Tzw. silnik detonacyjny, wykorzystujący kontrolowane, trwające mikrosekundy eksplozje do nadania ciągu (nie ma tradycyjnych sprężarek i turbin, ma prostą konstrukcję, jest mniejszy i zużywa mniej paliwa), zasilany standardową naftą lotniczą został pomyślnie przetestowany przez naukowców z Chińskiej Akademii Nauk, co może oznaczać przełom w napędzie hipersonicznym. Dotychczas projektowane tego typu silniki, które mogłyby w przyszłości pozwolić na podróże hipersoniczne (powyżej 5 mach, czyli ponad 6 tys. km/h), korzystały m.in. z ciekłego wodoru. To rozwiązanie kosztowne i niebezpieczne.
Jak działa silnik detonacyjny?
Już sam silnik detonacyjny jest rewolucją. Fala uderzeniowa, szybsza od dźwięku, jest uzyskiwana dzięki ultraszybkim wybuchom paliwa wewnątrz specjalnych, koncentrycznych cylindrów, co daje potężny ciąg. Przez lata wyzwaniem było kontrolowanie procesu następujących po sobie detonacji. Chińscy badacze poszli właśnie dalej, zamieniając paliwo na powszechnie stosowaną i bezpieczniejszą naftę lotniczą. Problem w tym, że tę trudniej zmusić do detonacji. Poradzono sobie z tym, umieszczając w komorze 5-milimetrowe wybrzuszenie, które inicjuje wybuchy podgrzanej do 3,5 tys. stopni Celsjusza sprężonej mieszanki powietrza i paliwa. „Fala uderzeniowa ściska i zapala mieszankę paliwowo-powietrzną tak gwałtownie, że tworzy samowzmacniający się front eksplozji” – napisał zespół kierowany przez Hana Xina, głównego badacza projektu z Instytutu Mechaniki Chińskiej Akademii Nauk.
Czytaj więcej
Pierwsze testy prototypowego samolotu Yunxing zakończyły się sukcesem, a kompozytowa konstrukcja...
W serii eksperymentów w specjalnym tunelu JF-12 w Pekinie, który symuluje warunki lotu z wielkimi prędkościami na wysokościach ponad 40 km, badacze z uzyskali „trwałe, ukośne fale detonacyjne przy użyciu paliwa do silników odrzutowych RP-3”. Po przekroczeniu 7 machów fala uderzeniowa przestaje się obracać i skupia na okrągłej platformie z tyłu silnika, a ciąg jest utrzymywany w „ukośnym formacie detonacji”. Wyniki ostatnich testów opublikowane w chińskim czasopiśmie „Journal of Experiments in Fluid Mechanics” sugerują, że silnik wygenerował potężny ciąg, a tempo spalania jest tysiąc razy większe niż w konkurencyjnych opracowywanych do prędkości hipersonicznych silnikach strumieniowych (scramjet). Wyliczono, że silnik może nadać prędkość samolotom nawet do 16 machów (do 20 tys. km/h). Mogłyby się one pojawić w kolejnej dekadzie po rozwiązaniu innych problemów takich jak ogromne temperatury na powierzchni samolotów hipersonicznych. Co ważne, nowy silnik ma komorę spalania o 85 proc. krótszą niż konstrukcja typu scramjet, co może znacznie zmniejszyć masę samolotu i zwiększyć zasięg lotu.
Kiedy pojawią się pasażerskie samoloty hipersoniczne?
Ze względu na wymaganą ogromną moc tunel aerodynamiczny działał tylko przez 50 milisekund, ale był to wystarczająco długi czas, aby badacze mogli uzyskać pełny obraz zapłonu silnika i samopodtrzymującego napędu fali uderzeniowej.
