Jak funguje rotační detonační motor

O rotačním detonačním motoru můžete uvažovat jako o typu pulzního detonačního motoru - s twistem. Toto je plynová turbína General Electric Frame 7FA. S laskavým svolením společnosti General Electric Company

Motor určený pro loď se nehodí do auta ... ale automobilové typy mají tendenci být fascinovány nejnovější technologií v třescích a ramenech. Koneckonců, motor je motor, který je schopen ohromné ​​síly (a kdo ví, kdy takové inovace stékají do civilního sektoru).

S ohledem na to se podívejme na rotační detonační motor - typ plynové turbíny, která je navržena pro účinnost, s pečlivě zkonstruovaným konzistentním cyklem vstřikování a výbuchu. Není to úplně nové - patent byl udělen před asi 20 lety - ale na konci roku 2012 je to právě nyní škrábání povrchu jeho potenciálu k výrobě energie pro velké druhy dopravy.

Vědci tvrdí, že rotační detonační motor by mohl být také upraven tak, aby generoval elektrickou energii pro všechny elektrické lodě a letadla… jakmile jsme dostatečně pokročilí, abychom měli spolehlivé lodě a letadla poháněné primárně elektřinou, to je.

Americká armáda se rozhodla investovat do výzkumu a vývoje rotačního detonačního motoru, zčásti proto, že technologie je snadno škálovatelná - lze zvětšit velikost motoru a zvýšit výrobu energie. (Věřte tomu nebo ne, vždy to tak nefunguje.) Takže to nikdy nevíme - možná rotující detonační motor může být jednou snížen a jeho plynulá výroba energie může pohánět všechny typy kolejových vozidel..

Máme sklon myslet na tlaky vytvořené uvnitř motoru spíše na to, že jsou spíše řízené než dezorganizované „detonace“ - chceme, aby to bylo předvídatelné, nikoli chaotické. Pokud ale motor dokáže řídit typický cyklus s dostatečnou přesností, aby produkoval stálý výkon, může také řídit detonace. A výbuch tlaku, který detonace vytváří, může vést k efektivnějšímu motoru, pokud je správně využit. Motor obvykle míchá vzduch s palivem, aby jej připravil na detonaci, což je okamžik, kdy palivo uvolní svou energii. Účinnost uvolňování energie z paliva je však velmi závislá na typu motoru.

V tomto případě se rotační detonační motor liší od běžnějších typů motorů s plynovou turbínou. Vzduch a palivo se mísí (jako obvykle) před vstřikováním do dlouhé kruhové spalovací komory, což „Physics Today“ popisuje jako „sekvenční, kruhový způsob“. První detonace zapne cyklus, ve kterém tlak v zapalování pokračuje kolem komory a každou injekci osvětluje postupně. Tlak z každého zapalování udržuje cyklus v pohybu. Tlak pak vytlačí výfukové plyny ze spalovací komory přes výfukovou trysku, což je ve skutečnosti tah generovaný motorem, a pohybuje se tak, aby poháněl jakýkoli typ vozidla, ve kterém je motor nainstalován (v tomto případě obvykle loď nebo letadlo).

Rotující detonační motor je ve skutečnosti variantou jiné konstrukce motoru: pulzní detonační vlna. Přestože pulzní detonační motory poskytují úspory energie oproti mnoha jiným typům motorů, stále mají své vlastní neefektivnosti. Jedním z důvodů je spalovací komora, která musí být proplachována po každém impulzu. Rotující detonační motor je vylepšení oproti pulzující konstrukci, protože detonační vlna neustále cykluje kolem komory, čímž se eliminuje potřeba plýtvání časem a energií vyčištěním.

Protože detonace vytvářejí extrémní tlaky, detonační motor může být navržen bez dalšího kompresoru, který je obvykle vyžadován. Nejenže jsou kompresory obvykle složité, ale jejich provoz obecně nasává také hodně energie. Přidání kompresoru k detonačnímu motoru však ve skutečnosti ještě zefektivňuje. Tato kompatibilita usnadňuje dodatečnou montáž vozidel s plynovými turbínami, která mají být použita s technologií detonačních motorů [zdroj: Green Car Congress].

Dodatečné vybavení stávajících námořních lodí, jako je zde vedený torpédoborec USS Arleigh Burke (DDG 51), který je zde zobrazen, by díky technologii rotujících detonačních motorů mohly každoročně ušetřit miliony dolarů. S laskavým svolením amerického námořnictva, fotografie novináře 2. třídy Patricka Reillyho

Námořnictvo Spojených států získává veškerou zásluhu na své nedávné investici do technologie (a zvyšování zpravodajského cyklu), ale rotační detonační motor byl v současné době v práci již několik desetiletí, v tomto bodě. Patent pro motor byl podán v roce 1982 a udělen v roce 1988 vynálezci se sídlem v Rockville, MD, jménem Shmuel Eidelman. (Patent se ve skutečnosti nazývá „rotační detonační motor“, spíše než „rotační“ - není jasné, kdy se změnil přezdívka.)

Shmuel Eidelman byl zaneprázdněný muž. Od roku 1982 získal 14 patentů, se zaměřením na letectví, pohon a chemikálie díky práci s vědeckými společnostmi a vojenskými organizacemi [zdroj: PatentBuddy]. Takže když byl patent podán, vypadalo to, že námořnictvo tlačilo plynovou turbínu tak daleko, jak to šlo, a je čas začít přemýšlet svěží.

Americké námořnictvo se zpočátku zajímalo o pulzní detonační motory (jak bylo popsáno výše) a investovalo do výzkumu na vývoj těchto systémů úspory paliva. Vědci námořnictva tvrdí, že maximalizace potenciálu tohoto typu motoru závisí na porozumění jeho komplexní fyzice [zdroj: US Naval Research Laboratory]. Rotující detonační motor je stále motor s plynovou turbínou, jako motory, které momentálně pohánějí flotilu lodí a letadel námořnictva, ale vyladění a zdokonalení cyklu odemkne spoustu dalšího výkonu. Vědci námořnictva věří, že rotační detonační motory mají potenciál snížit spotřebu paliva v novém zařízení o 25 procent, což by znamenalo roční úspory asi 300 až 400 milionů dolarů [zdroj: Rychlý]. Další výhodou systému je, že by mohl být nakonfigurován tak, aby zapínal elektrický motor, což by teoreticky umožnilo vojenským loďstvům začít přecházet na (potenciálně) čistší, levnější a účinnější elektrické hnací ústrojí.

Rotující detonační motory ještě nejsou připraveny na cestu, takže simulace jsou nejlepším prediktorem jejich účinnosti - přesto jsou stále natolik slibné, že námořnictvo se vyvíjí vpřed. Neexistuje žádná veřejně známá ETA pro dokončení nebo implementaci, ale rotující detonační motor pravděpodobně dorazí - jednou, každopádně - na námořní základnu ve vašem okolí.

Poznámka autora: Jak funguje rotační detonační motor

Nezdá se, že by někdo navrhl (ještě ne), že by rotační detonační motor mohl mít skutečně potenciál pro použití v osobních nebo nákladních vozech. Byl vynalezen chlapem, který se specializoval na vojenskou technologii a je tlačen do vývoje americkým námořnictvem. Skutečná velikost vyvíjeného modelu motoru nebyla nikde zmíněna, takže jde o spekulace. Ale my to víme: Je to zjevně dost velké, aby pohánělo lodě a letadla, a to je mnohem více energie, než potřebuje auto. Kde by v tom byla účinnost?

Ale léta psaní o autech a dopravní technologii mi ukázala, že mnoho věcí, které každý den používáme, bylo původně vyvinuto pro úplně jiné účely - a závodní automobily a vojenská vozidla jsou dva společné zdroje. Přestože automobily s nízkou spotřebou paliva v současné době jdou jiným směrem (hybridy, elektrika a biopaliva), není nepochopitelné říci, že jednoho dne by někdo mohl najít způsob, jak snížit výkonný motor s plynovou turbínou a naplnit jej pod kapota automobilu.

Související články

• Jak funguje Atkinsonův cyklus motoru
• Jak fungují automobilové motory
• Jak funguje Hüttlinův kulový motor
• Jak rotační motory fungují
• Jak fungují motory Stirling
• Jak funguje turbína Tesla
• Jak funguje Wave Disk Generator

Prameny

• Patenty Google. "Patent US4741154 - Rotační detonační motor." (17. února 2013) http://www.google.com/patents/US4741154
• Kongres zelených aut. "Projekt výzkumníků námořnictva Rotující detonační motory s vlnovou délkou mohl přinést 10 procent energie, 25 procent snížení spalování paliva v plynových turbínách." 2. listopadu 2012. (13. února 2013) http://www.greencarcongress.com/2012/11/rdwe-20121102.html
• PatentBuddy. "Eidelmane, Shmueli." 2013. (17. února 2013) http://www.patentbuddy.com/Inventor/Eidelman-Shmuel/11310789
• Fyzika dnes. "Americké námořnictvo vyvíjí rotační detonační motor." 6. listopadu 2012. (13. února 2013) http://blogs.physicstoday.org/newspicks/2012/11/us-navy-developing-rotating-detonation-engine/
• Rychle, Darren. „Americké námořnictvo zkoumá použití rotačních detonačních motorů, které šetří palivo.“ Gizmag.com. 4. listopadu 2012. (13. února 2013) http://www.gizmag.com/us-navy-nrl-rotating-detonation-engine/24862/
• Americká námořní výzkumná laboratoř. "Výzkumníci námořnictva hledají rotující detonační motory, aby poháněli budoucnost." 2. listopadu 2012. (13. února 2013) http://www.nrl.navy.mil/media/news-releases/2012/Navy-Researchers-Look-to-Rotating-Detonation-Engines-to-Power -budoucnost