Slik fungerer den roterende detonasjonsmotoren

Du kan tenke på en roterende detoneringsmotor som en type pulsdetoneringsmotor - med en vri. Dette er en General Electric Frame 7FA gassturbin. Med tillatelse fra General Electric Company

En motor designet for et skip kommer ikke til å passe inn i en bil ... men biltyper har en tendens til å bli fascinert av den nyeste teknologien innen smell og bom. Tross alt er en motor en motor, i stand til enorm kraft (og hvem vet når slike innovasjoner vil sive ned til sivil sektor).

Så med det i tankene, la oss se på den roterende detoneringsmotoren - en type gassturbin som er designet for effektivitet, med sin nøye konstruerte, konsistente syklus av injeksjoner og eksplosjoner. Det er ikke akkurat nytt - patentet ble tildelt for omtrent 20 år siden - men fra slutten av 2012 kløper det akkurat nå overflaten til potensialet for å generere kraft til store transportformer.

Forskere sier at den roterende detoneringsmotoren også kan tilpasses for å generere elektrisk kraft til helelektriske skip og fly ... når vi først er avanserte til å ha pålitelige båter og fly primært drevet av strøm, det vil si.

Det amerikanske militæret valgte å investere i den roterende detonasjonsmotors forskning og utvikling, delvis fordi teknologien er lett skalerbar - størrelsen på motoren kan økes, og kraftproduksjonen vil også økes. (Tro det eller ei, det fungerer ikke alltid slik.) Så vi vet aldri - kanskje den roterende detoneringsmotoren kan bli nedskalert en dag og den jevne kraftproduksjonen kan drive alle typer rullende materiell.

Vi har en tendens til å tenke på presset som er skapt i en motor som mer kontrollert snarere enn uorganisert "detonasjon" - vi vil at det skal være forutsigbart, ikke kaotisk. Men hvis en motor kan kontrollere en typisk syklus med tilstrekkelig presisjon til å produsere jevn kraft, kan den også kontrollere detoneringer. Og pressutbruddet som en detonasjon gir, kan resultere i en mer effektiv motor, hvis den er utnyttet riktig. Vanligvis blander en motor luft og drivstoff for å forberede den på detonering, og det er da drivstoffet frigjør sin energi. Effektiviteten av drivstoffets energiutslipp er imidlertid veldig avhengig av motortypen.

Det er her den roterende detonasjonsmotoren skiller seg fra mer vanlige typer gassturbinmotorer. Luften og drivstoffet blir blandet (som vanlig) før de blir injisert i et langt, sirkulært forbrenningskammer, på det "Physics Today" har beskrevet som "en sekvensiell, sirkulær måte." Den første detonasjonen setter i gang en syklus der trykket fra tenningen fortsetter rundt kammeret, og lyser hver injeksjon i rekkefølge. Trykket fra hver tenning holder syklusen i bevegelse. Trykket tvinger deretter eksosgassen ut av forbrenningskammeret gjennom et eksosdyse, som faktisk er skyvekraften som genereres av motoren, og går videre til kraft hvilken type kjøretøy motoren er installert i (i dette tilfellet, typisk, et skip eller et fly).

Den roterende detonasjonsmotoren er faktisk en variant av en annen motordesign: pulsdetoneringsbølgemotoren. Selv om pulsdetoneringsmotorer gir energibesparelser i forhold til mange andre typer motorer, har de fortsatt sine egne ineffektiviteter. En årsak er forbrenningskammeret som må renses etter hver puls. Den roterende detonasjonsmotoren er en forbedring i forhold til den pulserende utformingen, fordi detonasjonsbølgen kontinuerlig sykler rundt kammeret, og eliminerer behovet for å kaste bort tid og energi ved å rense.

Fordi detoneringer skaper ekstreme trykk, kan en detoneringsmotor designes uten den ekstra kompressoren som vanligvis er nødvendig. Ikke bare er kompressorer vanligvis komplekse, men driften av dem suger også opp mye energi. Å legge en kompressor til en detonasjonsmotor gjør det imidlertid enda mer effektivt. Denne kompatibiliteten gjør det lettere å ettermontere kjøretøy for gassturbinmotorer som skal brukes med detonasjonsmotorteknologi [kilde: Green Car Congress].

Å montere eksisterende marineskip, som den guidede missil-ødeleggeren USS Arleigh Burke (DDG 51) vist her, med roterende detonasjonsmotorteknologi kan resultere i besparelser på millioner av dollar hvert år. Med tillatelse av U.S. Navy, foto av Journalist 2nd Class Patrick Reilly

Den amerikanske marinen får all æren for sin nylige investering i teknologien (og perking opp nyhetssyklusen), men den roterende detonasjonsmotoren har faktisk vært i verk i noen tiår, på dette tidspunktet. Patentet for motoren ble innlevert i 1982 og gitt i 1988 til en Rockville, Md.-basert oppfinner ved navn Shmuel Eidelman. (Patentet kalles faktisk "roterende detonasjonsmotor", snarere enn "roterende" - det er uklart når monikeren byttet.)

Shmuel Eidelman har vært en travel mann. Han har blitt tildelt 14 patenter siden 1982, med fokus på luftfart, fremdrift og kjemikalier gjennom sitt arbeid med vitenskapelige selskaper og militære organisasjoner [kilde: PatentBuddy]. Så da patentet ble innlevert, virket det som om marinen hadde presset gassturbinen så langt den kunne gå, og det var på tide å begynne å tenke friskt.

Den amerikanske marinen var opprinnelig interessert i pulsdetoneringsmotorer (som beskrevet tidligere), og investerte i forskning for å utvikle disse drivstoffbesparende systemene. Sjøforsvarets forskere sier at å maksimere potensialet til denne typen motor er avhengig av å forstå dens komplekse fysikk [kilde: U.S. Naval Research Laboratory]. Den roterende detonasjonsmotoren er fremdeles en gassturbinmotor, i likhet med motorene som for tiden driver marinens flåte av skip og fly, men finjustering og foredling av syklusen låser opp mye ekstra kraft. Navy-forskere mener at roterende detoneringsmotorer har potensial til å redusere drivstofforbruket i nytt utstyr med 25 prosent, noe som vil være en årlig besparelse på mellom $ 300 til $ 400 millioner [kilde: Quick]. En annen fordel med systemet er at det kan konfigureres til å slå opp en elektrisk motor, noe som i teorien vil la militære flåter begynne å gå over til (potensielt) renere, billigere og mer effektive elektriske drivlinjer.

Roterende detoneringsmotorer er ikke klare til å gå ennå, så simuleringer er den beste prediktoren for deres effektivitet - og likevel er de fremdeles lovende nok til at marinen skyver fremover med utviklingen. Det er ingen offentlig kjent ETA for komplettering eller implementering, men den roterende detoneringsmotoren kommer sannsynligvis - en dag, uansett - til en marinebase i nærheten av deg.

Forfatterens merknad: Slik fungerer den roterende detonasjonsmotoren

Det ser ikke ut til at noen har antydet (ennå ikke, uansett) at den roterende detoneringsmotoren faktisk kan ha potensial til å bli brukt i biler eller lastebiler. Den ble oppfunnet av en fyr som spesialiserte seg i militær teknologi og blir presset til utvikling av den amerikanske marinen. Den faktiske størrelsen på motormodellen under utvikling er ikke blitt nevnt noe sted, så dette er alt av spekulasjoner. Men vi vet dette: Det er tydeligvis stort nok til å drive skip og fly, og det er på den måten mer kraft enn en bil trenger. Hvor vil effektiviteten være i det??

Men år med å skrive om biler og transportteknologi har vist meg at mye av det vi bruker hver dag opprinnelig ble utviklet for helt andre formål - og racerbiler og militære kjøretøy er to vanlige kilder. Selv om drivstoffeffektive biler for tiden går i en annen retning (hybrider, elektrisitet og biodrivstoff), er det ikke uforståelig å si at noen en dag kan finne en måte å nedskalere en supereffektiv gassturbinmotor og stappe den under hette på en bil.

relaterte artikler

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

kilder

• Google-patenter. "Patent US4741154 - Roterende detoneringsmotor." (17. februar 2013) http://www.google.com/patents/US4741154
• Green Car Congress. "Navy-forskere prosjekt Rotating Detonation-Wave Engines kan gi 10 prosent kraftgevinst, 25 prosent reduksjon i drivstoffforbrenning over gassturbiner." 2. november 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
• Fysikk i dag. "US Navy utvikler roterende detonasjonsmotor." 6. november 2012. (13. februar 2013) http://blogs.physicstoday.org/newspicks/2012/11/us-navy-developing-rotating-detonation-engine/
• Rask, Darren. "U.S. Navy undersøker bruk av drivstoffbesparende roterende detonasjonsmotorer." 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 Researchers ser på å rotere detonasjonsmotorer for å styrke fremtiden." 2. november 2012. (13. februar 2013) http://www.nrl.navy.mil/media/news-releases/2012/Navy-Researchers-Look-to-Rotating-Detonation-Engines-to-Power -fremtiden