Sådan fungerer den roterende detonationsmotor

Du kan tænke på en roterende detonationsmotor som en type impulsdetonationsmotor - med en drejning. Dette er en General Electric Frame 7FA gasturbine. Høflighed fra General Electric Company

En motor designet til et skib passer ikke ind i en bil ... men biltyper har en tendens til at blive fascineret af den nyeste teknologi inden for smell og bommer. Når alt kommer til alt er en motor en motor, der er i stand til enorm kraft (og hvem ved, hvornår sådanne innovationer vil sive ned til den civile sektor).

Så med det i tankerne, lad os se på den roterende detonationsmotor - en type gasturbine, der er designet til effektivitet med dens omhyggeligt konstruerede, konsistente cyklus af injektioner og eksplosioner. Det er ikke nøjagtigt nyt - patentet blev tildelt for omkring 20 år siden - men fra slutningen af ​​2012 skraber det lige nu overfladen af ​​sit potentiale til at generere strøm til store transportformer.

Forskere siger, at den roterende detonationsmotor også kunne tilpasses til at generere elektrisk kraft til altelektriske skibe og fly ... når vi først er avancerede til at have pålidelige både og fly primært drevet af elektricitet, det vil sige.

Det amerikanske militær valgte at investere i den roterende detonationsmotors forskning og udvikling til dels, fordi teknologien let kan skaleres - motorens størrelse kan øges, og elproduktionen vil også øges. (Tro det eller ej, det fungerer ikke altid på den måde.) Så vi ved aldrig - måske kan den roterende detoneringsmotor nedskaleres en dag, og dens glatte kraftproduktion kan fremdrage alle typer rullende materiel.

Vi har en tendens til at tænke på det tryk, der skabes i en motor, som at være mere kontrolleret snarere end uorganiseret "detonation" - vi ønsker, at det skal være forudsigeligt, ikke kaotisk. Men hvis en motor kan styre en typisk cyklus med tilstrækkelig præcision til at producere jævn kraft, kan den også kontrollere detoneringer. Og det udbrud af tryk, som en detonation producerer, kan resultere i en mere effektiv motor, hvis den udnyttes korrekt. Typisk blander en motor luft med brændstof for at forberede den til detonation, hvilket er, når brændstof frigiver sin energi. Effektiviteten af ​​brændstoffets energiudslip er dog meget afhængig af motortypen.

Det er her den roterende detonationsmotor adskiller sig fra mere almindelige typer gasturbinemotorer. Luften og brændstoffet blandes (som sædvanligt), før de indsprøjtes i et langt, cirkulært forbrændingskammer, på det "Physics Today" har beskrevet som "en sekventiel, cirkulær måde." Den første detonation sætter en cyklus i gang, hvor antændelsestrykket fortsætter rundt om kammeret, idet hver injektion tændes i rækkefølge. Trykket fra hver antændelse holder cyklussen i bevægelse. Trykket tvinger derefter udstødningsgassen ud af forbrændingskammeret gennem en udstødningsdyse, som faktisk er det drivkraft, der genereres af motoren, og går videre til magt, uanset hvilken type køretøj motoren er installeret i (i dette tilfælde typisk et skib eller et fly).

Den roterende detonationsmotor er faktisk en variation af en anden motorkonstruktion: pulsdetoneringsbølgemotoren. Selvom impulsdetoneringsmotorer giver energibesparelser i forhold til mange andre typer motorer, har de stadig deres egne ineffektiviteter. En af årsagerne er forbrændingskammeret, der skal renses efter hver puls. Den roterende detonationsmotor er en forbedring i forhold til det pulserende design, fordi detonationsbølgen konstant cykler rundt i kammeret, hvilket eliminerer behovet for at spilde tid og energi ved at rense.

Da detonationer skaber ekstreme tryk, kan en detonationsmotor designes uden den ekstra kompressor, der normalt kræves. Ikke kun er kompressorer typisk komplekse, men deres drift suger generelt også meget energi. At tilføje en kompressor til en detonationsmotor gør det imidlertid faktisk endnu mere effektivt. Denne kompatibilitet gør det lettere at eftermontere gasturbinemotorkøretøjer, der skal bruges med detonationsmotorteknologi [kilde: Green Car Congress].

Eftermontering af eksisterende marineskibe, som den guidede missil-ødelæggende USS Arleigh Burke (DDG 51) vist her, med roterende detonationsmotorteknologi kan resultere i millioner af dollars i besparelser hvert år. Med tilladelse fra U.S. Navy, foto af journalist 2. klasse Patrick Reilly

Den amerikanske flåde får al æren for sin nylige investering i teknologien (og ser op på nyhedscyklussen), men den roterende detonationsmotor har faktisk været i værker i et par årtier, på dette tidspunkt. Patentet for motoren blev indgivet i 1982 og blev tildelt i 1988 til en Rockville, Md.-baseret opfinder ved navn Shmuel Eidelman. (Patentet kaldes faktisk "roterende detonationsmotor" snarere end "roterende" - det er uklart, hvornår moniker skiftede.)

Shmuel Eidelman har været en travl mand. Han har fået tildelt 14 patenter siden 1982, med fokus på luftfart, fremdrift og kemikalier gennem sit arbejde med videnskabelige virksomheder og militære organisationer [kilde: PatentBuddy]. Så da patentet blev indgivet, så det ud til, at marinen havde skubbet gasturbinen så langt den kunne gå, og det var på tide at begynde at tænke nyt.

U.S. Navy var oprindeligt interesseret i pulsdetoneringsmotorer (som beskrevet tidligere) og investerede i forskning for at udvikle disse brændstofbesparende systemer. Marinens forskere siger, at maksimering af potentialet for denne type motor er afhængig af at forstå dens komplekse fysik [kilde: U.S. Naval Research Laboratory]. Den roterende detonationsmotor er stadig en gasturbinemotor, ligesom de motorer, der i øjeblikket driver Navy's flåde af skibe og fly, men finjustering og raffinering af cyklussen låser en masse ekstra kraft op. Navy-forskere mener, at roterende detonationsmotorer har potentialet til at reducere brændstofforbruget i nyt udstyr med 25 procent, hvilket ville være en årlig besparelse på omkring $ 300 til $ 400 millioner [kilde: Quick]. En anden fordel ved systemet er, at det kunne konfigureres til at tænde en elektrisk motor, hvilket i teorien ville give militære flåder mulighed for at begynde at skifte til (potentielt) renere, billigere og mere effektive elektriske drivlinjer.

Roterende detonationsmotorer er ikke klar til at køre endnu, så simuleringer er den bedste forudsigelse for deres effektivitet - og alligevel lover de stadig nok, at marinen skubber fremad med udvikling. Der er ingen offentligt kendt ETA til færdiggørelse eller implementering, men den roterende detonationsmotor vil sandsynligvis ankomme - en dag alligevel - til en flådebase i nærheden af ​​dig.

Forfatterens note: Sådan fungerer den roterende detonationsmotor

Det ser ikke ud til, at nogen antydet (endnu ikke, alligevel), at den roterende detonationsmotor faktisk kan have potentiale til at blive brugt i biler eller lastbiler. Det blev opfundet af en fyr, der specialiserede sig i militær teknologi og skubbes til udvikling af den amerikanske flåde. Den faktiske størrelse på motormodellen under udvikling er ikke blevet nævnt nogen steder, så det er alt sammen spekulation. Men vi ved det: Det er åbenlyst stort nok til at drive skibe og fly, og det er på den måde mere magt end en bil har brug for. Hvor ville effektiviteten være i det??

Men mange års skrivning om biler og transportteknologi har vist mig, at en masse af de ting, vi bruger hver dag, oprindeligt blev udviklet til helt forskellige formål - og racerbiler og militære køretøjer er to almindelige kilder. Selvom brændstofeffektive biler i øjeblikket går i en anden retning (hybrider, elektricitet og biobrændstof), er det ikke uforståeligt at sige, at nogen en dag kunne finde en måde at nedskalere en supereffektiv gasturbinemotor og fylde den under hætte på en bil.

relaterede artikler

• Sådan fungerer en Atkinson Cycle Engine
• Sådan fungerer bilmotorer
• Sådan fungerer Hüttlin sfæriske motor
• Sådan fungerer roterende motorer
• Sådan fungerer motorer
• Sådan fungerer Tesla-turbinen
• Sådan fungerer Wave Disk Generator

Kilder

• Google-patenter. "Patent US4741154 - Roterende detonationsmotor." (17. februar 2013) http://www.google.com/patents/US4741154
• Green Car Congress. "Navy-forskere-projektet Roterende detonationsbølgemotorer kunne give 10 procent effektforøgelse, 25 procent reduktion i brændstofforbrænding over gasturbiner." 2. nov. 2012. (13. februar 2013) http://www.greencarcongress.com/2012/11/rdwe-20121102.html
• PatentBuddy. "Eidelman, Shmuel." 2013. (17. februar 2013) http://www.patentbuddy.com/Inventor/Eidelman-Shmuel/11310789
• Fysik i dag. "US Navy udvikler roterende detonationsmotor." 6. november 2012. (13. februar 2013) http://blogs.physicstoday.org/newspicks/2012/11/us-navy-developing-rotating-detonation-engine/
• Hurtig, Darren. "U.S. Navy undersøger brug af brændstofbesparende roterende detonationsmotorer." Gizmag.com. 4. november 2012. (13. februar 2013) http://www.gizmag.com/us-navy-nrl-rotating-detonation-engine/24862/
• U.S. Naval Research Laboratory. "Navy-forskere ser på at rotere detonationsmotorer til at styrke fremtiden." 2. nov. 2012. (13. februar 2013) http://www.nrl.navy.mil/media/news-releases/2012/Navy-Researchers-Look-to-Rotating-Detonation-Engines-to-Power -fremtiden