로타리 폭발물 엔진 - 경제적 관점
미 해군은 현재 기존의 브라이튼 동력 엔진을 로타리 폭발 엔진으로 대체하는 비행기 및 선박에 설치된 가스 터빈 발전소를 향후 업그레이드 할 계획이다. 이 때문에 연간 약 400 백만 달러의 연료 절감 효과가 있다고 가정합니다. 그러나 전문가들에 따르면 10 년 이내에 새로운 기술을 연속적으로 사용할 수 있습니다.
미국의 로터리 또는 스핀 로터리 엔진의 개발은 연구소에서 수행됩니다. 함대 미국 초기 추정치에 따르면, 새로운 엔진은 기존 엔진보다 약 XNUMX/XNUMX 정도 더 많은 전력을 공급할 것입니다. 동시에 발전소 운영의 기본 원칙은 동일하게 유지됩니다. 연소 된 연료의 가스는 가스 터빈으로 들어가 블레이드를 회전시킵니다. 미 해군의 실험실에 따르면, 비교적 먼 미래에도 미국 전체 차량이 전기로 동력을 공급받을 때 가스 터빈은 어느 정도 수정 된 에너지를 계속 생성 할 책임이 있습니다.
맥동 제트 엔진의 발명은 19 세기 말에 나왔다. 발명가는 스웨덴의 엔지니어 Martin Wiberg이었다. 새로운 발전소는 제 2 차 세계 대전 중에 널리 퍼져 나갔다. 당시에 존재하던 항공기 엔진에 대한 기술적 특성이 현저하게 열등 했음에도 불구하고.
이 시점에서 129 가스 터빈 엔진을 사용하는 미국 함대 번호 430 배송에 주목해야합니다. 매년 연료를 공급하는 데 드는 비용은 2 억 달러입니다. 미래에 현대 엔진이 새로운 엔진으로 교체 될 때 연료 구성 요소의 비용도 변할 것입니다.
현재 사용중인 내연 기관은 Brighton 사이클을 기반으로합니다. 이 개념의 본질을 몇 마디로 정의하면 산화제와 연료의 순차적 혼합, 생성 된 혼합물의 추가 압축, 방화 및 연소 생성물의 팽창에 이르기까지 모두가 발생합니다. 이 팽창은 피스톤을 움직이거나, 피스톤을 움직이거나, 터빈을 회전시키는, 즉 기계적 동작을 수행하는 데 사용되며 일정한 압력을 제공합니다. 연료 혼합물의 연소 과정은 아음속 속도로 움직입니다.이 과정을 단철 처리 (dafflagration)라고합니다.
새로운 엔진의 경우, 과학자들은 연소가 초음속으로 발생하는 폭발 (폭발)을 사용하려고합니다. 그리고 현재 폭발의 현상은 아직 완전히 연구되지는 않았지만, 이러한 유형의 연소에서는 충격파가 발생하여 연료와 공기의 혼합물을 통해 전파되어 화학 반응을 일으켜 상당히 많은 양의 열에너지가 방출되는 것으로 알려져 있습니다. 충격파가 혼합물을 통과하면 가열되어 폭발을 일으 킵니다.
새로운 엔진의 개발에있어서, 폭파 맥동 엔진의 개발 중에 얻어진 특정 개발을 사용할 계획이다. 작동 원리는 압축 된 연료 혼합물이 연소실에 공급되어 화재가 발생하고 폭발 할 수 있다는 것입니다. 연소 생성물은 기계적 작용을 수행하여 노즐에서 팽창합니다. 그런 다음 전체주기가 처음부터 반복됩니다. 그러나 엔진을 맥동시키는 단점은 사이클의 반복 속도가 너무 낮다는 것입니다. 또한 맥동 수의 증가시 이러한 엔진 자체의 설계가 더욱 복잡해집니다. 이것은 연료 혼합물의 공급을 담당하는 밸브의 작동뿐만 아니라 폭발주기 자체에 의해 직접 작동해야하는 필요성 때문입니다. 펄싱 엔진은 매우 시끄럽고, 작업을 위해 많은 양의 연료가 필요하며, 연료의 일정한 계량 주입만으로 작업이 가능합니다.
폭발하는 엔진과 맥동을 일으키는 엔진을 비교하면 작동 원리가 약간 다릅니다. 그래서, 특히, 새로운 엔진에서는 연소실에서 지속적으로 연료를 연속적으로 폭발시킵니다. 이와 유사한 현상을 스핀 또는 회전 디토 젼이라고합니다. 그것은 소련의 과학자 Bogdan Wojciechowski에 의해 1956에서 처음으로 기술되었다. 그러나이 현상은 1926 해에 훨씬 일찍 발견되었습니다. 개척자들은 특정 시스템에서 평면 모양을 가진 폭발 파 대신에 나선형으로 움직이는 밝은 빛나는 "머리"가 있음을 발견 한 영국인이었다.
Wojciechowski는 자신이 디자인 한 사진 레코더를 사용하여 연료 혼합물의 링 연소실에서 움직이는 파면을 촬영했습니다. 스핀 폭발은 단일 충격 횡파가 일어나고, 반응하지 않은 가열 된 가스가 이어지고, 화학 반응 구역이 이미이 층 뒤에 있다는 점에서 플랫 한 폭발과 다릅니다. 그리고 말린 토 치얀 (Marlene Topchiyan)이 카메라의 불타는 것을 막는 것과 같은 파도입니다.
과거에는 폭발 엔진이 이미 사용 되었음에 유의해야합니다. 특히 우리는 제 2 차 세계 대전이 끝날 무렵 독일 순찰 미사일 "V-1"에 사용 된 맥동 제트 엔진에 대해 이야기하고 있습니다. 그것의 생산은 아주 간단했다, 그것의 사용은 오히려 쉬웠다, 그러나,이 엔진은 중요한 문제 해결을 위해 아주 견실하지 않았다.
또한, 2008에서 폭발물 엔진을 장착 한 실험용 항공기 인 Rutang Long-EZ가 공중으로 날아갔습니다. 비행은 30 미터의 고도에서 단 10 초만 지속되었습니다. 이 기간 동안 발전소는 추력 차 890 뉴턴을 발전 시켰습니다.
미 해군 미국 실험실이 제시 한 엔진 실험 모델은 연료 공급측에 14 센티미터, 노즐 측에 16 센티미터의 지름을 갖는 환형 원추형 연소 챔버입니다. 챔버의 벽 사이의 거리는 1 센티미터이고 "튜브"의 길이는 17,7 센티미터입니다.
공기와 수소의 혼합물은 10 대기의 압력 하에서 연소실로 공급되는 연료 혼합물로 사용됩니다. 혼합물의 온도는 27,9이다. 우리는이 혼합물이 스핀 폭발의 현상을 연구하는 데 가장 편리하다고 인식했습니다. 그러나 과학자들에 따르면 수소뿐만 아니라 다른 가연성 구성 요소와 공기로 구성된 새로운 엔진에서 연료 혼합물을 사용하는 것이 가능할 것입니다.
로터리 엔진에 대한 실험적 연구 결과에 따르면 내연 기관과 비교하여 효율성과 출력이 향상되었습니다. 또 다른 이점은 상당한 연비입니다. 동시에, 실험 과정에서 로터리 "테스트"엔진에서의 연료 혼합물의 연소가 일정하지 않으므로 엔진 설계를 최적화 할 필요가 있음이 밝혀졌습니다.
노즐에서 팽창하는 연소 생성물은 원뿔을 사용하여 단일 가스 분사로 수집 될 수 있으며 (이른바 코 안다 효과),이 분사는 터빈으로 보내질 수 있습니다. 이 가스의 영향으로 터빈이 회전합니다. 따라서, 터빈 작동은 선박의 추진 및 부분적으로 선박 장비 및 다양한 시스템에 필요한 에너지 발생을 위해 부분적으로 사용될 수있다.
엔진 자체는 움직이는 부품없이 생산 될 수있어 설계가 크게 단순 해지며 전체적으로 발전소 비용을 절감 할 수 있습니다. 그러나 이것은 단지 관점에 불과합니다. 새로운 엔진을 대량 생산하기 전에 많은 어려운 문제를 해결할 필요가 있습니다. 그 중 하나는 내구성이있는 내열 재료를 선택하는 것입니다.
현재 회전식 폭발 엔진은 가장 유망한 엔진 중 하나로 간주됩니다. 알링턴 텍사스 대학 (University of Texas at Arlington)의 과학자들도이를 개발 중이다. 그들에 의해 생성 된 발전소는 "연속 폭발 엔진 (continuous detonation engine)"이라고 불렸다. 같은 대학교에서 수소 및 공기 또는 산소를 다양한 비율로 포함하는 다양한 환형 체임버 및 다양한 연료 혼합물의 선택에 대한 연구가 진행되고 있습니다.
러시아도 이러한 방향으로 발전하고 있습니다. 따라서 2011 년에, I. Fedorov, Saturn 연구 및 생산 협회의 전무 이사에 따르면, Lyulka 과학 기술 센터의 과학자들은 펄스 제트 엔진에 대한 연구를 수행하고 있습니다. 이 작업은 T-129을위한 "Product 50"라고하는 유망한 엔진의 개발과 병행하여 수행됩니다. 또한 Fedorov는 협회가 다음 단계를 위해 유망한 항공기를 만드는 것에 관한 연구를하고 있다고 말했다.
이 경우, 머리는 문제의 맥동하는 엔진의 종류를 지정하지 않았습니다. 현재이 엔진에는 벨브리스, 밸브 및 디토네이션의 세 가지 유형이 있습니다. 그러나 일반적으로 맥 동성 엔진은 가장 간단하고 저렴하게 제조 할 수 있습니다.
오늘날 여러 대형 방위 회사가 고성능 맥동 제트 엔진에 대한 연구를 수행하고 있습니다. 이 회사에는 American Pratt & Whitney와 General Electric 및 프랑스 SNECMA가 포함됩니다.
따라서, 우리는 특정 결론을 도출 할 수 있습니다 : 새로운 장래 엔진의 생성은 특정 어려움을 겪습니다. 이 순간의 주된 문제는이 이론에 있습니다. 충격파 폭발이 원에서 움직이는 경우 정확히 발생하는 것은 일반적인 용어로만 알려지며 이는 개발 최적화 과정을 크게 복잡하게 만듭니다. 따라서이 신기술은 매우 큰 매력을 가지고 있음에도 불구하고 산업 생산 규모에서는 실현 될 수 없습니다.
그러나 연구자가 이론적 인 문제를 다루는다면 진정한 돌파구를 말할 수 있습니다. 결국, 터빈은 수송 분야뿐만 아니라 에너지 분야에서도 사용되어 효율성 향상이 더욱 강력한 효과를 낼 수 있습니다.
사용 된 재료 :
http://science.compulenta.ru/719064/
http://lenta.ru/articles/2012/11/08/detonation/
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