Pedeorelha | Hoe de roterende detonatiemotor werkt

Paul Sparks
0
3197
458

Je kunt een roterende detonatiemotor zien als een soort pulsontstekingsmotor - met een twist. Dit is een General Electric Frame 7FA gasturbine. Met dank aan General Electric Company

Een motor die voor een schip is ontworpen, past niet in een auto ... maar automobieltypen zijn vaak geïntrigeerd door de nieuwste technologie op het gebied van knallen en gieken. Een motor is immers een motor met een enorm vermogen (en wie weet wanneer dergelijke innovaties naar de civiele sector zullen druppelen).

Laten we met dat in gedachten dus eens kijken naar de draaiende detonatiemotor - een type gasturbine dat is ontworpen voor efficiëntie, met zijn zorgvuldig geconstrueerde, consistente cyclus van injecties en explosies. Het is niet bepaald nieuw - het patent werd ongeveer 20 jaar geleden toegekend - maar vanaf eind 2012 krabt het nu pas aan het oppervlak van zijn potentieel om stroom te genereren voor grote transportmiddelen.

Onderzoekers zeggen dat de roterende detonatiemotor ook kan worden aangepast om elektrische stroom op te wekken voor volledig elektrische schepen en vliegtuigen ... zodra we voldoende gevorderd zijn om betrouwbare boten en vliegtuigen te hebben die voornamelijk door elektriciteit worden aangedreven..

Het Amerikaanse leger koos ervoor om te investeren in het onderzoek en de ontwikkeling van de roterende ontstekingsmotor, deels omdat de technologie gemakkelijk schaalbaar is - de motor kan groter worden en de energieproductie zal ook toenemen. (Geloof het of niet, het werkt niet altijd zo.) Dus we weten het nooit - misschien kan de roterende ontstekingsmotor op een dag worden verkleind en kan zijn soepele stroomopwekking alle soorten rollend materieel voortstuwen.

We hebben de neiging om de druk die in een motor wordt gecreëerd te beschouwen als meer gecontroleerd in plaats van ongeorganiseerde "detonatie" - we willen dat het voorspelbaar is, niet chaotisch. Maar als een motor een typische cyclus met voldoende precisie kan besturen om een constant vermogen te produceren, kan hij ook detonaties beheersen. En de uitbarsting van druk die een ontploffing produceert, kan resulteren in een efficiëntere motor, als deze correct wordt gebruikt. Meestal mengt een motor lucht met brandstof om deze voor te bereiden op detonatie, waarbij de brandstof zijn energie afgeeft. De efficiëntie van de energie-afgifte van de brandstof is echter sterk afhankelijk van het type motor.

Dit is waar de roterende detonatiemotor verschilt van de meer gebruikelijke typen gasturbinemotoren. De lucht en brandstof worden gemengd (zoals gewoonlijk) voordat ze in een lange, ronde verbrandingskamer worden geïnjecteerd, op wat "Physics Today" heeft beschreven als "een opeenvolgende, cirkelvormige manier". De eerste ontploffing brengt een cyclus op gang waarin de druk van de ontsteking door de kamer blijft en elke injectie op volgorde wordt ontstoken. De druk van elke ontsteking houdt de cyclus in beweging. De druk dwingt vervolgens het uitlaatgas uit de verbrandingskamer door een uitlaatmondstuk, dat eigenlijk de stuwkracht is die door de motor wordt gegenereerd, en gaat verder om het type voertuig aan te drijven waarin de motor is geïnstalleerd (in dit geval meestal een schip). of een vliegtuig).

De roterende detonatiemotor is eigenlijk een variatie op een ander motorontwerp: de pulsdetonatiegolfmotor. Hoewel pulsontstekingsmotoren energiebesparingen opleveren ten opzichte van veel andere typen motoren, hebben ze nog steeds hun eigen inefficiënties. Een van de redenen is de verbrandingskamer die na elke puls moet worden ontlucht. De roterende ontstekingsmotor is een verbetering ten opzichte van het pulserende ontwerp, omdat de ontstekingsgolf constant door de kamer beweegt, waardoor er geen tijd en energie verspild hoeft te worden door spoelen.

Omdat detonaties extreme drukken veroorzaken, kan een detonatiemotor worden ontworpen zonder de extra compressor die gewoonlijk nodig is. Niet alleen zijn compressoren doorgaans complex, maar hun werking kost over het algemeen ook veel energie. Het toevoegen van een compressor aan een ontstekingsmotor maakt het echter zelfs nog efficiënter. Deze compatibiliteit maakt het gemakkelijker om gasturbinemotorvoertuigen achteraf aan te passen voor gebruik met detonatiemotortechnologie [bron: Green Car Congress].

Het achteraf inbouwen van bestaande marineschepen, zoals de hier getoonde geleide raketvernietiger USS Arleigh Burke (DDG 51), met roterende detonatiemotortechnologie zou elk jaar miljoenen dollars aan besparingen kunnen opleveren. Met dank aan de Amerikaanse marine, foto door journalist 2e klas Patrick Reilly

De Amerikaanse marine krijgt alle eer voor haar recente investeringen in de technologie (en het opfleuren van de nieuwscyclus), maar de roterende ontstekingsmotor is op dit moment eigenlijk al een paar decennia in de maak. Het patent voor de motor werd ingediend in 1982 en in 1988 verleend aan een in Rockville, Md. gevestigde uitvinder genaamd Shmuel Eidelman. (Het patent wordt eigenlijk de "roterende detonatiemotor" genoemd in plaats van "roterend" - het is onduidelijk wanneer de naam is gewijzigd.)

Shmuel Eidelman heeft het druk gehad. Sinds 1982 heeft hij 14 patenten gekregen, met een focus op luchtvaart, voortstuwing en chemicaliën door zijn werk met wetenschappelijke bedrijven en militaire organisaties [bron: PatentBuddy]. Dus toen het patent werd aangevraagd, leek het alsof de marine de gasturbine zo ver mogelijk had geduwd, en het werd tijd om fris te denken.

De Amerikaanse marine was aanvankelijk geïnteresseerd in pulsontstekingsmotoren (zoals eerder beschreven) en investeerde in onderzoek om deze brandstofbesparende systemen te ontwikkelen. De onderzoekers van de marine zeggen dat het maximaliseren van het potentieel van dit type motor afhangt van het begrijpen van de complexe fysica ervan [bron: U.S. Naval Research Laboratory]. De roterende ontstekingsmotor is nog steeds een gasturbinemotor, zoals de motoren die momenteel de vloot van schepen en vliegtuigen aandrijven, maar het aanpassen en verfijnen van de cyclus ontgrendelt veel extra vermogen. Marineonderzoekers geloven dat roterende ontstekingsmotoren het brandstofverbruik in nieuwe apparatuur met 25 procent kunnen verminderen, wat een jaarlijkse besparing zou betekenen van ongeveer $ 300 tot $ 400 miljoen [bron: Quick]. Een ander voordeel van het systeem is dat het kan worden geconfigureerd om een elektromotor van stroom te voorzien, waardoor militaire vloten in theorie kunnen overgaan op (potentieel) schonere, goedkopere en efficiëntere elektrische aandrijflijnen..

Roterende ontstekingsmotoren zijn nog niet klaar voor gebruik, dus simulaties zijn de beste voorspeller van hun efficiëntie - maar ze zijn nog steeds veelbelovend genoeg dat de marine de ontwikkeling voortzet. Er is geen publiekelijk bekende ETA voor voltooiing of implementatie, maar de roterende ontstekingsmotor zal waarschijnlijk - in ieder geval ooit - op een marinebasis bij jou in de buurt aankomen.

Opmerking van de auteur: hoe de roterende detonatiemotor werkt

Het lijkt erop dat niemand heeft gesuggereerd (nog niet in ieder geval) dat de roterende ontstekingsmotor mogelijk in auto's of vrachtwagens kan worden gebruikt. Het is uitgevonden door een man die gespecialiseerd is in militaire technologie en wordt door de Amerikaanse marine in ontwikkeling geduwd. De werkelijke grootte van het motormodel in ontwikkeling is nergens genoemd, dus dit is allemaal speculatie. Maar we weten dit: het is duidelijk groot genoeg om schepen en vliegtuigen aan te drijven, en dat is veel meer vermogen dan een auto nodig heeft. Waar zou de efficiëntie daarin zijn?

Maar jaren van schrijven over auto's en transporttechnologie heeft me geleerd dat veel van de dingen die we elke dag gebruiken oorspronkelijk voor totaal andere doeleinden zijn ontwikkeld - en raceauto's en militaire voertuigen zijn twee veelvoorkomende bronnen. Hoewel zuinige auto's momenteel een andere richting uitgaan (hybriden, elektrische auto's en biobrandstoffen), is het niet onbegrijpelijk om te zeggen dat iemand op een dag een manier zou kunnen vinden om een superefficiënte gasturbinemotor te verkleinen en deze onder de motorkap van een auto.

Bronnen

Google-patenten. "Patent US4741154 - Rotary detonation engine." (17 februari 2013) http://www.google.com/patents/US4741154
Green Car Congress. "Marineonderzoekers project Rotating Detonation-Wave Engines kunnen 10 procent vermogenswinst opleveren, 25 procent minder brandstofverbranding dan gasturbines." 2 november 2012. (13 februari 2013) http://www.greencarcongress.com/2012/11/rdwe-20121102.html
PatentBuddy. "Eidelman, Shmuel." 2013. (17 februari 2013) http://www.patentbuddy.com/Inventor/Eidelman-Shmuel/11310789
Physics Today. "US Navy ontwikkelt roterende detonatiemotor." 6 november 2012. (13 februari 2013) http://blogs.physicstoday.org/newspicks/2012/11/us-navy-developing-rotating-detonation-engine/
Snel, Darren. "Amerikaanse marine onderzoekt het gebruik van brandstofbesparende roterende detonatiemotoren." Gizmag.com. 4 november 2012. (13 februari 2013) http://www.gizmag.com/us-navy-nrl-rotating-detonation-engine/24862/
U.S. Naval Research Laboratory. "Marineonderzoekers zoeken naar roterende detonatiemotoren om de toekomst aan te drijven." 2 november 2012. (13 februari 2013) http://www.nrl.navy.mil/media/news-releases/2012/Navy-Researchers-Look-to-Rotating-Detonation-Engines-to-Power -de toekomst

Hoe de roterende detonatiemotor werkt

Opmerking van de auteur: hoe de roterende detonatiemotor werkt

gerelateerde artikelen

Bronnen