Volar hasta Mach 16 puede convertirse en una realidad con el sistema de propulsión UCF en evolución

Investigadores de la Universidad de Florida Central están desarrollando tecnología que podría allanar el camino para vuelos hipersónicos como el viaje de Nueva York a Los Ángeles en menos de 30 minutos.

En su última investigación publicada en la revista Materiales de la Academia Nacional de Ciencias, los científicos encontraron una manera de estabilizar el archivo detonación necesario para hipersónico manejar creando una cámara de reacción hipersónica especial para motores de jet.

“Se están realizando esfuerzos internacionales cada vez más intensos para desarrollar sistemas de propulsión robustos para vuelos supersónicos y supersónicos que permitan el paso de nuestra atmósfera a un nivel muy alto. altas velocidades y permiten una entrada y salida eficientes de las atmósferas planetarias ”, dice el coautor del estudio Kareem Ahmed, profesor asociado del Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeronáutica de la UCF. —Tiene el potencial de revolucionar los sistemas de energía y impulso hipersónicos. “

El sistema podría permitir viajes aéreos a velocidades entre Mach 6 y 17, o más de 4,600 a 13,000 millas por hora. Esta tecnología utiliza el poder de una onda de detonación oblicua que han formado con una rampa inclinada dentro de la cámara de reacción para producir una onda de choque de detonación a la propulsión.

A diferencia de las ondas de detonación giratorias, que son giratorias, las ondas de detonación oblicuas son estacionarias y estabilizadas.

La tecnología mejora la eficiencia de un motor a reacción, generando más potencia con menos consumo de combustible que los motores de propulsión tradicionales, reduciendo así la carga de combustible, los costos y las emisiones.

Además de viajes aéreos más rápidos, esta tecnología también podría usarse en cohetes misiones espaciales para hacerlos más livianos usando menos combustible, viaje más lejos y queme más limpio.

Los sistemas de propulsión por detonación se han estudiado durante más de medio siglo, pero no han tenido éxito debido a los propulsores químicos utilizados o la forma en que se mezclan. El trabajo anterior del grupo de Ahmed superó este problema equilibrando cuidadosamente las tasas de propulsores, hidrógeno y oxígeno liberados en el motor para crear la primera evidencia experimental de detonación giratoria.

Sin embargo, la corta duración de la detonación, a menudo solo en micro o milisegundos, los hace difíciles de estudiar y poco prácticos de usar.

Sin embargo, en un nuevo estudio, los científicos de la UCF pudieron mantener la duración de la onda de detonación durante tres segundos mediante la creación de una nueva cámara de reacción hipersónica conocida como reacción hipersónica de alta entalpía o el objeto HyperREACT. La instalación incluye una cámara de rampa de 30 grados cerca de la cámara de mezcla del propulsor que estabiliza la onda de detonación oblicua.

“Esta es la primera vez que se ha demostrado experimentalmente la estabilización de la detonación”, dice Ahmed. “Finalmente podemos mantener la detonación en el espacio en una forma oblicua de detonación. Es casi como congelar una explosión intensa en el espacio físico “.

Gabriel Goodwin, un ingeniero aeronáutico del Laboratorio de Investigación Naval del Centro Naval de Tecnología Espacial y coautor del estudio, dice que su investigación ayuda a responder muchas preguntas básicas que conciernen a los motores de onda de detonación oblicua.

El papel de Goodwin en el estudio fue utilizar los códigos de dinámica de fluidos computacionales del Laboratorio de Investigación Naval para simular los experimentos realizados por el grupo de Ahmed.

“Una investigación como esta es fundamental para profundizar nuestra comprensión de estos fenómenos complejos y acercarnos al desarrollo de sistemas a escala de ingeniería”, dice Goodwin.

“Este trabajo es emocionante y traspasa los límites tanto de la simulación como de la experimentación”, dice Goodwin. “Me siento honrado de ser parte de esto”.

El autor principal del estudio es Daniel Rosato ’19 ’20MS, asistente de investigación de posgrado y becario de la Beca de Doctorado Presidencial de la UCF.

Rosato ha estado trabajando en el proyecto desde que fue Ingeniería Aeroespacial estudiante de pregrado y es responsable del diseño, fabricación y operación de experimentos, así como del análisis de datos, con la ayuda de Mason Thorton, coautor del estudio y asistente de investigación de BA.

Rosato dice que el siguiente paso en la investigación es agregar nuevas herramientas de diagnóstico y medición para obtener una comprensión más profunda de los fenómenos que están estudiando.

“Luego continuaremos explorando configuraciones más experimentales para definir mejor los criterios para estabilizar la onda de detonación oblicua”, dice Rosato.

Los científicos dicen que si se puede desarrollar la tecnología, un impulso hipersónico basado en detonaciones podría desplegarse en la atmósfera y los viajes espaciales de los humanos en las próximas décadas.