Nova vrsta rakete koja je lagana i lakša za konstruiranje: rotirajući detonirajući motor. Nažalost, također je potpuno nepredvidivo
U trenutnoj eri istraživanja svemira, naziv igre je “isplativa”. Smanjenjem troškova povezanih s pojedinačnim lansiranjima, svemirske agencije i privatne zrakoplovne tvrtke (tzv. NewSpace) osiguravaju veći pristup svemiru. A kada je riječ o cijeni lansiranja, najveći trošak je pogonsko gorivo. Pojednostavljeno rečeno, oslobađanje od Zemljine gravitacije zahtijeva puno raketnog goriva!
Kako bi to riješili, istraživači sa Sveučilišta Washington nedavno su razvili matematički model koji opisuje rad novog mehanizma lansiranja: rotirajući detonacijski motor (RDE). Ovaj lagani dizajn nudi veću potrošnju goriva i manje je kompliciran za izradu. Međutim, dolazi s prilično velikim kompromisom zbog toga što je previše nepredvidiv da bi se sada mogao staviti u službu.
Studija koja opisuje njihovo istraživanje (“ Rotirajući detonacijski valovi s blokiranim načinom rada: Eksperimenti i jednadžba modela “) nedavno se pojavio u časopisuFizički pregled E. Istraživački tim predvodio je James Koch , UW doktorand iz aeronautike i astronautike, a uključivao je Mitsuru Kurosaku i Carla Knowlena, oboje profesore aeronautike i astronautike na UW; i J. Nathan Kutz, UW profesor primijenjene matematike.
U konvencionalnom raketnom motoru, pogonsko gorivo se spaljuje u komori za paljenje, a zatim se kanalizira iz stražnjeg dijela kroz mlaznice za stvaranje potiska. U RDE-u stvari funkcioniraju drugačije, kao što je Koch objasnio u UW News-u oslobađanje :
“Rotirajući detonacijski motor ima drugačiji pristup načinu na koji sagorijeva pogonsko gorivo. Izrađen je od koncentričnih cilindara. Pogon struji u procjepu između cilindara, a nakon paljenja brzo oslobađanje topline stvara udarni val, snažan puls plina sa znatno višim tlakom i temperaturom koji se kreće brže od brzine zvuka.
To RDE izdvaja od konvencionalnih motora, koji zahtijevaju mnogo strojeva za usmjeravanje i kontrolu reakcije izgaranja kako bi se ona mogla pretvoriti u ubrzanje. Ali u RDE, udarni val generiran paljenjem stvara potisak prirodno i bez potrebe za dodatnim dijelovima motora.
Međutim, kao što Koch ukazuje, polje rotirajućih detonacijskih motora još je u povojima i inženjeri još uvijek nisu sigurni za što su sposobni. Stoga su on i njegovi kolege odlučili testirati koncept, koji se sastojao od preoblikovanja dostupnih podataka i gledanja formacija uzoraka. Prvo su razvili eksperimentalni RDE (prikazan dolje) koji im je omogućio kontrolu različitih parametara (poput veličine razmaka između cilindara).
Eksperimentalni rotirajući detonacijski motor koji je razvio tim UW. Zasluge: James Koch/Sveučilište Washington
Zatim su brzom kamerom zabilježili procese izgaranja (koji su svaki put trajali samo 0,5 sekunde). Kamera je zabilježila svako paljenje brzinom od 240.000 sličica u sekundi, što je timu omogućilo da promatra reakcije koje se odvijaju u usporenom snimku. Kao Koch objasnio , on i njegovi kolege otkrili su da je motor zapravo dobro radio.
“Ovaj proces izgaranja je doslovno detonacija – eksplozija – ali iza ove početne faze pokretanja, vidimo da se formira niz stabilnih impulsa izgaranja koji nastavljaju trošiti raspoloživo gorivo. To stvara visoki tlak i temperaturu koji tjeraju ispuh iz stražnjeg dijela motora pri velikim brzinama, što može stvoriti potisak.
Zatim su istraživači razvili matematički model kako bi oponašali ono što su promatrali svojim eksperimentom. Ovaj model, prvi takve vrste, omogućio je timu da po prvi put utvrdi hoće li RDE biti stabilan. I dok ovaj model još nije spreman za korištenje drugim inženjerima, mogao bi omogućiti drugim istraživačkim timovima da procijene koliko će se određeni RDE-i ponašati.
Kao što je navedeno, dizajn motora ima lošu stranu, a to je njegova nepredvidljiva priroda. S jedne strane, proces šokova potaknutih izgaranjem prirodno dovodi do kompresije šokova od strane komore za izgaranje, što rezultira potiskom. S druge strane, nakon što su pokrenute, detonacije su silovite i nekontrolirane – nešto što je potpuno neprihvatljivo kada su rakete u pitanju.
No, kako je objasnio Koch, ovo istraživanje je bilo uspješno jer je testiralo ovaj dizajn motora i kvantitativno izmjerilo njegovo ponašanje. Ovo je dobar prvi korak koji bi mogao pomoći utrti put prema stvarnom razvoju i realizaciji RDE-a.
'Moj je cilj ovdje bio isključivo reproducirati ponašanje impulsa koje smo vidjeli - osigurati da je izlaz modela sličan našim eksperimentalnim rezultatima', rekao je Koch. “Identificirao sam dominantnu fiziku i način na koji se one međusobno djeluju. Sada mogu uzeti ono što sam ovdje napravio i učiniti ga kvantitativnim. Odatle možemo razgovarati o tome kako napraviti bolji motor.”
Istraživanje Kocha i njegovog kolege omogućeno je zahvaljujući financiranju Ured za znanstvena istraživanja američkog ratnog zrakoplovstva i Ured za pomorska istraživanja . Iako je prerano reći, implikacije ovog istraživanja mogle bi biti dalekosežne, što će rezultirati raketnim motorima koje je lakše proizvesti i isplativije. Sve što je potrebno je osigurati da je sam dizajn motora siguran i pouzdan.
Daljnje čitanje: VAŠE vijesti
