Fonctionnement du moteur de détonation rotatif

  • Joseph Norman
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Vous pouvez considérer un moteur à détonation rotatif comme un type de moteur à détonation par impulsions - avec une torsion. Il s'agit d'une turbine à gaz General Electric Frame 7FA. Gracieuseté de General Electric Company

Un moteur conçu pour un navire ne rentre pas dans une voiture… mais les types automobiles ont tendance à être intrigués par les dernières technologies en matière de bangs et de booms. Après tout, un moteur est un moteur, capable d'une puissance immense (et qui sait quand de telles innovations se répercuteront sur le secteur civil).

Alors, avec cela à l'esprit, examinons le moteur à détonation rotatif - un type de turbine à gaz conçu pour l'efficacité, avec son cycle d'injections et d'explosions cohérent et soigneusement construit. Ce n'est pas tout à fait nouveau - le brevet a été délivré il y a environ 20 ans - mais à la fin de 2012, il ne fait que rayer la surface de son potentiel de production d'énergie pour les grands modes de transport..

Les chercheurs affirment que le moteur à détonation rotatif pourrait également être adapté pour générer de l'énergie électrique pour les navires et avions tout électriques ... une fois que nous serons suffisamment avancés pour avoir des bateaux et des avions fiables propulsés principalement par l'électricité, c'est-à-dire.

L'armée américaine a choisi d'investir dans la recherche et le développement du moteur à détonation rotatif, en partie parce que la technologie est facilement évolutive - la taille du moteur peut être augmentée et la production d'énergie sera également augmentée. (Croyez-le ou non, cela ne fonctionne pas toujours de cette façon.) Donc, nous ne savons jamais - peut-être que le moteur de détonation rotatif peut être réduit un jour et sa production d'énergie douce peut propulser tous les types de matériel roulant.

Nous avons tendance à penser que les pressions créées à l'intérieur d'un moteur sont plus contrôlées que «détonation» désorganisée - nous voulons qu'elle soit prévisible et non chaotique. Mais si un moteur peut contrôler un cycle typique avec suffisamment de précision pour produire une puissance constante, il peut également contrôler les détonations. Et l'éclatement de pression produit par une détonation peut donner un moteur plus efficace, s'il est correctement exploité. En règle générale, un moteur mélange l'air avec du carburant pour le préparer à la détonation, c'est-à-dire lorsque le carburant libère son énergie. L'efficacité de la libération d'énergie du carburant dépend cependant fortement du type de moteur..

C'est là que le moteur à détonation rotatif diffère des types plus courants de moteurs à turbine à gaz. L'air et le carburant sont mélangés (comme d'habitude) avant d'être injectés dans une longue chambre de combustion circulaire, de ce que «Physics Today» a décrit comme «d'une manière séquentielle et circulaire». La première détonation déclenche un cycle dans lequel la pression d'allumage continue autour de la chambre, allumant chaque injection en séquence. La pression de chaque allumage maintient le cycle en mouvement. La pression force ensuite les gaz d'échappement hors de la chambre de combustion à travers une buse d'échappement, qui est en fait la poussée générée par le moteur, et se déplace pour alimenter le type de véhicule dans lequel le moteur est installé (dans ce cas, généralement, un navire ou un avion).

Le moteur à détonation rotatif est en fait une variante d'une autre conception de moteur: le moteur à ondes de détonation à impulsions. Bien que les moteurs à détonation par impulsions permettent des économies d'énergie par rapport à de nombreux autres types de moteurs, ils ont toujours leurs propres inefficacités. Une des raisons est la chambre de combustion qui doit être purgée après chaque impulsion. Le moteur à détonation rotatif est une amélioration par rapport à la conception pulsée, car l'onde de détonation tourne constamment autour de la chambre, éliminant le besoin de perdre du temps et de l'énergie en purgeant.

Parce que les détonations créent des pressions extrêmes, un moteur à détonation peut être conçu sans le compresseur supplémentaire qui est habituellement requis. Non seulement les compresseurs sont généralement complexes, mais leur fonctionnement consomme également beaucoup d'énergie. Cependant, l'ajout d'un compresseur à un moteur à détonation le rend encore plus efficace. Cette compatibilité facilite la modernisation des véhicules à moteur à turbine à gaz à utiliser avec la technologie des moteurs à détonation [source: Green Car Congress].

La modernisation des navires de la Marine existants, comme le destroyer lance-missiles USS Arleigh Burke (DDG 51) montré ici, avec la technologie du moteur à détonation rotative pourrait entraîner des millions de dollars d'économies chaque année. Avec l'aimable autorisation de l'U.S. Navy, photo du journaliste de 2e classe Patrick Reilly

La marine américaine obtient tout le crédit pour son investissement récent dans la technologie (et pour stimuler le cycle des nouvelles), mais le moteur à détonation rotatif est en fait en chantier depuis quelques décennies, à ce stade. Le brevet du moteur a été déposé en 1982 et accordé en 1988 à un inventeur basé à Rockville, dans le Maryland, nommé Shmuel Eidelman. (Le brevet est en fait appelé «moteur à détonation rotatif», plutôt que «rotation» - on ne sait pas quand le surnom a changé.)

Shmuel Eidelman a été un homme occupé. Il a obtenu 14 brevets depuis 1982, se concentrant sur l'aéronautique, la propulsion et la chimie grâce à son travail avec des sociétés scientifiques et des organisations militaires [source: PatentBuddy]. Ainsi, lorsque le brevet a été déposé, il semblait que la marine avait poussé la turbine à gaz aussi loin qu'elle pouvait aller, et il était temps de recommencer à penser..

La marine américaine était initialement intéressée par les moteurs à détonation par impulsions (comme décrit précédemment) et a investi dans la recherche pour développer ces systèmes d'économie de carburant. Les chercheurs de la marine affirment que pour maximiser le potentiel de ce type de moteur, il faut comprendre sa physique complexe [source: US Naval Research Laboratory]. Le moteur à détonation rotatif est toujours un moteur à turbine à gaz, comme les moteurs qui alimentent actuellement la flotte de navires et d'aéronefs de la Marine, mais peaufiner et affiner le cycle libère beaucoup de puissance supplémentaire. Les chercheurs de la marine estiment que les moteurs à détonation rotatifs ont le potentiel de réduire la consommation de carburant des nouveaux équipements de 25%, ce qui représenterait une économie annuelle d'environ 300 à 400 millions de dollars [source: Quick]. Un autre avantage du système est qu'il pourrait être configuré pour alimenter un moteur électrique, ce qui, en théorie, permettrait aux flottes militaires de commencer à passer à des transmissions électriques (potentiellement) plus propres, moins chères et plus efficaces..

Les moteurs de détonation rotatifs ne sont pas encore prêts à fonctionner, les simulations sont donc le meilleur indicateur de leur efficacité - mais elles sont encore suffisamment prometteuses pour que la Marine fasse avancer le développement. Il n'y a pas d'ETA publiquement connue pour l'achèvement ou la mise en œuvre, mais le moteur de détonation rotatif est susceptible d'arriver - un jour, de toute façon - sur une base navale près de chez vous.

Note de l'auteur: Fonctionnement du moteur de détonation rotatif

Il ne semble pas que quiconque ait suggéré (pas encore, en tout cas) que le moteur à détonation rotatif puisse effectivement être utilisé dans des voitures ou des camions. Il a été inventé par un gars spécialisé dans la technologie militaire et est poussé au développement par la marine américaine. La taille réelle du modèle de moteur en développement n'a été mentionnée nulle part, donc ce n'est que spéculation. Mais nous le savons: il est évidemment assez gros pour propulser des navires et des avions, et c'est bien plus de puissance que ce dont une voiture a besoin. Où serait l'efficacité dans ce?

Mais des années d'écriture sur les voitures et la technologie des transports m'ont montré que beaucoup de choses que nous utilisons tous les jours ont été initialement développées à des fins complètement différentes - et les voitures de course et les véhicules militaires sont deux sources courantes. Même si les voitures écoénergétiques vont actuellement dans une direction différente (hybrides, électriques et biocarburants), il n'est pas incompréhensible de dire qu'un jour, quelqu'un pourrait trouver un moyen de réduire un moteur à turbine à gaz super efficace et de le fourrer sous le capot d'une voiture.

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Sources

  • Brevets Google. "Brevet US4741154 - Moteur à détonation rotatif." (17 février 2013) http://www.google.com/patents/US4741154
  • Congrès des voitures vertes. «Les chercheurs de la marine prévoient que les moteurs à détonation rotative à ondes de détonation pourraient générer un gain de puissance de 10%, une réduction de 25% de la consommation de carburant sur les turbines à gaz. 2 novembre 2012. (13 février 2013) http://www.greencarcongress.com/2012/11/rdwe-20121102.html
  • PatentBuddy. «Eidelman, Shmuel. 2013. (17 février 2013) http://www.patentbuddy.com/Inventor/Eidelman-Shmuel/11310789
  • La physique aujourd'hui. "L'US Navy développe un moteur de détonation rotatif." 6 novembre 2012. (13 février 2013) http://blogs.physicstoday.org/newspicks/2012/11/us-navy-developing-rotating-detonation-engine/
  • Vite, Darren. "La marine américaine enquête sur l'utilisation de moteurs de détonation rotatifs économes en carburant." Gizmag.com. 4 novembre 2012. (13 février 2013) http://www.gizmag.com/us-navy-nrl-rotating-detonation-engine/24862/
  • Laboratoire de recherche navale des États-Unis. "Les chercheurs de la Marine se tournent vers des moteurs de détonation rotatifs pour propulser l'avenir." 2 novembre 2012. (13 février 2013) http://www.nrl.navy.mil/media/news-releases/2012/Navy-Researchers-Look-to-Rotating-Detonation-Engines-to-Power -l'avenir



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