Angkatan Laut AS berencana untuk meningkatkan pembangkit listrik turbin gas yang saat ini dipasang di pesawat dan kapalnya di masa depan, menggantikan mesin siklus Brighton konvensional dengan mesin putar detonasi. Karena ini, penghematan bahan bakar diharapkan berjumlah sekitar $ 400 juta per tahun. Namun, penggunaan serial teknologi baru dimungkinkan, menurut para ahli, tidak lebih awal dari dalam satu dekade.
Pengembangan mesin rotari atau spinning rotary di Amerika dilakukan oleh US Navy Research Laboratory. Menurut perkiraan awal, mesin baru akan lebih bertenaga dan juga sekitar seperempat lebih irit dibandingkan mesin konvensional. Pada saat yang sama, prinsip dasar pengoperasian pembangkit listrik akan tetap sama - gas dari bahan bakar yang terbakar akan memasuki turbin gas, memutar bilahnya. Menurut laboratorium Angkatan Laut AS, bahkan di masa depan yang relatif jauh, ketika seluruh armada Amerika akan ditenagai oleh listrik, turbin gas masih akan bertanggung jawab untuk menghasilkan tenaga, sampai batas tertentu dimodifikasi.
Ingatlah bahwa penemuan mesin jet yang berdenyut berasal dari akhir abad kesembilan belas. Penemunya adalah insinyur Swedia Martin Wiberg. Pembangkit listrik baru tersebar luas selama Perang Dunia Kedua, meskipun karakteristik teknisnya jauh lebih rendah daripada mesin pesawat yang ada pada saat itu.
Perlu dicatat bahwa pada saat ini, armada Amerika memiliki 129 kapal, yang menggunakan 430 mesin turbin gas. Setiap tahun, biaya untuk menyediakan bahan bakar bagi mereka adalah sekitar $ 2 miliar. Di masa depan, ketika mesin modern diganti dengan yang baru, jumlah biaya bahan bakar akan berubah.
Mesin pembakaran internal yang saat ini digunakan beroperasi pada siklus Brighton. Jika Anda mendefinisikan esensi dari konsep ini dalam beberapa kata, maka semuanya bermuara pada pencampuran oksidator dan bahan bakar yang berurutan, kompresi lebih lanjut dari campuran yang dihasilkan, kemudian - pembakaran dan pembakaran dengan perluasan produk pembakaran. Ekspansi ini hanya digunakan untuk menggerakkan, menggerakkan piston, memutar turbin, yaitu, melakukan tindakan mekanis, memberikan tekanan konstan. Proses pembakaran campuran bahan bakar bergerak dengan kecepatan subsonik - proses ini disebut dufflagration.
Adapun mesin baru, para ilmuwan bermaksud menggunakan pembakaran eksplosif di dalamnya, yaitu detonasi, di mana pembakaran terjadi pada kecepatan supersonik. Dan meskipun fenomena peledakan saat ini belum sepenuhnya dipelajari, diketahui bahwa dengan pembakaran jenis ini, gelombang kejut muncul, yang merambat melalui campuran bahan bakar dan udara, menyebabkan reaksi kimia, yang hasilnya adalah pelepasan energi panas yang cukup besar. Ketika gelombang kejut melewati campuran, itu memanas, yang menyebabkan ledakan.
Dalam pengembangan mesin baru, direncanakan untuk menggunakan pengembangan tertentu yang diperoleh dalam proses pengembangan mesin detonasi berdenyut. Prinsip operasinya adalah bahwa campuran bahan bakar pra-kompresi dimasukkan ke dalam ruang bakar, di mana ia dinyalakan dan diledakkan. Produk pembakaran mengembang di nosel, melakukan tindakan mekanis. Kemudian seluruh siklus diulang dari awal. Tetapi kerugian dari motor yang berdenyut adalah bahwa tingkat pengulangan siklus terlalu rendah. Selain itu, desain motor ini sendiri menjadi lebih kompleks jika terjadi peningkatan jumlah pulsa. Ini karena kebutuhan untuk menyinkronkan operasi katup, yang bertanggung jawab untuk memasok campuran bahan bakar, serta secara langsung oleh siklus detonasi itu sendiri. Mesin yang berdenyut juga sangat bising, mereka membutuhkan bahan bakar dalam jumlah besar untuk beroperasi, dan pekerjaan hanya mungkin dilakukan dengan injeksi bahan bakar terukur yang konstan.
Jika kita membandingkan mesin rotari detonasi dengan yang berdenyut, maka prinsip operasinya sedikit berbeda. Dengan demikian, khususnya, mesin baru menyediakan detonasi bahan bakar yang konstan terus menerus di ruang bakar. Fenomena ini disebut spin, atau detonasi berputar. Ini pertama kali dijelaskan pada tahun 1956 oleh ilmuwan Soviet Bogdan Voitsekhovsky. Dan fenomena ini ditemukan jauh lebih awal, pada tahun 1926. Perintisnya adalah orang Inggris, yang memperhatikan bahwa dalam sistem tertentu muncul "kepala" bercahaya terang, yang bergerak dalam spiral, bukannya gelombang detonasi datar.
Voitsekhovsky, menggunakan perekam foto yang ia rancang sendiri, memotret bagian depan gelombang, yang bergerak dalam ruang pembakaran melingkar dalam campuran bahan bakar. Detonasi spin berbeda dari detonasi bidang karena gelombang transversal kejut tunggal muncul di dalamnya, diikuti oleh gas panas yang belum bereaksi, dan sudah di belakang lapisan ini ada zona reaksi kimia. Dan justru gelombang seperti itulah yang mencegah pembakaran ruangan itu sendiri, yang oleh Marlene Topchiyan disebut "donat pipih".
Perlu dicatat bahwa mesin detonasi telah digunakan di masa lalu. Secara khusus, kita berbicara tentang mesin jet udara berdenyut, yang digunakan oleh Jerman pada akhir Perang Dunia II pada rudal jelajah V-1. Produksinya cukup sederhana, penggunaannya cukup mudah, tetapi pada saat yang sama mesin ini tidak terlalu andal untuk memecahkan masalah penting.
Selanjutnya, pada tahun 2008, Rutang Long-EZ, sebuah pesawat eksperimental yang dilengkapi dengan mesin detonasi berdenyut, mengudara. Penerbangan hanya berlangsung sepuluh detik di ketinggian tiga puluh meter. Selama waktu ini, pembangkit listrik mengembangkan daya dorong urutan 890 Newton.
Prototipe eksperimental mesin, yang dipresentasikan oleh laboratorium Amerika di Angkatan Laut AS, adalah ruang bakar berbentuk kerucut melingkar dengan diameter 14 sentimeter di sisi pasokan bahan bakar dan 16 sentimeter di sisi nosel. Jarak antara dinding ruangan adalah 1 sentimeter, sedangkan "tabung" panjangnya 17,7 sentimeter.
Campuran udara dan hidrogen digunakan sebagai campuran bahan bakar, yang disuplai pada tekanan 10 atmosfer ke ruang bakar. Suhu campuran adalah 27,9 derajat. Perhatikan bahwa campuran ini diakui sebagai yang paling nyaman untuk mempelajari fenomena detonasi spin. Namun, menurut para ilmuwan, dalam mesin baru akan dimungkinkan untuk menggunakan campuran bahan bakar yang tidak hanya terdiri dari hidrogen tetapi juga komponen mudah terbakar lainnya dan udara.
Studi eksperimental dari mesin rotari telah menunjukkan efisiensi dan kekuatan yang lebih besar dibandingkan dengan mesin pembakaran internal. Keuntungan lain adalah penghematan bahan bakar yang signifikan. Pada saat yang sama, selama percobaan terungkap bahwa pembakaran campuran bahan bakar di mesin "pengujian" putar tidak seragam, oleh karena itu perlu untuk mengoptimalkan desain mesin.
Produk pembakaran yang mengembang di nozzle dapat dikumpulkan dalam satu jet gas menggunakan kerucut (ini disebut efek Coanda), dan kemudian jet ini dapat dikirim ke turbin. Turbin akan berputar di bawah pengaruh gas-gas ini. Dengan demikian, sebagian dari kerja turbin dapat digunakan untuk menggerakkan kapal, dan sebagian lagi untuk menghasilkan energi, yang diperlukan untuk peralatan kapal dan berbagai sistem.
Mesin itu sendiri dapat diproduksi tanpa bagian yang bergerak, yang akan sangat menyederhanakan desainnya, yang, pada gilirannya, akan mengurangi biaya pembangkit listrik secara keseluruhan. Tapi ini hanya dalam perspektif. Sebelum meluncurkan mesin baru ke dalam produksi serial, perlu untuk memecahkan banyak masalah sulit, salah satunya adalah pemilihan bahan tahan panas yang tahan lama.
Perhatikan bahwa saat ini, mesin detonasi putar dianggap sebagai salah satu mesin yang paling menjanjikan. Mereka juga sedang dikembangkan oleh para ilmuwan dari University of Texas di Arlington. Pembangkit listrik yang mereka buat disebut "mesin detonasi berkelanjutan". Di universitas yang sama, penelitian sedang dilakukan pada pemilihan berbagai diameter ruang annular dan berbagai campuran bahan bakar, yang meliputi hidrogen dan udara atau oksigen dalam proporsi yang berbeda.
Pengembangan ke arah ini juga sedang berlangsung di Rusia. Jadi, pada tahun 2011, menurut direktur pelaksana asosiasi penelitian dan produksi Saturn I. Fedorov, para ilmuwan dari Pusat Ilmiah dan Teknis Lyulka sedang mengembangkan mesin jet udara yang berdenyut. Pekerjaan sedang dilakukan secara paralel dengan pengembangan mesin yang menjanjikan yang disebut "Produk 129" untuk T-50. Selain itu, Fedorov juga mengatakan bahwa asosiasi sedang melakukan penelitian tentang penciptaan pesawat yang menjanjikan pada tahap selanjutnya, yang seharusnya tanpa awak.
Pada saat yang sama, kepala tidak menentukan jenis mesin berdenyut apa yang dimaksud. Saat ini, tiga jenis mesin tersebut diketahui - tanpa katup, katup, dan detonasi. Sementara itu, secara umum diterima bahwa motor yang berdenyut adalah yang paling sederhana dan termurah untuk diproduksi.
Saat ini, beberapa perusahaan pertahanan besar sedang melakukan penelitian terhadap mesin jet berdenyut berkinerja tinggi. Di antara perusahaan-perusahaan ini adalah Pratt & Whitney Amerika dan General Electric dan SNECMA Prancis.
Dengan demikian, kesimpulan tertentu dapat ditarik: penciptaan mesin baru yang menjanjikan memiliki kesulitan tertentu. Masalah utama saat ini adalah dalam teori: apa yang sebenarnya terjadi ketika gelombang kejut detonasi bergerak dalam lingkaran hanya diketahui secara umum, dan ini sangat mempersulit proses pengoptimalan desain. Oleh karena itu, teknologi baru, meskipun sangat menarik, hampir tidak layak pada skala produksi industri.
Namun, jika para peneliti berhasil memilah-milah masalah teoretis, akan dimungkinkan untuk berbicara tentang terobosan nyata. Bagaimanapun, turbin digunakan tidak hanya dalam transportasi, tetapi juga di sektor energi, di mana peningkatan efisiensi dapat memiliki efek yang lebih kuat.
