Chyba wielkie osiągnięcie

Firma GE Aerospace ogłosiła powstanie pierwszego hipersonicznego silnika z wirującą detonacją który pracuje w szerokim zakresie prędkości – od zera do MACH 5+. To wielkie osiągnięcie. Jak dotąd zbudowanie czegokolwiek co by dawało radę poruszać się z prędkościami MACH 5+ wymagało dwóch osobnych silników – jednego który rozpędzał pocisk do MACH 3+ (zwykle silnik rakietowy) i silnika Scramjet który uruchamiał się przy MACH 3+ i już dalej napędzał pocisk. Rotacyjny silnik detonacyjny pozwala na działanie od zera a zbudowanie rotacyjnego silnika detonacyjnego który działa powyżej MACH 3 (czyli w reżimie scramjet kiedy to powietrze przechodzące przez komorę spalania porusza się z naddźwiękowymi prędkościami) to wielkie osiągnięcie.

Dla wyjaśnienia – w tradycyjnych silnikach odrzutowych jak i w ramjet, powietrze w komorze spalania porusza się z prędkościami poddźwiękowymi – to po to by spalanie było możliwe – deflagracja korzysta z fal dźwiękowych do zapalania mieszanki więc jak powietrze się porusza szybciej niż prędkość dźwięku to silnik gaśnie. Jest pewna granica prędkości (w okolicach MACH 3) do której daje się skompresować i zwolnić prędkość powietrza wchodzącego do komory spalania, spalić paliwo a następnie rozprężając gazy zwiększyć ich prędkość znowu do MACH 3. Różnica między tradycyjnym silnikiem turboodrzutowym a Ramjet jest taka że w tradycyjnym silniku sprężaniem powietrza zajmują się turbosprężarki a w ramjet sprężanie odbywa się dzięki odpowiedniemu ukształtowaniu stożka wlotowego do silnika który powoduje interakcję naddźwiękowych fal i sprężanie / zwalnianie powietrza bez pomocy żadnych mechanicznych urządzeń. Słynny SR-71 korzystał z obu tych rozwiązań – przy większych prędkościach spora część pracy związanej ze sprężaniem powietrza odbywała się dzięki stożkom wlotowym do silnika (które były regulowane w zależności od prędkości).

W silnikach Scramjet powietrze jest też spowalniane i zagęszczane dzięki odpowiedniej geometrii wlotu do silnika, ale jego prędkość w komorze spalania nadal przekracza prędkość dźwięku a co za tym idzie normalne spalanie (deflagracja) jest niemożliwe i jedynym sposobem na utrzymanie spalania w komorze jest detonacja. Dlatego takie silniki mają zwykle bardzo ograniczony zakres prędkości przy jakich działają – prędkość fali detonacyjnej musi idealnie pasować do prędkości powietrza poruszającego się w komorze spalania. Jednak w przypadku silnika detonacyjnego z wirującą detonacją to nie stanowi problemu jako że fala detonacyjna porusza się nie „pod wiatr” ale bokiem – wokół komory spalania. Kluczowe jest jedynie zapewnienie odpowiedniej mieszanki paliwa i powietrza w miejscu gdzie ta fala właśnie dochodzi ale to daje się regulować.

Oczywiście diabeł siedzi w szczegółach – największym problemem przy budowie takich silników są materiały z których je się buduje, które muszą wytrzymać duże temperatury i spore/gwałtowne zmiany ciśnień – to ostatnie utrudnia użycie ceramiki.

Te silniki na początku / przez długi czas będą miały zastosowania czysto militarne, ale można sobie wyobrazić powstanie rakiet korzystających z hipersonicznych silników z wirującą detonacją które przechodzą w tryb silnika rakietowego z wirującą detonacją po wyjściu poza atmosferę – to pozwoliło by na zmniejszenie masy utleniacza jaki trzeba ze sobą zabrać a jednocześnie zwiększyło efektywność – silnik detonacyjny ma ją zdecydowanie większą niż tradycyjny silnik rakietowy. Problemem będzie osiągnięcie stosunku ciągu do masy jaki mają obecne silniki rakietowe – jak na razie te silniki detonacyjne są relatywnie ciężkie w stosunku do ich ciągu i co najwyżej nadają się do napędzania pocisków.

Marek Cyzio Opublikowane przez: