Naukowcy z USA po raz pierwszy w historii doprowadzili do detonacji, w której fala pozostaje przez jakiś czas nieruchomo. Detonację taką przeprowadzono w prototypowym silniku, a naukowcy mają nadzieję, że tego typu system może w przyszłości posłużyć do rozpędzenia samolotu czy promu kosmicznego do prędkości nawet 17-krotnie przewyższającej prędkość dźwięku.

Większość wybuchów to deflagracje, podczas których materiał wybuchowy rozkłada się stosunkowo powoli, a sama fala takiego wybuchu rozprzestrzenia się znacznie wolniej niż prędkość dźwięku. To właśnie deflagracja jest obecnie wykorzystywana w transporcie. Z nią mamy do czynienia w silnikach spalinowych.

To jednak detonacja, czyli wybuch, w którym fala rozprzestrzenia się z prędkością ponaddźwiękową, dostarcza więcej energii i w sposób bardziej efektywny. Jednak takie intensywne uwalnianie się energii jest zjawiskiem niestabilnym i trudnym do kontrolowania. Jeśli jednak udałoby się je opanować, mogłoby posłużyć np. do osiągania prędkości naddźwiękowych w lotach kosmicznych czy nawet podczas lotów międzykontynentalnych na Ziemi. Z obliczeń specjalistów wynika, że można by skonstruować silnik rozpędzający samolot do prędkości 6–17 machów.

Naukowcy z University of Central Florida i Naval Research Laboratory zaprezentowali silnik wykorzystujący detonację.

Tym razem jest to silnik ze stabilną falą uderzeniową, która pozostaje w tej samej pozycji. Chcieliśmy uzyskać właściwą mieszankę detonacyjnych, przy właściwej prędkości i zamrozić ją w przestrzeni, mówi Kareem Ahmed.

Uczeni stworzyli prototypowy silnik o nazwie HyperReact (high-enthalpy hypersonic reacting facility). Podzielony jest on na trzy sekcje. W pierwszej, komorze mieszania, dochodzi do zapłonu mieszaniny wodoru i powietrza. Pojawia się gorące powietrze o wysokim ciśnieniu, które przepływa do kolejnej komory – dyszy konwergencji-dywergencji (CD). Gdy gorące powietrze tam trafia, dodawany jest strumień bardzo czystego wodoru. Kształt dyszy CD jest dobrany tak, by przyspieszać całą mieszankę do prędkości około 4,5 machów. W ostatniej komorze znajduje się rampa ustawiona pod kątem 30 stopni. Mieszanka z olbrzymią prędkością trafia na rampę, gdzie dochodzi do detonacji i wyrzucenia z duża prędkością spalin z tyłu silnika. Pojawia się też duże ciśnienie. Mamy wszystko, co trzeba, by wygenerować duży ciąg. A metoda jest też bardzo wydajna, gdyż spalane jest niemal 100% paliwa.

Naukowcy odkryli, że manipulując mieszkanką, temperaturą oraz przepływem powietrza w komorach, są w stanie wytworzyć na rampie falę uderzeniową, która pozostaje w miejscu przez około 3 sekundy.

Ahmed wyjaśnia, że napęd detonacyjny byłby znacznie bardziej efektywny niż napęd deflagracyjny. Osiągnięcie prędkości naddźwiękowych ma olbrzymie znacznie, gdyż obecnie nie dysponujemy systemami, które to potrafią. Jedyne, co obecnie nadaje nam prędkość naddźwiękową jest silnik rakietowy. To nie jest efektywne rozwiązanie. Gdyby było, loty w przestrzeni kosmicznej byłyby czymś powszechnym, a są niezwykle kosztowne. Pojazd kosmiczny napędzany takim silnikiem nie potrzebowałby rakiet nośnych, by opuścić Ziemię.

Teraz, gdy udowodniono, że możliwe jest stworzenie silnika z ukośną falą detonacyjną, uczeni chcą prowadzić eksperymenty z różnymi rodzajami paliwa i różną prędkością przemieszczania się mieszanki paliwowej. Mają nadzieję, że dzięki temu określą parametry, przy których detonacja jest stabilna i możliwa do kontrolowania. Tyko wówczas można będzie tego typu silnik zastosować w praktyce.

 

 

Źródło: University of Central Florida, , https://physicsworld.com/a/frozen-detonation-could-enable-hypersonic-flight/
5 2 votes
Article Rating