Una serie de explosiones autopropagadas, contenidas entre las palas de un rotor de alta velocidad, promete un salto en potencia y eficiencia durante el vuelo hipersónico, siempre que este nuevo motor radical pueda construirse lo suficientemente fuerte como para soportar su propia potencia.
Desde los albores del vuelo, la gente ha estado persiguiendo el más rápido de los sistemas de propulsión rápida, y vale la pena echar un vistazo atrás a parte de esa historia para poner este último invento en contexto. ¡Salta adelante si quieres sumergirte directamente en el nuevo motor de detonación de rotor ram!
Primero fueron las fallidas alas de da Vinci. ornitópterosinspirado directamente en los pájaros. Poco después vinieron las hélices, que hicieron que los hermanos Wright despegaran utilizando el empuje constante de palas giratorias que podían conectarse a un motor. Las hélices siguieron siendo lo último en tecnología hasta la Segunda Guerra Mundial.
En 1939, el primer avión propulsado por un jet, el Heinkel He 178, surcó los cielos, cambiando las cosas utilizando sus propios gases de escape expulsados para generar empuje. En 1941, el primer turborreactor voló en el Gloster E.28/39, añadiendo un compresor impulsado por turbina para forzar más aire a la cámara de combustión para obtener potencia y eficiencia adicionales.
En 1949 vimos el primer avión, el Leduc 0.10, que volaba enteramente propulsado por un estatorreactor, que también dirigía aire comprimido al motor, pero esta vez comprimido enteramente por el propio movimiento de avance de alta velocidad del avión, y una forma de entrada diseñada para ralentiza ese aire hacia abajo. el infame Lockheed El dron D-21 de mediados de la década de 1960 era esencialmente un estatorreactor con alas y, por lo tanto, incapaz de despegar por sus propios medios. Tuvo que ser lanzado desde la parte trasera de un Lockheed M-21 (que no debe confundirse con el SR-71) una vez que viajaba a velocidades supersónicas, lo que permitía que el estatorreactor funcionara correctamente.
Fuerza Aérea de los EE.UU.
La década de 1950 fue una época muy innovadora para el sector aeroespacial, y mucho de lo que todavía utilizamos hoy en día en vuelos rápidos nació en esta era. Vimos el primer motor turbofan de producción de Rolls-Royce, llamado Conway, en 1954. Los turbofan desvían parte del flujo de aire alrededor del núcleo de un motor turborreactor, acelerándolo con un ventilador grande, y luego mezclan este aire de derivación con el escape del jet.
Puede ajustar la proporción de estos dos flujos; una relación de derivación alta es excelente cuando deseas un motor silencioso y eficiente, una relación baja funciona cuando priorizas la velocidad y la agilidad. Casi todos los aviones comerciales de pasajeros hoy en día utilizan motores turbofan de alto bypass.
En 1958, se conceptualizó el scramjet, o estatorreactor de combustión supersónica, que encendería el combustible en una cámara de combustión mientras el aire fluía continuamente a velocidades supersónicas, eliminando la lenta necesidad del estatorreactor de ralentizar el flujo de aire por debajo de la velocidad del sonido. Pero este diseño no se puso a prueba con éxito hasta 2001 en el X-43A de la NASA, después de lo cual alcanzó una impresionante velocidad hipersónica de Mach 6,8 (5217 mph o 8396 km/h), y tres años más tarde, Mach 9,6 (7.366 mph o 11.854 km/h).
Motores de detonación giratorios.
En 2020, vimos el Se enciende el primero de una nueva generación «imposible» de motores de detonación rotativos (RDE) en un banco de pruebas. Estas máquinas dejan atrás el lento y controlable mundo de la combustión y, en su lugar, literalmente intentan aprovechar la intensa y caótica energía liberada en explosiones reales.
Prueba de motor de cohete de detonación giratoria en el Centro Marshall de vuelos espaciales
Esta no es la agradable y predecible oxidación de una mezcla de aire y combustible mediante llamas, sino que literalmente golpea moléculas de combustible explosivo con suficiente fuerza con una onda de choque como para romper sus enlaces químicos, provocando que detonen y liberen otra onda de choque. La genialidad del RDE está en enviar la energía de esa onda de choque alrededor de un canal en forma de anillo y cronometrar la liberación de más combustible explosivo para crear un patrón de explosiones autosostenible.
El beneficio: un aumento teórico de la eficiencia de hasta un 25 % con respecto a los motores de combustión normales. Un inconveniente: funcionan de manera mucho menos eficiente a presiones atmosféricas, por lo que son mucho más felices a velocidades supersónicas o hipersónicas donde el aire de entrada se puede comprimir fácilmente para mantener las condiciones ideales para la detonación.
2024: Introducción al concepto de motor de detonación con rotor ram (RRDE)
El Dr. Haocheng Wen y el Prof. Bing Wang de la Universidad Tsinghua en Beijing, China, han conceptualizado un nuevo tipo de motor revolucionario que, según dicen, podría mejorar la eficiencia de los motores de detonación giratorios en una amplia gama de velocidades aerodinámicas.
Básicamente, se trata de un motor de detonación giratorio en el que la onda de detonación se estabiliza dentro de un rotor de alta velocidad. Un canal de flujo de forma precisa dentro del rotor comprime la mezcla de aire y combustible a las condiciones ideales para la detonación, cualquiera que sea la velocidad de entrada, y la onda de detonación se mantiene en su lugar equilibrando las velocidades relativas del flujo de aire de entrada y los gases en expansión y la onda de choque que sale del rotor. escape.
Revista China de Aeronáutica
Entonces, el rotor ram controla la compresión del reactivo, el punto de detonación y la expansión del gas quemado dentro de ese único rotor. Y utiliza una onda de detonación giratoria supersónica continua como principal medio de propulsión, que es intrínsecamente más eficiente que los métodos de deflagración tradicionales. El RRDE logra una mayor eficiencia termodinámica al aprovechar las presiones y temperaturas extremas de la detonación de una manera que ningún motor estatorreactor tradicional puede hacerlo.
Hasta ahora, el RRDE existe sólo como diseño y ha demostrado su eficacia únicamente en pruebas de laboratorio teóricas y simuladas. Las pruebas teóricas dicen que esta bestia de motor debería ser capaz de hipersónico vuelo a Mach 5+ (3.836 mph / 6.174 km/h), con una eficiencia considerablemente mayor que otros motores de detonación, y el rotor de compresión de aire también debería poder generar las condiciones adecuadas para la detonación a velocidades sustancialmente más lentas que los RDE normales. .
Esto no significa que un avión propulsado por un motor de detonación con rotor ram será necesariamente capaz de despegar por sus propios medios, pero sí presagia un paso significativo en la tecnología de motores de detonación.
Por supuesto, persisten desafíos. Conducir ese rotor de ariete requiere energía, y eso afectará la eficiencia. Sostener una onda de detonación es bastante difícil en un canal de anillo estático, por lo que mantenerla estable en un rotor de alta velocidad no será un paseo por el parque. Y, por supuesto, las palas del rotor deberán ser lo suficientemente ligeras para girar de forma rápida y eficiente, pero lo suficientemente fuertes para soportar flujos de aire de entrada hipersónicos… Además de constantes detonaciones explosivas entre las palas. Vaya.
Esperamos que sea mucho más rápido pasar de la mesa de dibujo a un avión de prueba que algunos avances anteriores, pero la reciente aceleración de la investigación hipersónica, particularmente fuera de China, sugeriría que tendrá una oportunidad de demostrar su valía en poco tiempo.
Fuente: Revista China de Aeronáutica
