Início Estudos e Pesquisas “Detonação oblíqua estabilizada” pode revolucionar o transporte aéreo supersônico

“Detonação oblíqua estabilizada” pode revolucionar o transporte aéreo supersônico

Receba essa e outras notícias em seu celular, clique para acessar o canal AEROIN no Telegram e nosso perfil no Instagram.

Projeto de aeronave supersônica – Imagem ilustrativa – Fonte: Exosonic

Cientistas nos Estados Unidos produziram pela primeira vez uma detonação que é fixa no espaço. Esta detonação de onda estacionária foi criada em um motor protótipo e os pesquisadores dizem que tal sistema poderia um dia alimentar aeronaves com até 17 vezes a velocidade do som.

A maioria dos incêndios ocorre por deflagrações. Essa forma de combustão cria uma onda de reação subsônica e alimenta grande parte de nossa tecnologia de transporte. Mas é possível obter uma liberação de energia muito mais poderosa e eficiente de uma detonação.

Este tipo de combustão por detonação produz ondas de choque supersônicas impulsionadas pela liberação de energia de reações químicas intimamente acopladas. Essas ondas viajam a muitas vezes a velocidade do som, como aquelas produzidas pela ignição de uma mistura de hidrogênio-ar e combustível, por exemplo, frequentemente atingindo velocidades de Mach 5.

Essa intensa liberação de energia é altamente instável e difícil de controlar. Se aproveitada, no entanto, poderia ser canalizada para alcançar o voo hipersônico para futuras viagens interplanetárias e viagens intercontinentais de ultra-alta velocidade na Terra. As estimativas sugerem que um motor operando com um caminho de fluxo de Mach 5, como aquele produzido por uma mistura de hidrogênio-ar e combustível, poderia permitir velocidades de veículos de Mach 6 a 17. Isso permitiria voar de Nova York a Londres em apenas meia hora.

Existem três conceitos principais de motor de detonação. Motores de detonação de pulso criam explosões repetidas, enquanto motores de detonação rotativa funcionam de forma que as detonações viajam continuamente ao redor de um canal circular com a onda de choque de cada desencadeando o próximo. Agora, pesquisadores da University of Central Florida e do US Naval Research Laboratory afirmam ter demonstrado o terceiro conceito: um motor de onda de detonação oblíqua ou vertical. Eles relatam seus resultados nos Procedimentos da Academia Nacional de Ciências dos Estados Unidos da América (PNAS).

A ideia por trás de um motor de onda de detonação oblíqua é produzir uma detonação contínua que é fixa no espaço, a chamada “detonação oblíqua estabilizada”, de modo que a onda de choque resultante seja estável e permaneça na mesma posição.

Para criar tal detonação, os pesquisadores desenvolveram um protótipo de motor denominado HyperReact (facilidade de reação hipersônica de alta entalpia).

Este dispositivo é dividido em três seções. Na primeira, a câmara de mistura, é acionado um jato de hidrogênio e ar. Isso cria ar quente de alta pressão que flui para a próxima seção, o bico convergente-divergente (CD), que tem uma seção transversal quadrada simétrica ao longo de todo o seu comprimento. Conforme o ar entra no bocal do CD, um jato de hidrogênio de pureza ultra-alta é adicionado. O formato do bocal do CD é projetado para acelerar a mistura a velocidades em torno de Mach 4,5 quando ela entra na seção de teste. Nesta câmara final há uma rampa de ângulo de viragem de 30 graus.

A equipe descobriu que, ao manipular a mistura de combustível, a temperatura e o fluxo de ar através das câmaras, eles foram capazes de produzir um choque oblíquo na rampa que criou uma detonação que foi estabilizada na rampa. A detonação da onda estacionária durou a duração do abastecimento ativo, que durou cerca de três segundos. Isso é significativamente mais longo do que uma detonação normal e demonstra a prova de conceito, dizem os pesquisadores.

A imagem a seguir mostra uma esquematização da montagem descrita acima e a onde de choque na rampa oblíqua.

Experimento da detonação oblíqua estabilizada – Fonte: PNAS

O principal benefício da propulsão baseada em detonação seria uma eficiência muito maior do que os sistemas baseados em deflagração. “Alcançar velocidades hipersônicas é fundamental porque não temos atualmente um sistema de propulsão que possa fazer isso”, comenta um dos pesquisadores. “O único sistema de propulsão que pode fornecer velocidades hipersônicas é um motor de foguete. Agora, os motores de foguete não são eficientes. Sabemos disso porque, de outra forma, estaríamos todos voando para o espaço sideral. Eles são muito caros.”

Agora que os pesquisadores provaram que um motor de onda de detonação oblíqua é possível, eles querem explorar as diferentes condições, como tipo de combustível e velocidade do fluxo de combustível, sob as quais a detonação pode permanecer estável. Isso é necessário para atingir os níveis de controle que seriam necessários para realizar o voo hipersônico.

Sair da versão mobile