Inginerii din SUA au testat un nou motor hipersonic cu detonare rotativă duală pentru vehicule ultraeficiente ce ar putea atinge 6.500 km/h

Inginerii de la GE Aerospace din SUA, una din cele mai mari companii producătoare de motoare pentru avioane, în special motoare cu reacţie, au anunţat că au desfăşurat cu succes testele unui nou motor cu detonare rotativă duală, pentru vehicule hipersonice ultraeficiente în consum, ce ar putea atinge viteze de până la 6.500 km/h şi mai mult, care corespunde Mach 5, adică de 5 ori viteza sunetului.

Ceea ce menţionăm mai sus conţine mulţi termeni care necesită explicaţii adiţionale, aşa că începem prin a aduce claritate în aceşti termeni şi unde se încadrează noul motor al GE Aerospace, pentru că dezvăluirea de acum a inginerilor americani a fost o surpriză pentru industrie, întrucât aceştia ţinuseră în secret însuşi faptul că lucrează la un asemenea motor.

Trebuie să începem de la motoarele cu detonare, care sunt o evoluţie a unui motor cu reacţie, numit pulsoreactor. Ideea e că ardere într-un motor de tip pulsoreactor are loc în impulsuri. Practic în camera de ardere combustibilul şi arderea au loc prin explozii succesive, care creează presiune mai mare şi astfel pot genera mai multă forţă de propulsie din acelaşi combustibil. În funcţie de frecvenţă şi evoluţia construcţie existau valve de admisie a aerului în partea frontală, care trebuiau deschise şi închise cu precizie, dar şi un injector de combustibil. Viteza de propagare a amestecului în interiorul camerei de ardere e una foarte mare, dar rămâne mai mică decât viteza sunetului.

Foto: Construcţia unui pulsoreactor

Motoarele cu detonare în puls, numite şi PDE, aşa cum spuneam, sunt o evoluţie mai nouă a construcţiei de pulsoreactor, menţionată mai sus. De fapt, ideea lor vine de la mijlocul secolului trecut, dar a fost mai intens explorată în ultimele două decenii. Marea lor deosebire e în capacitatea folosi unde de detonări în combustie. Fluxul de aer şi combustibil în interior pătrunde mult mai rapid şi propagarea lui e atât de rapidă, încât până la etapa de combustie nu mai reuşeşte să-şi modifice volumul, iar astfel forţa lui de propulsie oferă impulsuri mai puternice din acelaşi combustibil. Dacă se reuşeşte sincronizarea perfectă a acestor unde de detonări, eficienţa termodinamică a acestui motor o depăşeşte pe cea a motoarelor cu reacţie obişnuite. Primul aparat de zbor care a testat un motor PDE a zburat în 2008, iar de atunci explorări ale acestor tehnologii au loc în mai multe ţări.

Foto: Motor cu detonare în puls, numit şi PDE

Tocmai pentru că undele perfecte sunt greu de atins în forma lor de randament maxim teoretic, ideea a evoluat în motoare cu detonare rotativă, în care se încearcă stabilizarea acestor unde prin crearea or într-o formă de vârtej. Practic se ajunge la situaţia când vârtejul produce combustie, iar din urmă vine o altă mixtură în aceeaşi formă, iar în rezultat se ajunge la o frecvenţă constantă de mixturi ce circulă în forme circulare. Acest concept presupune o viteză de propagare mult mai mare a mixturii, hipersonică, în interiorul camerei de ardere, ceea ce menţine şi mai bine volumul constant şi dă un randament de circa 25% mai mare faţă de motoarele PDE standard, menţionate mai sus. Asta înseamnă că aceleaşi rezultate de putere şi viteze hipersonice pentru aparate de zbor pot fi atinse cu mult mai puţin combustibil în comparaţie cu motoarele cu reacţie obişnuite sau cele PDE.

Foto: Procesul de combustie vizualizat la un motor cu detonare rotativă

De fapt, imediat ce au apărut primele informaţii despre aceste motoare cu detonare rotativă, prin 2010, o mulţime de ţări şi companii din aeronautică şi apărare s-au apucat de studierea şi dezvoltarea lor — NASA, DARPA, Marina SUA, Aerojet Rocketdyne, agenţia spaţială japoneză JAXA, Energomaş-ul din Rusia, câteva universităţi şi institute de cercetare.

Foto: Motorul celor de la NASA, pe standul de testare

Ei bine, acum cei de la GE Aerospace au ridicat cortina de pe secretul că şi ei, de fapt, au muncit la propriul asemenea motor cu detonare rotativă de 10 ani încoace şi au anunţat despre asta după ce l-au testat cu succes. Mai mult ca atât, el e o formă uşor diferită şi evoluată faţă de cele cunoscute în prezent, având detonare rotativă duală. Motoare cu detonare rotativă obişnuite, datorită viteze de propagare a mixturii de combustie, au nevoie ca vehiculul să se afle deja la viteze mai mari de Mach 3, pentru a putea trage aer suficient de rapid. Noul motor al GE Aerospace are două moduri de operare, permiţând astfel să fie inclus de la viteze mai mici în operare şi să propulseze el aparatul de zbor către vitezele hipersonice, făcând întregul zbor mult mai eficient în consum şi randament. Practic, vorbim de capacitatea motorului de a forma acele vârtejuri de combustie în două moduri — unul cu deschideri frontale adaptate la viteze mai mici, care favorizează fluxul de aer necesar la viteze mai mici şi altul mai aproape de cele obişnuite, pentru regimul când se ating viteze de peste Mach 3, totul pentru a atinge aceleaşi vârtejuri stabile la un diapazon mai mare de viteze de zbor.

Asta înseamnă că un aparat de zbor echipat cu acest motor va folosi motorul cu detonare rotativă duală foarte repede după startul zborului şi va consuma astfel mult mai puţin combustibil, ajungând mai departe, deci având o rază mai mare de acţiune sau având nevoie de mai puţin combustibil pentru o rază identică. Iar noul motor poate fi folosit de rachete hipersonice sau de orice alte aparate de zbor hipersonice, inclusiv avioane.

Cei de la GE Aerospace spun că motorul lor funcţional, pe care l-au testat acum, e primul motor cu detonare rotativă duală din lume care a fost adus la acest stadiu de produs desăvârşit şi testat. Rezultatele testului au fost atât de bune acum, iar nevoia de un asemenea motor e atât de mare, mai ales în domeniul apărării, încât GE Aerospace va fonda o companie nouă, dedicată tehnologiilor motoarelor hipersonice în trimestrul 2 al anului 2024, iar către sfârşitul anului viitor vor vedea şi primele aparate de zbor care vor testa noul motor în zboruri în mediul real al atmosferei.