กองทัพเรือสหรัฐฯ มีแผนที่จะอัพเกรดโรงไฟฟ้ากังหันก๊าซที่ติดตั้งอยู่บนเครื่องบินและเรือในอนาคต โดยแทนที่เครื่องยนต์จักรยานยนต์ไบรตันแบบเดิมด้วยเครื่องยนต์โรตารี่จุดระเบิด ด้วยเหตุนี้ คาดว่าการประหยัดเชื้อเพลิงจะอยู่ที่ประมาณ 400 ล้านดอลลาร์ต่อปี อย่างไรก็ตาม การใช้เทคโนโลยีใหม่ๆ แบบต่อเนื่องนั้นเป็นไปได้ ตามความเห็นของผู้เชี่ยวชาญ ซึ่งไม่ช้ากว่าทศวรรษ
การพัฒนาเครื่องยนต์โรตารีหรือแบบหมุนในอเมริกาดำเนินการโดยห้องปฏิบัติการวิจัยของกองทัพเรือสหรัฐฯ ตามการประมาณการเบื้องต้น เครื่องยนต์ใหม่จะมีกำลังมากกว่าและประหยัดกว่าเครื่องยนต์ทั่วไปประมาณหนึ่งในสี่ ในเวลาเดียวกันหลักการพื้นฐานของการทำงานของโรงไฟฟ้าจะยังคงเหมือนเดิม - ก๊าซจากเชื้อเพลิงที่เผาไหม้จะเข้าสู่กังหันก๊าซโดยหมุนใบมีด ห้องปฏิบัติการของกองทัพเรือสหรัฐฯ ระบุว่า แม้ในอนาคตอันแสนไกล เมื่อกองเรืออเมริกันทั้งหมดจะใช้ไฟฟ้า กังหันก๊าซจะยังคงรับผิดชอบในการผลิตกระแสไฟฟ้า ได้มีการปรับเปลี่ยนในระดับหนึ่ง
จำได้ว่าการประดิษฐ์เครื่องยนต์เจ็ทที่เต้นเป็นจังหวะนั้นเกิดขึ้นตั้งแต่ปลายศตวรรษที่สิบเก้า ผู้ประดิษฐ์คือ Martin Wiberg วิศวกรชาวสวีเดน โรงไฟฟ้าใหม่เริ่มแพร่หลายในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง ถึงแม้ว่าพวกเขาจะด้อยกว่าอย่างมีนัยสำคัญในลักษณะทางเทคนิคของเครื่องยนต์อากาศยานที่มีอยู่ในขณะนั้น
ควรสังเกตว่า ณ เวลานี้ กองเรืออเมริกันมีเรือ 129 ลำ ซึ่งใช้เครื่องยนต์กังหันก๊าซ 430 ลำ ในแต่ละปี ค่าใช้จ่ายในการจัดหาเชื้อเพลิงให้กับพวกเขาอยู่ที่ประมาณ 2 พันล้านดอลลาร์ ในอนาคต เมื่อเครื่องยนต์สมัยใหม่ถูกแทนที่ด้วยเครื่องยนต์ใหม่ ปริมาณเชื้อเพลิงก็จะเปลี่ยนไป
เครื่องยนต์สันดาปภายในที่ใช้อยู่ในปัจจุบันทำงานในวงจรของไบรตัน หากคุณให้คำจำกัดความแก่นแท้ของแนวคิดนี้ด้วยคำไม่กี่คำ ทุกอย่างก็มาจากการผสมของตัวออกซิไดเซอร์และเชื้อเพลิงอย่างต่อเนื่อง การบีบอัดเพิ่มเติมของส่วนผสมที่ได้ จากนั้น - การลอบวางเพลิงและการเผาไหม้ด้วยการขยายตัวของผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ การขยายตัวนี้ใช้เพื่อขับเคลื่อน เคลื่อนลูกสูบ หมุนกังหัน กล่าวคือ ดำเนินการทางกล โดยให้แรงดันคงที่ กระบวนการเผาไหม้ของส่วนผสมเชื้อเพลิงจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแบบเปรี้ยงปร้าง - กระบวนการนี้เรียกว่า dufflagration
สำหรับเครื่องยนต์ใหม่นี้ นักวิทยาศาสตร์ตั้งใจที่จะใช้การเผาไหม้แบบระเบิดในเครื่องยนต์ นั่นคือ การระเบิด ซึ่งการเผาไหม้เกิดขึ้นที่ความเร็วเหนือเสียง และถึงแม้ในปัจจุบันปรากฏการณ์การระเบิดจะยังไม่ได้รับการศึกษาอย่างครบถ้วน แต่ก็เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าด้วยการเผาไหม้ประเภทนี้จะเกิดคลื่นกระแทกซึ่งแพร่กระจายผ่านส่วนผสมของเชื้อเพลิงและอากาศทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมี ซึ่งผลที่ได้คือ การปล่อยพลังงานความร้อนจำนวนมากพอสมควร เมื่อคลื่นกระแทกผ่านส่วนผสม มันจะร้อนขึ้น ซึ่งนำไปสู่การระเบิด
ในการพัฒนาเครื่องยนต์ใหม่ มีการวางแผนที่จะใช้การพัฒนาบางอย่างที่ได้รับในกระบวนการพัฒนาเครื่องยนต์ที่ระเบิดเป็นจังหวะหลักการทำงานคือป้อนส่วนผสมของเชื้อเพลิงที่อัดไว้ล่วงหน้าเข้าไปในห้องเผาไหม้ ซึ่งจะจุดไฟและจุดชนวน ผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ขยายตัวในหัวฉีด โดยทำหน้าที่ทางกล จากนั้นวงจรทั้งหมดจะทำซ้ำตั้งแต่ต้น แต่ข้อเสียของมอเตอร์แบบเต้นเป็นจังหวะคืออัตราการทำซ้ำของรอบต่ำเกินไป นอกจากนี้ การออกแบบมอเตอร์เหล่านี้เองจะซับซ้อนมากขึ้นในกรณีที่จำนวนการเต้นเป็นจังหวะเพิ่มขึ้น นี่เป็นเพราะความจำเป็นในการซิงโครไนซ์การทำงานของวาล์วซึ่งมีหน้าที่ในการจัดหาส่วนผสมของเชื้อเพลิงรวมถึงรอบการระเบิดด้วยตัวมันเองโดยตรง เครื่องยนต์ที่เต้นเป็นจังหวะก็มีเสียงดังเช่นกัน ซึ่งต้องใช้เชื้อเพลิงจำนวนมากจึงจะสามารถทำงานได้ และทำงานได้เฉพาะกับการฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงแบบสูบจ่ายคงที่เท่านั้น
หากเราเปรียบเทียบเครื่องยนต์โรตารีจุดระเบิดกับเครื่องยนต์แบบเร้าใจ หลักการทำงานของเครื่องยนต์จะแตกต่างกันเล็กน้อย โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เครื่องยนต์ใหม่นี้ทำให้เกิดการระเบิดของเชื้อเพลิงอย่างต่อเนื่องในห้องเผาไหม้ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการหมุนหรือการระเบิดแบบหมุน มันถูกอธิบายครั้งแรกในปี 1956 โดยนักวิทยาศาสตร์โซเวียต Bogdan Voitsekhovsky และปรากฏการณ์นี้ถูกค้นพบก่อนหน้านี้มาก ย้อนกลับไปในปี 1926 ผู้บุกเบิกคือชาวอังกฤษที่สังเกตเห็นว่าในบางระบบมี "หัว" เรืองแสงปรากฏขึ้นซึ่งเคลื่อนที่เป็นเกลียวแทนที่จะเป็นคลื่นระเบิดแบบแบน
Voitsekhovsky ใช้เครื่องบันทึกภาพถ่ายที่เขาออกแบบเอง ถ่ายภาพหน้าคลื่นซึ่งเคลื่อนที่อยู่ในห้องเผาไหม้วงแหวนในส่วนผสมของเชื้อเพลิง การหมุนจุดชนวนแตกต่างจากการระเบิดของระนาบโดยมีคลื่นตามขวางแบบกระแทกเดี่ยวเกิดขึ้นตามมาด้วยก๊าซร้อนที่ไม่ทำปฏิกิริยาและด้านหลังชั้นนี้มีเขตปฏิกิริยาเคมี และเป็นคลื่นที่ป้องกันการเผาไหม้ของห้องได้อย่างแม่นยำซึ่ง Marlene Topchiyan เรียกว่า "โดนัทแบน"
ควรสังเกตว่าเครื่องยนต์จุดชนวนถูกใช้ไปแล้วในอดีต โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เรากำลังพูดถึงเครื่องยนต์แอร์เจ็ทที่เต้นเป็นจังหวะ ซึ่งชาวเยอรมันใช้เมื่อสิ้นสุดสงครามโลกครั้งที่ 2 บนขีปนาวุธร่อน V-1 การผลิตค่อนข้างง่าย ใช้งานได้ง่าย แต่ในขณะเดียวกัน เครื่องยนต์นี้ก็ไม่น่าเชื่อถือมากในการแก้ปัญหาที่สำคัญ
นอกจากนี้ ในปี 2008 เครื่องบิน Rutang Long-EZ ซึ่งเป็นเครื่องบินทดลองที่ติดตั้งเครื่องยนต์ระเบิดแบบเร้าใจได้บินขึ้นไปในอากาศ เที่ยวบินนี้ใช้เวลาเพียงสิบวินาทีที่ระดับความสูงสามสิบเมตร ในช่วงเวลานี้ โรงไฟฟ้าได้พัฒนาแรงขับของคำสั่ง 890 นิวตัน
ต้นแบบการทดลองของเครื่องยนต์ที่นำเสนอโดยห้องปฏิบัติการอเมริกันของกองทัพเรือสหรัฐฯ เป็นห้องเผาไหม้รูปทรงกรวยวงแหวนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 14 เซนติเมตรด้านการจ่ายเชื้อเพลิงและ 16 เซนติเมตรที่ด้านหัวฉีด ระยะห่างระหว่างผนังของห้องคือ 1 ซม. ในขณะที่ "ท่อ" ยาว 17.7 ซม.
ส่วนผสมของอากาศและไฮโดรเจนถูกใช้เป็นส่วนผสมของเชื้อเพลิง ซึ่งจ่ายที่ความดัน 10 บรรยากาศไปยังห้องเผาไหม้ อุณหภูมิส่วนผสมคือ 27.9 องศา โปรดทราบว่าส่วนผสมนี้ได้รับการยอมรับว่าสะดวกที่สุดในการศึกษาปรากฏการณ์การระเบิดจากการหมุน แต่ตามที่นักวิทยาศาสตร์ระบุ ในเครื่องยนต์ใหม่นี้ เป็นไปได้ที่จะใช้ส่วนผสมของเชื้อเพลิงที่ประกอบด้วยไฮโดรเจนไม่เพียงเท่านั้น แต่ยังรวมถึงส่วนประกอบอื่นๆ ที่ติดไฟได้และอากาศด้วย
การศึกษาทดลองของเครื่องยนต์โรตารีได้แสดงให้เห็นประสิทธิภาพและกำลังที่มากกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องยนต์สันดาปภายใน ข้อดีอีกประการหนึ่งคือการประหยัดเชื้อเพลิงอย่างมาก ในเวลาเดียวกัน ในระหว่างการทดลองพบว่าการเผาไหม้ของส่วนผสมเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์ "ทดสอบ" แบบโรตารี่นั้นไม่สม่ำเสมอ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องปรับการออกแบบเครื่องยนต์ให้เหมาะสม
ผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ที่ขยายตัวในหัวฉีดสามารถเก็บสะสมไว้ในไอพ่นแก๊สเครื่องเดียวโดยใช้กรวย (นี่คือสิ่งที่เรียกว่าเอฟเฟกต์โคอันดา) จากนั้นไอพ่นนี้จะถูกส่งไปยังกังหัน กังหันจะหมุนภายใต้อิทธิพลของก๊าซเหล่านี้ ดังนั้น ส่วนหนึ่งของงานกังหันสามารถใช้ขับเคลื่อนเรือ และบางส่วนเพื่อสร้างพลังงาน ซึ่งจำเป็นสำหรับอุปกรณ์เรือและระบบต่างๆ
สามารถผลิตเครื่องยนต์ได้เองโดยไม่ต้องมีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว ซึ่งจะทำให้การออกแบบง่ายขึ้นมาก ซึ่งจะทำให้ต้นทุนของโรงไฟฟ้าโดยรวมลดลง แต่นี่เป็นเพียงในมุมมอง ก่อนเปิดตัวเครื่องยนต์ใหม่สู่การผลิตแบบต่อเนื่อง จำเป็นต้องแก้ปัญหาที่ยุ่งยากมากมาย หนึ่งในนั้นคือการเลือกใช้วัสดุทนความร้อนที่ทนทาน
โปรดทราบว่าในขณะนี้ เครื่องยนต์ระเบิดแบบหมุนถือเป็นหนึ่งในเครื่องยนต์ที่มีแนวโน้มมากที่สุด พวกเขายังได้รับการพัฒนาโดยนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเท็กซัสที่อาร์ลิงตัน โรงไฟฟ้าที่พวกเขาสร้างขึ้นเรียกว่า "เครื่องยนต์ระเบิดต่อเนื่อง" ที่มหาวิทยาลัยแห่งเดียวกัน กำลังดำเนินการวิจัยเกี่ยวกับการเลือกขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางต่างๆ ของช่องวงแหวนและส่วนผสมของเชื้อเพลิงต่างๆ ซึ่งรวมถึงไฮโดรเจนและอากาศหรือออกซิเจนในสัดส่วนที่ต่างกัน
การพัฒนาในทิศทางนี้กำลังดำเนินการในรัสเซียเช่นกัน ดังนั้นในปี 2554 ตามที่กรรมการผู้จัดการของสมาคมวิจัยและผลิตดาวเสาร์ I. Fedorov นักวิทยาศาสตร์จากศูนย์วิทยาศาสตร์และเทคนิค Lyulka กำลังพัฒนาเครื่องยนต์ไอพ่นอากาศที่เร้าใจ งานกำลังดำเนินการควบคู่ไปกับการพัฒนาเครื่องยนต์ที่มีแนวโน้มว่าจะเรียกว่า "Product 129" สำหรับ T-50 นอกจากนี้ Fedorov ยังกล่าวอีกว่าสมาคมกำลังดำเนินการวิจัยเกี่ยวกับการสร้างเครื่องบินที่มีแนวโน้มว่าจะอยู่ในขั้นต่อไปซึ่งควรจะไม่มีคนควบคุม
ในเวลาเดียวกัน ที่หัวก็ไม่ได้ระบุชนิดของเครื่องยนต์ที่เต้นเป็นจังหวะที่เป็นปัญหา ในขณะนี้เป็นที่รู้จักของเครื่องยนต์สามประเภท - ไม่มีวาล์ว, วาล์วและการระเบิด เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่ามอเตอร์แบบพัลซิ่งเป็นวิธีการผลิตที่ง่ายที่สุดและถูกที่สุด
ปัจจุบัน บริษัทด้านการป้องกันประเทศขนาดใหญ่หลายแห่งกำลังดำเนินการวิจัยเกี่ยวกับเครื่องยนต์ไอพ่นแบบพัลซิ่งประสิทธิภาพสูง บริษัทเหล่านี้ได้แก่ American Pratt & Whitney และ General Electric และ SNECMA ของฝรั่งเศส
ดังนั้นข้อสรุปบางประการจึงสามารถสรุปได้: การสร้างเอ็นจิ้นที่มีแนวโน้มใหม่มีปัญหาบางอย่าง ปัญหาหลักในขณะนี้อยู่ในทฤษฎี: จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อคลื่นกระแทกของการระเบิดเคลื่อนที่เป็นวงกลมเท่านั้นที่ทราบในแง่ทั่วไป และทำให้กระบวนการปรับแต่งการออกแบบให้เหมาะสมนั้นซับซ้อนอย่างมาก ดังนั้นเทคโนโลยีใหม่แม้ว่าจะน่าดึงดูดใจมาก แต่ก็แทบจะเป็นไปไม่ได้ในระดับการผลิตภาคอุตสาหกรรม
อย่างไรก็ตาม หากนักวิจัยสามารถจัดการปัญหาทางทฤษฎีได้ ก็จะสามารถพูดคุยเกี่ยวกับความก้าวหน้าที่แท้จริงได้ ท้ายที่สุดแล้ว กังหันไม่ได้ถูกใช้ในการขนส่งเท่านั้น แต่ยังรวมถึงในภาคพลังงานด้วย ซึ่งการเพิ่มประสิทธิภาพอาจมีผลมากขึ้นไปอีก