¿Pueden volverse reales los motores de propulsión hipersónicos que funcionan a 20.000 km / h?

Los sistemas de propulsión hipersónicos alimentados por detonaciones capaces de llevar a los seres humanos a lugares remotos del planeta, o incluso a la órbita de la Tierra, han sido un sueño de muchos científicos, pero nunca lo han sido solo suposiciones. Sin embargo, un equipo ha creado un sistema experimental que parece ser el primer paso concreto para hacer realidad este sueño.

Las detonaciones son un proceso de combustión supersónico en el que la energía liberada pasa a través del material en forma de onda de choque. Esta onda comprime las moléculas del material, elevando su temperatura hasta el punto de ignición. El desafío es controlar esta energía en una posición fija durante varios segundos, lo que parecía poco práctico hasta entonces, en parte porque las detonaciones duran menos de un microsegundo.

Otra dificultad a la que se han enfrentado las propuestas de sistemas de propulsión por detonación se refiere a los propulsores químicos utilizados en los vehículos o la forma en que se han mezclado estos propulsores. Este problema fue superado recientemente, por el mismo equipo, para el caso. Pero la corta duración de la detonación sigue siendo un obstáculo para la optimización de estos motores. La mayor preocupación en este sentido es que la detonación llegue a la fuente de energía, lo que sería desastroso en un barco real.

Para usar la detonación, primero debes controlar esta energía. Esto es lo que logró hacer el equipo de investigación. El nuevo artículo de investigación fue publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences. “En lugar de destruir edificios, como vio en el Líbano, ahora queremos usarlo y generar impulso con él”, dijo Kareem Ahmed, autor principal del estudio.

Para Ahmed, «el descubrimiento de cómo estabilizar la detonación, la forma más poderosa de reacción intensa y liberación de energía, tiene el potencial de revolucionar los sistemas de propulsión y energía hipersónicos». Un sistema de propulsión de este tipo puede alcanzar velocidades de hasta 20.800 km / h, lo que propulsaría una nave hasta 17 veces la velocidad del sonido, suficiente para enviar una aeronave al espacio sin la necesidad de un cohete elevador.

Para romper el récord anterior de unos pocos milisegundos, el equipo utilizó una rampa inclinada dentro de una cámara de reacción de aproximadamente 0,76 metros de largo para crear una onda de choque que induce una detonación. Realizaron pruebas en una serie de estas cámaras, que mezclan y calientan aire y gas hidrógeno antes de acelerar a velocidades hipersónicas y activar la rampa.

En experimentos anteriores, el equipo pudo crear la primera evidencia experimental de detonación rotatoria, que ya permite vuelos de cohetes más baratos. Pero ahora, al equilibrar cuidadosamente las proporciones de la mezcla de aire y combustible, el caudal de gas y el ángulo de la rampa, pudieron generar una onda expansiva oblicua. La diferencia es que las ondas expansivas oblicuas son estacionarias y estabilizadas. Como resultado, la detonación permaneció fija en su posición durante aproximadamente 3 segundos.

Esto es lo suficientemente largo para confirmar que la detonación se ha estabilizado en una posición fija. Para desarrollar un motor práctico, será necesario descubrir cómo operar a velocidades y altitudes más complejas y lidiar con las inestabilidades de combustión causadas por la mezcla desigual de combustible y aire. La buena noticia es que la estructura del dispositivo de prueba no es muy diferente del diseño de un vehículo a gran escala, por lo que el desafío será cómo modificar los tres ingredientes principales: proporciones de la mezcla de aire y combustible, velocidad, aire y ángulo – en uno más grande. dispositivo, sin perder la estabilidad de la detonación.

La fuente: Alerta científica