АҚШ -тың Әскери -теңіз күштері болашақта өзінің ұшақтары мен кемелерінде орнатылған газтурбиналық электр станцияларын болашақта кәдімгі Брайтон циклді қозғалтқыштарды детонациялық айналмалы қозғалтқыштарға ауыстыруды жоспарлап отыр. Осының арқасында жанармай үнемдеу жыл сайын шамамен 400 миллион долларды құрайды деп күтілуде. Алайда, сарапшылардың пікірінше, жаңа технологияларды сериялық қолдану он жылдан ерте емес мүмкін.
Америкада айналмалы немесе айналмалы қозғалтқыштарды жасауды АҚШ теңіз флотының ғылыми зертханасы жүргізеді. Алғашқы есептеулер бойынша, жаңа қозғалтқыштар әдеттегі қозғалтқыштарға қарағанда қуатты, сонымен қатар шамамен төрттен бір бөлігі үнемді болады. Бұл ретте электр станциясының жұмысының негізгі принциптері өзгеріссіз қалады - жанған отыннан шыққан газдар газ турбинасына пышақтарын айналдырып кіреді. АҚШ Әскери -теңіз флоты зертханасының мәліметтері бойынша, тіпті алыс болашақта, тіпті бүкіл американдық флот электр қуатымен жұмыс жасайтын кезде, газ турбиналары белгілі бір дәрежеде өзгертілген энергияны өндіруге жауап береді.
Еске салайық, пульсирленген реактивті қозғалтқыштың өнертабысы ХІХ ғасырдың соңына жатады. Өнертапқыш швед инженері Мартин Виберг болды. Жаңа электростанциялар Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде кеңінен таралды, бірақ олардың техникалық сипаттамалары сол кездегі ұшақ қозғалтқыштарынан айтарлықтай төмен болды.
Айта кету керек, дәл осы сәтте американдық флотта 430 газтурбиналық қозғалтқышты қолданатын 129 кеме бар. Жыл сайын оларды отынмен қамтамасыз ету құны шамамен 2 миллиард долларды құрайды. Болашақта қазіргі қозғалтқыштар жаңасына ауыстырылғанда, жанармай шығынының мөлшері өзгереді.
Қазіргі уақытта қолданылып жүрген ішкі жану қозғалтқыштары Брайтон циклінде жұмыс істейді. Егер сіз бұл тұжырымдаманың мәнін бірнеше сөзбен анықтасаңыз, онда бәрі тотықтырғыш пен отынның дәйекті араласуына, нәтижесінде алынған қоспаның одан әрі сығылуына, содан кейін - жану өнімдерінің кеңеюімен өртеу мен жануға байланысты. Бұл кеңейту поршеньдерді жылжыту, турбинаны айналдыру, яғни тұрақты қысымды қамтамасыз ететін механикалық әрекеттерді орындау үшін ғана қолданылады. Жанармай қоспасының жану процесі дыбыс астындағы жылдамдықпен қозғалады - бұл процесс дуффлаграция деп аталады.
Жаңа қозғалтқыштарға келетін болсақ, ғалымдар оларда жарылғыш жануды, яғни жану дыбыстан жоғары жылдамдықта жүретін детонацияны қолдануға ниетті. Қазіргі уақытта детонация құбылысы әлі толық зерттелмегенімен, жанудың бұл түрімен отын мен ауа қоспасы арқылы таралатын соққы толқыны пайда болатыны белгілі, нәтижесінде химиялық реакция жүреді. жылу энергиясының едәуір көлемін шығару. Қоспа арқылы соққы толқыны өткенде, ол қызады, бұл детонацияға әкеледі.
Жаңа қозғалтқышты әзірлеу кезінде детонациялық импульсті қозғалтқышты жасау процесінде алынған белгілі бір әзірлемелерді қолдану жоспарлануда. Оның жұмыс принципі-алдын ала сығылған отын қоспасы жану камерасына беріледі, онда ол тұтанады және жарылады. Жану өнімдері саптамада кеңейіп, механикалық әрекеттерді орындайды. Содан кейін бүкіл цикл басынан бастап қайталанады. Бірақ импульсті қозғалтқыштардың кемшілігі - циклдардың қайталану жылдамдығының тым төмен болуы. Сонымен қатар, бұл қозғалтқыштардың конструкциясы пульсация саны өскен жағдайда күрделене түседі. Бұл жанармай қоспасын жеткізуге жауап беретін клапандардың жұмысын синхрондау қажеттілігімен, сондай -ақ тікелей детонациялық циклдердің көмегімен жүзеге асады. Пульсирленген қозғалтқыштар да өте шулы, олар жұмыс істеу үшін көп мөлшерде отынды қажет етеді, ал жұмыс тек отынды тұрақты мөлшерленген айдау кезінде мүмкін болады.
Егер біз детонациялық айналмалы қозғалтқыштарды пульсирленген қозғалтқыштармен салыстыратын болсақ, онда олардың жұмыс принципі сәл өзгеше. Осылайша, атап айтқанда, жаңа қозғалтқыштар жану камерасындағы отынның үздіксіз үздіксіз детонациясын қамтамасыз етеді. Бұл құбылыс спин немесе айналатын детонация деп аталады. Оны алғаш рет 1956 жылы кеңес ғалымы Богдан Войтсеховский сипаттаған. Және бұл құбылыс әлдеқайда ертерек, 1926 жылы ашылды. Пионерлер британдықтар болды, олар белгілі бір жүйелерде жалпақ жарылыс толқынының орнына спиральмен қозғалатын жарқыраған «бас» пайда болғанын байқады.
Войтсеховский өзі құрастырған фотоаппараттың көмегімен отын қоспасында сақиналы жану камерасында қозғалатын толқын фронтын суретке түсірді. Айналмалы детонацияның жазық детонациядан айырмашылығы - онда бір ғана соққы көлденең толқын пайда болады, содан кейін реакцияға түспеген қыздырылған газ пайда болады және бұл қабаттың артында химиялық реакция аймағы орналасқан. Дәл осындай толқын Марлен Топчиян «тегістелген пончик» деп атаған камераның жануына жол бермейді.
Айта кету керек, детонациялық қозғалтқыштар бұрын да қолданылған. Атап айтқанда, біз екінші дүниежүзілік соғыстың соңында немістер V-1 қанатты зымырандарында қолданған пульсирленген әуе реактивті қозғалтқышы туралы айтып отырмыз. Оның өндірісі өте қарапайым болды, оны қолдану өте оңай болды, бірақ сонымен бірге бұл қозғалтқыш маңызды мәселелерді шешу үшін онша сенімді емес еді.
Әрі қарай, 2008 жылы пульсациялық детонациялық қозғалтқышпен жабдықталған эксперименттік Rutang Long-EZ әуе кемесі ауаға көтерілді. Ұшу отыз метр биіктікте он секундқа ғана созылды. Осы уақыт ішінде электростанция 890 Ньютон тәріздес серпіліс жасады.
Американдық теңіз флотының американдық зертханасы ұсынған қозғалтқыштың тәжірибелік прототипі-отынмен қамтамасыз ету жағында диаметрі 14 сантиметр және саптамасында 16 сантиметрлік конус тәрізді жану камерасы. Камераның қабырғалары арасындағы қашықтық - 1 сантиметр, ал құбырдың ұзындығы - 17,7 сантиметр.
Жанармай қоспасы ретінде ауа мен сутегінің қоспасы қолданылады, ол жану камерасына 10 атмосфералық қысыммен жеткізіледі. Қоспаның температурасы 27,9 градус. Назар аударыңыз, бұл қоспа спин -детонация құбылысын зерттеу үшін ең қолайлы болып саналады. Бірақ, ғалымдардың айтуынша, жаңа қозғалтқыштарда сутегіден басқа жанғыш компоненттер мен ауадан тұратын отын қоспасын қолдануға болады.
Айналмалы қозғалтқыштың эксперименттік зерттеулері оның ішкі жану қозғалтқыштарымен салыстырғанда тиімділігі мен қуаттылығын көрсетті. Тағы бір артықшылығы - отынды үнемдеу. Сонымен қатар, эксперимент кезінде айналмалы «сынақ» қозғалтқышында отын қоспасының жануы біркелкі емес екендігі анықталды, сондықтан қозғалтқыш конструкциясын оңтайландыру қажет.
Штуцерде кеңейетін жану өнімдерін конустың көмегімен бір газ ағынына жинауға болады (бұл Coanda эффектісі деп аталады), содан кейін бұл ағынды турбинаға жіберуге болады. Турбина осы газдардың әсерінен айналады. Осылайша, турбина жұмысының бір бөлігін кемелерді жылжытуға, ал ішінара кеме жабдықтары мен әр түрлі жүйелерге қажетті энергияны өндіруге пайдалануға болады.
Қозғалтқыштарды қозғалмайтын бөлшектерсіз шығаруға болады, бұл олардың дизайнын айтарлықтай жеңілдетеді, бұл өз кезегінде электр станциясының құнын төмендетеді. Бірақ бұл тек перспективада. Жаңа қозғалтқыштарды сериялық өндіріске шығармас бұрын, көптеген қиын мәселелерді шешу қажет, олардың бірі-берік ыстыққа төзімді материалдарды таңдау.
Назар аударыңыз, қазіргі уақытта айналмалы детонациялық қозғалтқыштар перспективалы қозғалтқыштардың бірі болып саналады. Оларды сонымен қатар Арлингтондағы Техас университетінің ғалымдары әзірледі. Олар жасаған электр станциясы «үздіксіз детонациялық қозғалтқыш» деп аталды. Сол университетте әр түрлі пропорцияда сутегі мен ауаны немесе оттегін қамтитын сақиналы камералар мен әр түрлі отын қоспаларының әр түрлі диаметрлерін таңдау бойынша зерттеулер жүргізілуде.
Бұл бағытта Ресейде де даму жүріп жатыр. Сонымен, 2011 жылы Сатурн ғылыми -өндірістік бірлестігінің басқарушы директоры И. Федоровтың айтуынша, Люлька ғылыми -техникалық орталығының ғалымдары пульсирленген әуе реактивті қозғалтқышын жасап шығаруда. Жұмыс Т-50 үшін «Өнім 129» деп аталатын перспективалы қозғалтқышты жасаумен қатар жүргізілуде. Сонымен қатар, Федоров сонымен қатар қауымдастық келесі кезеңнің перспективалы ұшақтарын құру бойынша зерттеулер жүргізіп жатқанын айтты, олар ұшқышсыз болуы тиіс.
Бұл ретте басшы қандай пульсирленген қозғалтқыш туралы айтылғанын нақтылаған жоқ. Қазіргі уақытта мұндай қозғалтқыштардың үш түрі белгілі - клапансыз, клапанды және детонациялық. Жалпы алғанда, импульсті қозғалтқыштар өндірудің ең қарапайым және ең арзан түрі болып саналады.
Бүгінде бірнеше ірі қорғаныс фирмалары жоғары өнімді пульсациялық реактивті қозғалтқыштарға зерттеу жүргізуде. Бұл фирмалардың арасында американдық Pratt & Whitney мен General Electric және француздық SNECMA бар.
Осылайша, белгілі бір қорытынды жасауға болады: жаңа перспективалы қозғалтқышты құру белгілі бір қиындықтарға ие. Қазіргі кездегі басты мәселе теорияда: детонациялық соққы толқыны шеңбер бойымен қозғалатын кезде не болатыны жалпы түрде белгілі және бұл конструкцияларды оңтайландыру процесін едәуір қиындатады. Сондықтан жаңа технология, өте тартымды болғанымен, өнеркәсіптік өндіріс ауқымында мүмкін емес.
Алайда, егер зерттеушілер теориялық мәселелерді реттей алса, онда нағыз серпіліс туралы айтуға болады. Турбиналар тек көлікте ғана емес, сонымен қатар энергетикалық секторда да қолданылады, онда тиімділіктің жоғарылауы одан да күшті әсер етуі мүмкін.
