הצי האמריקאי מתכנן לשדרג את תחנות הכוח של טורבינות הגז המותקנות כיום במטוסיו ובספינותיו בעתיד, ולהחליף מנועי מחזור ברייטון קונבנציונאליים במנועים סיבוביים מפוצצים. בשל כך, החיסכון בדלק צפוי להסתכם בכ -400 מיליון דולר בשנה. עם זאת, השימוש הסדרתי בטכנולוגיות חדשות אפשרי, לדברי מומחים, לא לפני כעשור.
פיתוח מנועים סיבוביים או מסתובבים באמריקה מתבצע על ידי מעבדת המחקר של הצי האמריקאי. על פי הערכות ראשונות, המנועים החדשים יהיו חזקים יותר וגם כרבע חסכוניים יותר ממנועים רגילים. יחד עם זאת, עקרונות הפעולה הבסיסיים של תחנת הכוח יישארו זהים - הגזים מהדלק השרוף ייכנסו לטורבינת הגז, ויסובבו את להביה. על פי המעבדה של הצי האמריקאי, גם בעתיד הרחוק יחסית, כאשר הצי האמריקאי כולו יונע בחשמל, טורבינות גז עדיין יהיו אחראיות לייצור חשמל, במידה מסוימת.
נזכיר כי המצאת מנוע הסילון הפועם מתחילה בסוף המאה התשע עשרה. הממציא היה המהנדס השבדי מרטין וויברג. תחנות כוח חדשות הפכו לנפוצות במהלך מלחמת העולם השנייה, אם כי היו נחותות משמעותית במאפיין הטכני שלהן למנועי מטוסים שהיו קיימים באותה תקופה.
יש לציין כי בנקודת זמן זו יש לצי האמריקאי 129 ספינות, המשתמשות ב -430 מנועי טורבינת גז. עלות מתן דלק בכל שנה היא כ -2 מיליארד דולר. בעתיד, כאשר מוחלפים מנועים מודרניים בחדשים, כמות עלויות הדלק תשתנה.
מנועי בעירה פנימית הנמצאים כיום בשימוש פועלים במחזור ברייטון. אם מגדירים את מהות המושג הזה בכמה מילים, אז הכל מסתכם בערבוב רצוף של החמצון והדלק, דחיסה נוספת של התערובת המתקבלת, ואז - הצתה ושריפה עם הרחבת מוצרי הבעירה. הרחבה זו משמשת רק להנע, להזיז בוכנות, לסובב טורבינה, כלומר לבצע פעולות מכניות, תוך מתן לחץ קבוע. תהליך הבעירה של תערובת הדלק נע במהירות תת -קולית - תהליך זה נקרא דו -פלגרציה.
באשר למנועים החדשים, המדענים מתכוונים להשתמש בהם בעירה נפץ, כלומר פיצוץ, בו מתרחשת בעירה במהירות על קולית. ולמרות שכיום תופעת הפיצוץ טרם נחקרה במלואה, ידוע כי עם בעירה מסוג זה מתעורר גל הלם, המתפשט באמצעות תערובת של דלק ואוויר, גורם לתגובה כימית, שתוצאתה היא שחרור כמות גדולה למדי של אנרגיה תרמית. כאשר גל ההלם עובר בתערובת הוא מתחמם, מה שמוביל להתפוצצות.
בפיתוח מנוע חדש, מתוכנן להשתמש בפיתוחים מסוימים שהתקבלו בתהליך פיתוח מנוע פועם מפוצץ.עקרון הפעולה שלו הוא שתערובת דלק דחוסה מראש מוזנת לתא הבעירה, שם היא נדלקת ומתפוצצת. מוצרי הבעירה מתרחבים בזרבובית, ומבצעים פעולות מכניות. ואז כל המחזור חוזר על עצמו מההתחלה. אבל החיסרון של מנועים פועמים הוא שקצב החזרה של המחזורים נמוך מדי. בנוסף, עיצוב המנועים הללו עצמם הופך מורכב יותר במקרה של עלייה במספר הפעימות. זאת בשל הצורך לסנכרן את פעולת השסתומים, האחראים לאספקת תערובת הדלק, כמו גם ישירות על ידי מחזורי הפיצוץ עצמם. מנועים פועמים גם הם רועשים מאוד, הם דורשים כמות דלק גדולה להפעלה, והעבודה אפשרית רק בהזרקת דלק מתמדת.
אם נשווה מנועים סיבוביים לפיצוץ עם מנועים פועמים, אז עקרון הפעולה שלהם שונה במקצת. כך, במיוחד, המנועים החדשים מספקים פיצוץ מתמשך של הדלק בתא הבעירה. תופעה זו נקראת ספין, או פיצוץ מסתובב. הוא תואר לראשונה בשנת 1956 על ידי המדען הסובייטי בוגדן ויטצ'ובסקי. והתופעה הזו התגלתה הרבה קודם לכן, עוד בשנת 1926. החלוצים היו הבריטים, שהבחינו כי במערכות מסוימות הופיע "ראש" זוהר בוהק, שזז בספירלה, במקום גל פיצוץ שטוח.
ויטצ'ובסקי, באמצעות מקליט צילום שהוא עצמו תכנן, צילם את חזית הגל, שנעה בתא בעירה טבעתי בתערובת דלק. פיצוץ ספין שונה מהפצצה של מטוס בכך שנוצר בו גל רוחבי בודד, ואחריו גז מחומם שלא הגיב, וכבר מאחורי שכבה זו יש אזור תגובה כימית. ודווקא גל כזה הוא שמונע את הבעירה של החדר עצמו, שאותו כינתה מרלן טופצ'יאן "סופגנייה שטוחה".
יש לציין כי מנועי פיצוץ כבר היו בשימוש בעבר. בפרט, אנו מדברים על מנוע סילון האוויר הפועם, ששימש את הגרמנים בסוף מלחמת העולם השנייה על טילי השיוט V-1. הייצור שלה היה פשוט למדי, השימוש בו היה קל מספיק, אך יחד עם זאת מנוע זה לא היה אמין במיוחד לפתרון בעיות חשובות.
בנוסף, בשנת 2008 עלה לאוויר ה- Rutang Long-EZ, מטוס ניסוי המצויד במנוע פיצוץ פועם. הטיסה ארכה עשר שניות בלבד בגובה של שלושים מטרים. במהלך תקופה זו, תחנת הכוח פיתחה דחף בסדר גודל של 890 ניוטון.
אב הטיפוס הניסיוני של המנוע, המוצג על ידי המעבדה האמריקאית של הצי האמריקאי, הוא תא בעירה בצורת חרוט עם קוטר של 14 סנטימטרים בצד אספקת הדלק ו -16 סנטימטרים בצד הזרבובית. המרחק בין קירות החדר הוא סנטימטר אחד, ואילו "הצינור" באורך של 17.7 סנטימטרים.
תערובת של אוויר ומימן משמשת כתערובת דלק, המסופקת בלחץ של 10 אטמוספרות לתא הבעירה. טמפרטורת התערובת היא 27.9 מעלות. שימו לב כי תערובת זו מוכרת כנוחה ביותר לחקר תופעת פיצוץ הספין. אך, לדברי המדענים, במנועים החדשים ניתן יהיה להשתמש בתערובת דלק המורכבת לא רק ממימן אלא גם מרכיבים דליקים ואוויר אחרים.
מחקרים ניסיוניים של מנוע סיבובי הראו את יעילותו ועוצמתו הרבה יותר בהשוואה למנועי בעירה פנימית. יתרון נוסף הוא צריכת דלק משמעותית. יחד עם זאת, במהלך הניסוי נחשף כי הבעירה של תערובת הדלק במנוע ה"בדיקה "הסיבובית אינה אחידה, ולכן יש צורך לייעל את עיצוב המנוע.
ניתן לאסוף מוצרי בעירה המתרחבים בזרבובית במטוס גז אחד באמצעות קונוס (זהו מה שנקרא אפקט קואנדה), ולאחר מכן ניתן לשלוח מטוס זה לטורבינה. הטורבינה תסתובב בהשפעת גזים אלה. לפיכך, חלק מעבודת הטורבינה יכולה לשמש להנעת ספינות, ובחלקה לייצור אנרגיה, הנחוצה לציוד ספינות ומערכות שונות.
ניתן לייצר את המנועים עצמם ללא חלקים נעים, מה שיפשט מאוד את העיצוב שלהם, מה שבתורו יקטין את עלות תחנת הכוח כולה. אבל זה רק בפרספקטיבה. לפני השקת מנועים חדשים לייצור סדרתי, יש לפתור בעיות רבות וקשות, אחת מהן היא בחירת חומרים עמידים בפני חום.
שימו לב שכרגע מנועי פיצוץ סיבוביים נחשבים לאחד המנועים המבטיחים ביותר. הם מפותחים גם על ידי מדענים מאוניברסיטת טקסס בארלינגטון. תחנת הכוח שיצרו נקראה "מנוע הפיצוץ המתמשך". באותה אוניברסיטה מתבצע מחקר על בחירת קטרים שונים של תאים טבעתיים ותערובות דלק שונות, הכוללות מימן ואוויר או חמצן בפרופורציות שונות.
פיתוח בכיוון זה מתנהל גם ברוסיה. אז, בשנת 2011, על פי המנהל של איגוד המחקר והייצור של שבתאי I. פדורוב, מדענים מהמרכז המדעי והטכני של לולקה מפתחים מנוע סילון אוויר פועם. העבודה מתבצעת במקביל לפיתוח מנוע מבטיח בשם "מוצר 129" עבור ה- T-50. בנוסף, פדורוב גם אמר כי ההתאחדות עורכת מחקר על יצירת מטוסים מבטיחים מהשלב הבא, שאמורים להיות בלתי מאוישים.
יחד עם זאת, הראש לא ציין איזה סוג של מנוע פועם מדובר. כרגע, שלושה סוגים של מנועים כאלה ידועים - חסרי ערך, שסתום ופיצוץ. מקובל, בינתיים, כי מנועים פועמים הם הפשוטים והזולים ביותר לייצור.
כיום, כמה חברות הגנה גדולות עורכות מחקר על מנועי סילון פועם בעלי ביצועים גבוהים. בין החברות הללו ניתן למצוא את פראט אנד וויטני האמריקאית וג'נרל אלקטריק ו- SNECMA הצרפתית.
כך ניתן להסיק מסקנות מסוימות: יצירת מנוע מבטיח חדש יש קשיים מסוימים. הבעיה העיקרית כרגע היא בתיאוריה: מה בדיוק קורה כאשר גל הלם הפיצוץ נע במעגל ידוע רק במונחים כלליים, וזה מסבך מאוד את תהליך ייעול העיצובים. לכן הטכנולוגיה החדשה, למרות שהיא מאוד אטרקטיבית, כמעט ואינה אפשרית בהיקף הייצור התעשייתי.
עם זאת, אם החוקרים יצליחו למיין את הנושאים התיאורטיים, ניתן יהיה לדבר על פריצת דרך של ממש. אחרי הכל, טורבינות משמשות לא רק בתחבורה, אלא גם בתחום האנרגיה, שבה עלייה ביעילות יכולה להשפיע עוד יותר.
