Funktionsweise des rotierenden Detonationstriebwerks

Ein Motor, der für ein Schiff entwickelt wurde, passt nicht in ein Auto ... aber Automobiltypen neigen dazu, von der neuesten Technologie in Bangs und Booms fasziniert zu sein. Schließlich ist ein Motor ein Motor, der zu immenser Leistung fähig ist (und wer weiß, wann solche Innovationen auf den zivilen Sektor durchsickern werden).

Sehen wir uns in diesem Sinne den rotierenden Detonationsmotor an – eine Art Gasturbine, die mit ihrem sorgfältig konstruierten, konsistenten Zyklus von Einspritzungen und Explosionen auf Effizienz ausgelegt ist. Es ist nicht gerade neu – das Patent wurde vor etwa 20 Jahren erteilt – aber seit Ende 2012 kratzt es gerade erst an der Oberfläche seines Potenzials, Strom für große Transportmittel zu erzeugen.

Forscher sagen, dass der rotierende Detonationsmotor auch angepasst werden könnte, um elektrische Energie für vollelektrische Schiffe und Flugzeuge zu erzeugen ... sobald wir weit genug fortgeschritten sind, um zuverlässige Boote und Flugzeuge zu haben, die hauptsächlich elektrisch angetrieben werden .

Das US-Militär hat sich entschieden, in die Forschung und Entwicklung des rotierenden Detonationsmotors zu investieren, zum Teil, weil die Technologie leicht skalierbar ist – die Größe des Motors kann erhöht werden, und die Stromerzeugung wird ebenfalls erhöht. (Ob Sie es glauben oder nicht, es funktioniert nicht immer so.) Wir wissen also nie – vielleicht kann der rotierende Detonationsmotor eines Tages verkleinert werden und seine reibungslose Stromerzeugung kann alle Arten von Schienenfahrzeugen antreiben.

Wir neigen dazu, den in einem Motor erzeugten Druck eher als kontrollierten denn als unorganisierten „Knall“ zu betrachten – wir wollen, dass er vorhersehbar und nicht chaotisch ist. Aber wenn ein Motor einen typischen Zyklus mit ausreichender Präzision steuern kann, um eine konstante Leistung zu erzeugen, kann er auch Detonationen steuern. Und der Druckstoß, den eine Detonation erzeugt, kann zu einem effizienteren Motor führen, wenn er richtig genutzt wird. Typischerweise mischt ein Motor Luft mit Kraftstoff, um ihn auf die Detonation vorzubereiten, bei der der Kraftstoff seine Energie freisetzt. Die Effizienz der Energiefreisetzung des Kraftstoffs hängt jedoch stark vom Motortyp ab.

Darin unterscheidet sich das rotierende Detonationstriebwerk von den gebräuchlicheren Arten von Gasturbinentriebwerken . Luft und Kraftstoff werden (wie üblich) gemischt, bevor sie in eine lange, kreisförmige Brennkammer eingespritzt werden, was „Physics Today“ als „sequenzielle, kreisförmige Weise“ beschrieben hat. Die erste Detonation löst einen Zyklus aus, in dem der Druck der Zündung um die Kammer herum anhält und jede Einspritzung nacheinander zündet. Der Druck von jeder Zündung hält den Zyklus in Bewegung. Der Druck zwingt dann das Abgas durch eine Abgasdüse aus der Brennkammer, was eigentlich der vom Motor erzeugte Schub ist, und bewegt sich weiter, um den Fahrzeugtyp anzutreiben, in dem der Motor installiert ist (in diesem Fall normalerweise ein Schiff). oder ein Flugzeug ).

Der rotierende Detonationsmotor ist eigentlich eine Variation eines anderen Motordesigns: der Impulsdetonationswellenmotor. Obwohl Impulsdetonationsmotoren gegenüber vielen anderen Motortypen Energieeinsparungen bieten, haben sie immer noch ihre eigenen Ineffizienzen. Ein Grund ist die Brennkammer, die nach jedem Puls gespült werden muss. Der rotierende Detonationsmotor ist eine Verbesserung gegenüber dem pulsierenden Design, da die Detonationswelle ständig um die Kammer kreist, wodurch die Notwendigkeit entfällt, Zeit und Energie durch Spülen zu verschwenden.

Da Detonationen extreme Drücke erzeugen, kann ein Detonationstriebwerk ohne den normalerweise erforderlichen zusätzlichen Kompressor konstruiert werden. Kompressoren sind in der Regel nicht nur komplex, sondern ihr Betrieb verbraucht im Allgemeinen auch viel Energie. Das Hinzufügen eines Kompressors zu einem Detonationsmotor macht ihn jedoch sogar noch effizienter. Diese Kompatibilität erleichtert die Nachrüstung von Fahrzeugen mit Gasturbinenmotor für die Verwendung mit Detonationsmotortechnologie [Quelle: Green Car Congress ].

Die United States Navy erhält alle Anerkennung für ihre jüngsten Investitionen in die Technologie (und belebt den Nachrichtenzyklus), aber der rotierende Detonationsmotor ist zu diesem Zeitpunkt tatsächlich seit einigen Jahrzehnten in Arbeit. Das Patent für den Motor wurde 1982 angemeldet und 1988 einem in Rockville, Md. ansässigen Erfinder namens Shmuel Eidelman erteilt. (Das Patent heißt eigentlich "Rotary Detonation Engine" und nicht "Rotating" - es ist unklar, wann sich der Spitzname geändert hat.)

Shmuel Eidelman war ein vielbeschäftigter Mann. Seit 1982 wurden ihm 14 Patente zuerkannt , die sich durch seine Arbeit mit wissenschaftlichen Unternehmen und Militärorganisationen auf Luftfahrt, Antrieb und Chemie konzentrieren [Quelle: PatentBuddy ]. Als das Patent eingereicht wurde, schien es, als hätte die Marine die Gasturbine so weit wie möglich getrieben, und es war an der Zeit, neu zu denken.

Die US-Marine interessierte sich zunächst für Impulsdetonationsmotoren (wie zuvor beschrieben) und investierte in die Forschung, um diese kraftstoffsparenden Systeme zu entwickeln. Die Forscher der Marine sagen, dass die Maximierung des Potenzials dieses Triebwerkstyps vom Verständnis seiner komplexen Physik abhängt [Quelle: US Naval Research Laboratory ]. Der rotierende Detonationsmotor ist immer noch ein Gasturbinenmotor, wie die Motoren, die derzeit die Schiffs- und Flugzeugflotte der Marine antreiben, aber das Optimieren und Verfeinern des Zyklus setzt viel zusätzliche Leistung frei. Navy-Forscher glauben, dass rotierende Detonationsmotoren das Potenzial haben, den Kraftstoffverbrauch in neuen Geräten um 25 Prozent zu senken, was einer jährlichen Einsparung von etwa 300 bis 400 Millionen US-Dollar entspräche [Quelle: Quick]. Ein weiterer Vorteil des Systems besteht darin, dass es so konfiguriert werden könnte, dass es einen Elektromotor antreibt , was es Militärflotten theoretisch ermöglichen würde, mit dem Übergang zu (potenziell) saubereren, billigeren und effizienteren elektrischen Antriebssträngen zu beginnen.

Rotierende Detonationsmotoren sind noch nicht einsatzbereit, daher sind Simulationen der beste Indikator für ihre Effizienz – und doch sind sie immer noch vielversprechend genug, dass die Marine die Entwicklung vorantreibt. Es gibt keine öffentlich bekannte ETA für die Fertigstellung oder Implementierung, aber der rotierende Detonationsmotor wird wahrscheinlich – jedenfalls eines Tages – auf einem Marinestützpunkt in Ihrer Nähe eintreffen.

Anmerkung des Autors: Funktionsweise des Rotating Detonation Engine

Es scheint niemand vorgeschlagen zu haben (jedenfalls noch nicht), dass der rotierende Detonationsmotor tatsächlich das Potenzial haben könnte, in Autos oder Lastwagen eingesetzt zu werden. Es wurde von einem Mann erfunden, der sich auf Militärtechnologie spezialisiert hat, und wird von der US Navy in die Entwicklung gedrängt. Die tatsächliche Größe des in der Entwicklung befindlichen Motormodells wurde nirgendwo erwähnt, daher ist dies alles Spekulation. Aber eines wissen wir: Es ist offensichtlich groß genug, um Schiffe und Flugzeuge anzutreiben, und das ist viel mehr Leistung, als ein Auto benötigt. Wo wäre da die Effizienz?

Aber jahrelanges Schreiben über Autos und Transporttechnologie hat mir gezeigt, dass viele Dinge, die wir täglich benutzen, ursprünglich für völlig unterschiedliche Zwecke entwickelt wurden – und Rennwagen und Militärfahrzeuge sind zwei gemeinsame Quellen. Auch wenn kraftstoffsparende Autos derzeit in eine andere Richtung gehen (Hybride, Elektrofahrzeuge und Biokraftstoffe), ist es nicht unverständlich zu sagen, dass eines Tages jemand einen Weg finden könnte, einen supereffizienten Gasturbinenmotor zu verkleinern und unter den Motor zu stopfen Motorhaube eines Autos.

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