlene Topchiyan nimetas “lamedaks sõõrikuks”.
Tuleb märkida, et detonatsioonimootoreid on juba varem kasutatud. Eelkõige räägime pulseerivast õhujoa mootorist, mida sakslased kasutasid Teise maailmasõja lõpus tiibraketil V-1. Selle tootmine oli üsna lihtne, selle kasutamine oli piisavalt lihtne, kuid samas ei olnud see mootor oluliste probleemide lahendamiseks kuigi usaldusväärne.
Edasi tõusis 2008. aastal õhku pulseeriva detonatsioonimootoriga varustatud katselennuk Rutang Long-EZ. Lend kestis kolmekümne meetri kõrgusel vaid kümme sekundit. Selle aja jooksul arendas elektrijaam tõukejõudu suurusjärgus 890 njuutonit.
Mootori eksperimentaalne prototüüp, mille esitas USA mereväe Ameerika laboratoorium, on rõngakujuline koonusekujuline põlemiskamber, mille läbimõõt on kütusevarustusküljel 14 sentimeetrit ja düüsi pool 16 sentimeetrit. Kambri seinte vaheline kaugus on 1 sentimeetrit, toru aga 17,7 sentimeetrit.
Kütuseseguna kasutatakse õhu ja vesiniku segu, mis tarnitakse põlemiskambrisse rõhul 10 atmosfääri. Segu temperatuur on 27,9 kraadi. Pange tähele, et see segu on tunnistatud kõige mugavamaks tsentrifuugimise nähtuse uurimiseks. Kuid teadlaste sõnul on uutes mootorites võimalik kasutada kütusesegu, mis koosneb mitte ainult vesinikust, vaid ka muudest põlevatest komponentidest ja õhust.
Pöördmootori eksperimentaalsed uuringud on näidanud selle suuremat efektiivsust ja võimsust võrreldes sisepõlemismootoritega. Teine eelis on märkimisväärne kütusekulu. Samas selgus eksperimendi käigus, et pöörlevas "katse" mootoris on kütusesegu põlemine ebaühtlane, seetõttu on vaja optimeerida mootori konstruktsiooni.
Düüsis paisuvad põlemisproduktid saab koonuse abil koguda ühte gaasijuga (see on nn Coanda efekt) ja seejärel saab selle joa turbiinile saata. Turbiin hakkab nende gaaside mõjul pöörlema. Seega saab osa turbiini tööst kasutada laevade liikumiseks ja osaliselt energia tootmiseks, mis on vajalik laevaseadmete ja erinevate süsteemide jaoks.
Mootoreid saab ise toota ilma liikuvate osadeta, mis lihtsustab oluliselt nende konstruktsiooni, mis omakorda vähendab elektrijaama kui terviku kulusid. Kuid see on ainult perspektiivis. Enne uute mootorite seeriatootmisse laskmist on vaja lahendada palju keerulisi probleeme, millest üks on vastupidavate kuumuskindlate materjalide valik.
Pange tähele, et hetkel peetakse pöörlevaid detonatsioonimootoreid üheks kõige lootustandvamaks mootoriks. Neid arendavad ka Arlingtoni Texase ülikooli teadlased. Nende loodud elektrijaama nimetati "pidevaks plahvatusmootoriks". Samas ülikoolis uuritakse rõngakujuliste kambrite erineva läbimõõduga ja erinevate kütusesegude valikut, mis sisaldavad vesinikku ja õhku või hapnikku erinevates proportsioonides.
Selles suunas on areng ka Venemaal pooleli. Niisiis, 2011. aastal töötavad Saturni uurimis- ja tootmisühenduse tegevdirektori I. Fedorovi sõnul Lyulka teadus- ja tehnikakeskuse teadlased välja pulseeriva õhumootori. Tööd tehakse paralleelselt T-50 jaoks paljutõotava mootori nimega "Toode 129". Lisaks ütles Fedorov ka, et ühendus viib läbi uuringuid järgmise etapi paljutõotavate lennukite loomise kohta, mis peaksid olema mehitamata.
Samas ei täpsustanud pea, millise pulseeriva mootoriga on tegemist. Praegu on teada kolme tüüpi selliseid mootoreid - ventiilita, ventiil ja detonatsioon. Vahepeal on üldiselt aktsepteeritud, et pulseerivaid mootoreid on kõige lihtsam ja odavam valmistada.
Täna teevad mitmed suured kaitseettevõtted uuringuid suure jõudlusega pulseerivate reaktiivmootorite kohta. Nende ettevõtete hulgas on Ameerika Pratt & Whitney ja General Electric ning prantsuse SNECMA.
Seega saab teha teatud järeldusi: uue paljulubava mootori loomisel on teatud raskusi. Põhiprobleem on hetkel teoorias: mis täpselt juhtub, kui detonatsiooni lööklaine ringis liigub, on teada ainult üldises plaanis ja see raskendab oluliselt disainilahenduste optimeerimise protsessi. Seetõttu on uus tehnoloogia, kuigi see on väga atraktiivne, tööstusliku tootmise ulatuses vaevalt teostatav.
Kui aga teadlastel õnnestub teoreetilised küsimused korda ajada, on võimalik rääkida tõelisest läbimurdest. Lõppude lõpuks kasutatakse turbiine mitte ainult transpordis, vaid ka energeetikasektoris, kus tõhususe suurendamine võib veelgi tugevamalt mõjuda.
