En motor designad för ett fartyg kommer inte att passa i en bil ... men fordonstyper tenderar att fascineras av den senaste tekniken inom smällar och bommar. När allt kommer omkring är en motor en motor, kapabel till enorm kraft (och vem vet när sådana innovationer kommer att sippra ner till den civila sektorn).
Så med det i åtanke, låt oss titta på den roterande detonationsmotorn - en typ av gasturbin som är designad för effektivitet, med sin noggrant konstruerade, konsekventa cykel av injektioner och explosioner. Det är inte precis nytt – patentet tilldelades för ungefär 20 år sedan – men i slutet av 2012 skrapar det just nu på ytan av sin potential att generera kraft för stora transportsätt.
Forskare säger att den roterande detonationsmotorn också kan anpassas för att generera elektrisk kraft för helelektriska fartyg och flygplan ... när vi väl är tillräckligt avancerade för att ha pålitliga båtar och flygplan som framför allt drivs av elektricitet, det vill säga.
Förenta staternas militär valde att investera i den roterande detonationsmotorns forskning och utveckling, delvis för att tekniken är lätt skalbar -- storleken på motorn kan ökas, och kraftproduktionen kommer också att ökas. (Tro det eller ej, det fungerar inte alltid så.) Så vi vet aldrig -- kanske kan den roterande detonationsmotorn skalas ner en dag och dess mjuka kraftgenerering kan driva alla typer av rullande materiel.
Vi tenderar att tänka på trycket som skapas inuti en motor som mer kontrollerat snarare än oorganiserat "detonation" - vi vill att det ska vara förutsägbart, inte kaotiskt. Men om en motor kan styra en typisk cykel med tillräcklig precision för att producera jämn kraft, kan den också kontrollera detonationer. Och trycket som en detonation ger kan resultera i en mer effektiv motor, om den utnyttjas på rätt sätt. Vanligtvis blandar en motor luft med bränsle för att förbereda den för detonation, vilket är när bränslet frigör sin energi. Effektiviteten av bränslets energiutsläpp är dock starkt beroende av typen av motor.
Det är här som den roterande detonationsmotorn skiljer sig från vanligare typer av gasturbinmotorer. Luften och bränslet blandas (som vanligt) innan de sprutas in i en lång, cirkulär förbränningskammare, på vad "Physics Today" har beskrivit som "ett sekventiellt, cirkulärt sätt". Den första detonationen sätter igång en cykel där trycket från tändningen fortsätter runt kammaren och tänder varje injektion i sekvens. Trycket från varje tändning håller cykeln i rörelse. Trycket tvingar sedan ut avgaserna ur förbränningskammaren genom ett avgasmunstycke, som faktiskt är dragkraften som genereras av motorn, och fortsätter att driva vilken typ av fordon motorn är installerad i (i det här fallet vanligtvis ett fartyg eller ett flygplan).
Den roterande detonationsmotorn är faktiskt en variant av en annan motordesign:pulsdetonationsvågmotorn. Även om pulsdetonationsmotorer ger energibesparingar jämfört med många andra typer av motorer, har de fortfarande sin egen ineffektivitet. En anledning är förbränningskammaren som måste tömmas efter varje puls. Den roterande detonationsmotorn är en förbättring jämfört med den pulserande designen, eftersom detonationsvågen ständigt cirkulerar runt kammaren, vilket eliminerar behovet av att slösa tid och energi genom att rensa.
Eftersom detonationer skapar extrema tryck kan en detonationsmotor konstrueras utan den extra kompressor som vanligtvis krävs. Inte bara är kompressorer typiskt komplexa, utan deras drift suger i allmänhet också mycket energi. Men att lägga till en kompressor till en detonationsmotor gör den faktiskt ännu mer effektiv. Denna kompatibilitet gör det lättare att eftermontera gasturbinmotorfordon som ska användas med detonationsmotorteknik [källa:Green Car Congress].
Förenta staternas flotta får all ära för sin senaste investering i tekniken (och piggar upp nyhetscykeln), men den roterande detonationsmotorn har faktiskt varit i arbete i några decennier, vid denna tidpunkt. Patentet för motorn lämnades in 1982 och beviljades 1988 till en Rockville, Md.-baserad uppfinnare vid namn Shmuel Eidelman. (Patentet kallas faktiskt "roterande detonationsmotor" snarare än "roterande" -- det är oklart när namnet ändrades.)
Shmuel Eidelman har varit en upptagen man. Han har tilldelats 14 patent sedan 1982, med fokus på flygteknik, framdrivning och kemikalier genom sitt arbete med vetenskapliga företag och militära organisationer [källa:PatentBuddy]. Så när patentet lämnades in verkade det som om marinen hade drivit gasturbinen så långt den kunde gå, och det var dags att börja tänka nytt.
Den amerikanska flottan var ursprungligen intresserad av pulsdetonationsmotorer (som beskrivits tidigare) och investerade i forskning för att utveckla dessa bränslebesparande system. Marinens forskare säger att maximering av potentialen för denna typ av motor är beroende av att förstå dess komplexa fysik [källa:U.S. Naval Research Laboratory]. Den roterande detonationsmotorn är fortfarande en gasturbinmotor, som de motorer som för närvarande driver flottans flotta av fartyg och flygplan, men att justera och förfina cykeln låser upp mycket extra kraft. Marinens forskare tror att roterande detonationsmotorer har potential att minska bränsleförbrukningen i ny utrustning med 25 procent, vilket skulle vara en årlig besparing på cirka 300 till 400 miljoner dollar [källa:Quick]. En annan fördel med systemet är att det skulle kunna konfigureras för att driva en elmotor, vilket i teorin skulle göra det möjligt för militärflottor att börja gå över till (potentiellt) renare, billigare och effektivare elektriska drivlinor.
Roterande detonationsmotorer är inte redo att gå ännu, så simuleringar är den bästa prediktorn för deras effektivitet - men de lovar fortfarande att marinen driver framåt med utvecklingen. Det finns ingen allmänt känd ETA för slutförande eller implementering, men den roterande detonationsmotorn kommer sannolikt att anlända – en dag i alla fall – till en flottbas nära dig.
Det verkar inte som någon har föreslagit (inte än i alla fall) att den roterande detonationsmotorn faktiskt kan ha potential att användas i bilar eller lastbilar. Det uppfanns av en kille som specialiserat sig på militär teknik och drivs in i utvecklingen av den amerikanska flottan. Den faktiska storleken på motormodellen som är under utveckling har inte nämnts någonstans, så detta är bara spekulationer. Men vi vet det här:Det är uppenbarligen tillräckligt stort för att driva fartyg och flygplan, och det är mycket mer kraft än en bil behöver. Var skulle effektiviteten vara i det?
Men år av skrivande om bilar och transportteknik har visat mig att mycket av det vi använder varje dag ursprungligen utvecklades för helt andra ändamål - och racerbilar och militärfordon är två vanliga källor. Även om bränslesnåla bilar för närvarande går i en annan riktning (hybrider, el och biobränslen), är det inte obegripligt att säga att någon dag skulle kunna hitta ett sätt att skala ner en supereffektiv gasturbinmotor och stoppa den under huven på en bil.
