Un motore progettato per una nave non si adatta a un'auto ... ma i tipi di automobili tendono ad essere incuriositi dalla tecnologia più recente in fatto di colpi e boma. Dopotutto, un motore è un motore, capace di una potenza immensa (e chissà quando tali innovazioni arriveranno al settore civile).
Quindi, con questo in mente, diamo un'occhiata al motore di detonazione rotante, un tipo di turbina a gas progettata per l'efficienza, con il suo ciclo di iniezioni ed esplosioni accuratamente costruito. Non è esattamente una novità - il brevetto è stato assegnato circa 20 anni fa - ma alla fine del 2012 sta solo scalzando la superficie del suo potenziale per generare energia per i grandi mezzi di trasporto.
I ricercatori affermano che il motore di detonazione rotante potrebbe anche essere adattato per generare energia elettrica per navi e aerei completamente elettrici... una volta che saremo abbastanza avanzati da avere barche e aerei affidabili azionati principalmente dall'elettricità.
L'esercito degli Stati Uniti ha scelto di investire nella ricerca e nello sviluppo del motore a detonazione rotante, in parte perché la tecnologia è facilmente scalabile:le dimensioni del motore possono essere aumentate e anche la produzione di energia sarà aumentata. (Che ci crediate o no, non funziona sempre in questo modo.) Quindi non lo sappiamo mai:forse il motore di detonazione rotante può essere ridimensionato un giorno e la sua produzione di energia regolare può spingere tutti i tipi di materiale rotabile.
Tendiamo a pensare alle pressioni create all'interno di un motore come a una "detonazione" più controllata piuttosto che disorganizzata:vogliamo che sia prevedibile, non caotica. Ma se un motore è in grado di controllare un ciclo tipico con una precisione sufficiente per produrre potenza costante, può anche controllare le detonazioni. E l'esplosione di pressione prodotta da una detonazione può risultare in un motore più efficiente, se è imbrigliato correttamente. Tipicamente, un motore mescola l'aria con il carburante per prepararlo alla detonazione, che è quando il carburante rilascia la sua energia. L'efficienza del rilascio di energia del carburante, tuttavia, dipende fortemente dal tipo di motore.
È qui che il motore a detonazione rotante differisce dai tipi più comuni di motori a turbina a gas. L'aria e il carburante vengono miscelati (come al solito) prima di essere iniettati in una lunga camera di combustione circolare, in quello che "Physics Today" ha descritto come "un modo circolare e sequenziale". La prima detonazione avvia un ciclo in cui la pressione di accensione continua intorno alla camera, accendendo ogni iniezione in sequenza. La pressione di ogni accensione mantiene il ciclo in movimento. La pressione spinge quindi i gas di scarico fuori dalla camera di combustione attraverso un ugello di scarico, che è in realtà la spinta generata dal motore, e passa ad alimentare qualsiasi tipo di veicolo in cui è installato il motore (in questo caso, tipicamente, una nave o un aereo).
Il motore di detonazione rotante è in realtà una variazione di un altro modello di motore:il motore a onde di detonazione a impulsi. Sebbene i motori a detonazione a impulsi forniscano risparmi energetici rispetto a molti altri tipi di motori, hanno comunque le loro inefficienze. Uno dei motivi è la camera di combustione che deve essere spurgata dopo ogni impulso. Il motore di detonazione rotante è un miglioramento rispetto al design pulsante, perché l'onda di detonazione circola costantemente intorno alla camera, eliminando la necessità di sprecare tempo ed energia per lo spurgo.
Poiché le detonazioni creano pressioni estreme, è possibile progettare un motore di detonazione senza il compressore aggiuntivo solitamente richiesto. Non solo i compressori sono tipicamente complessi, ma il loro funzionamento generalmente assorbe anche molta energia. Tuttavia, l'aggiunta di un compressore a un motore di detonazione lo rende ancora più efficiente. Questa compatibilità semplifica il retrofit di veicoli con motore a turbina a gas da utilizzare con la tecnologia del motore a detonazione [fonte:Green Car Congress].
La Marina degli Stati Uniti si sta guadagnando tutto il merito per il suo recente investimento nella tecnologia (e per aver ravvivato il ciclo delle notizie), ma il motore di detonazione rotante è in realtà in lavorazione da alcuni decenni, a questo punto. Il brevetto per il motore è stato depositato nel 1982 e concesso nel 1988 a un inventore di Rockville, Maryland, di nome Shmuel Eidelman. (Il brevetto è in realtà chiamato "motore di detonazione rotante", piuttosto che "rotazione" - non è chiaro quando il soprannome sia cambiato.)
Shmuel Eidelman è stato un uomo impegnato. Ha ottenuto 14 brevetti dal 1982, concentrandosi su aeronautica, propulsione e chimica attraverso il suo lavoro con società scientifiche e organizzazioni militari [fonte:PatentBuddy]. Quindi, quando è stato depositato il brevetto, sembrava che la Marina avesse spinto la turbina a gas il più lontano possibile ed era ora di ricominciare a pensare.
La Marina degli Stati Uniti inizialmente era interessata ai motori a detonazione a impulsi (come descritto in precedenza) e ha investito nella ricerca per sviluppare questi sistemi di risparmio di carburante. I ricercatori della Marina affermano che la massimizzazione del potenziale di questo tipo di motore si basa sulla comprensione della sua complessa fisica [fonte:US Naval Research Laboratory]. Il motore di detonazione rotante è ancora un motore a turbina a gas, come i motori che attualmente alimentano la flotta di navi e aerei della Marina, ma modificando e perfezionando il ciclo si sblocca molta potenza aggiuntiva. I ricercatori della Marina ritengono che i motori di detonazione rotanti abbiano il potenziale per ridurre del 25% il consumo di carburante nelle nuove apparecchiature, il che significherebbe un risparmio annuo da circa $ 300 a $ 400 milioni [fonte:Quick]. Un altro vantaggio del sistema è che potrebbe essere configurato per alimentare un motore elettrico, il che, in teoria, consentirebbe alle flotte militari di iniziare la transizione verso trasmissioni elettriche (potenzialmente) più pulite, più economiche e più efficienti.
I motori di detonazione rotanti non sono ancora pronti per l'uso, quindi le simulazioni sono il miglior predittore della loro efficienza, ma sono ancora abbastanza promettenti che la Marina sta portando avanti lo sviluppo. Non esiste un ETA pubblicamente noto per il completamento o l'implementazione, ma è probabile che il motore di detonazione rotante arrivi, almeno un giorno, a una base navale vicino a te.
Non sembra che nessuno abbia suggerito (non ancora, comunque) che il motore di detonazione rotante potrebbe effettivamente avere il potenziale per essere utilizzato in auto o camion. È stato inventato da un ragazzo specializzato in tecnologia militare ed è stato spinto nello sviluppo dalla Marina degli Stati Uniti. Le dimensioni effettive del modello di motore in fase di sviluppo non sono state menzionate da nessuna parte, quindi queste sono tutte speculazioni. Ma sappiamo questo:è ovviamente abbastanza grande da alimentare navi e aerei, ed è molto più potenza di quella di cui un'auto ha bisogno. Dove sarebbe l'efficienza in questo?
Ma anni passati a scrivere di automobili e tecnologia dei trasporti mi hanno mostrato che molte delle cose che usiamo ogni giorno sono state originariamente sviluppate per scopi completamente diversi - e le auto da corsa e i veicoli militari sono due fonti comuni. Anche se le auto a basso consumo di carburante stanno attualmente andando in una direzione diversa (ibridi, elettrici e biocarburanti), non è incomprensibile dire che un giorno qualcuno potrebbe trovare un modo per ridimensionare un motore a turbina a gas super efficiente e infilarlo sotto il cofano di un'auto.
