Se necesita mucho combustible para lanzar algo al espacio. Enviar el transbordador espacial de la NASA a la órbita requirió más de 3.5 millones de libras de combustible, que es aproximadamente 15 veces más pesado que una ballena azul.
Pero un nuevo tipo de motor, llamado motor de detonación giratoria, promete hacer cohetes no solo más eficientes en combustible sino también más livianos y menos complicados de construir. Solo hay un problema: en este momento este motor es demasiado impredecible paraser utilizado en un cohete real
Los investigadores de la Universidad de Washington han desarrollado un modelo matemático que describe cómo funcionan estos motores. Con esta información, los ingenieros pueden, por primera vez, desarrollar pruebas para mejorar estos motores y hacerlos más estables. El equipo publicó estos hallazgos en enero10 pulgadas Revisión física E .
"El campo del motor de detonación giratoria todavía está en pañales. Tenemos toneladas de datos sobre estos motores, pero no entendemos lo que está sucediendo", dijo el autor principal James Koch, estudiante de doctorado de la UW en aeronáutica y astronáutica."Traté de cambiar nuestros resultados al observar las formaciones de patrones en lugar de hacer una pregunta de ingeniería, como cómo obtener el motor de mayor rendimiento, y luego boom, resultó que funciona".
Un motor de cohete convencional funciona quemando propulsor y luego empujándolo fuera de la parte posterior del motor para crear empuje.
"Un motor de detonación giratoria adopta un enfoque diferente de cómo quema el propulsor", dijo Koch. "Está hecho de cilindros concéntricos. El propulsor fluye en el espacio entre los cilindros y, después del encendido, la liberación rápida de calor forma una onda de choque, un fuerte pulso de gas con una presión y temperatura significativamente más altas que se mueve más rápido que la velocidad del sonido.
"Este proceso de combustión es literalmente una detonación, una explosión, pero detrás de esta fase inicial de arranque, vemos una serie de pulsos de combustión estables que continúan consumiendo el propulsor disponible. Esto produce alta presión y temperatura que impulsa el escapefuera de la parte trasera del motor a altas velocidades, lo que puede generar empuje ".
Los motores convencionales usan mucha maquinaria para dirigir y controlar la reacción de combustión para que genere el trabajo necesario para impulsar el motor. Pero en un motor de detonación giratoria, la onda de choque naturalmente hace todo sin necesidad de ayuda adicional de las partes del motor.
"Los golpes provocados por la combustión comprimen naturalmente el flujo a medida que viajan alrededor de la cámara de combustión", dijo Koch. "La desventaja de esto es que estas detonaciones tienen una mente propia. Una vez que detonas algo, simplemente desaparece. Estan violento "
Para tratar de describir cómo funcionan estos motores, los investigadores primero desarrollaron un motor experimental de detonación rotativa donde podían controlar diferentes parámetros, como el tamaño del espacio entre los cilindros. Luego registraron los procesos de combustión con un altode alta velocidad. Cada experimento tardó solo 0,5 segundos en completarse, pero los investigadores registraron estos experimentos a 240,000 fotogramas por segundo para poder ver lo que sucedía en cámara lenta.
A partir de ahí, los investigadores desarrollaron un modelo matemático para imitar lo que vieron en los videos.
"Este es el único modelo en la literatura actualmente capaz de describir la dinámica diversa y compleja de estos motores de detonación giratoria que observamos en los experimentos", dijo el coautor J. Nathan Kutz, profesor de matemáticas aplicadas de la Universidad de Washington.
El modelo permitió a los investigadores determinar por primera vez si un motor de este tipo sería estable o inestable. También les permitió evaluar qué tan bien estaba funcionando un motor específico.
"Este nuevo enfoque es diferente de la sabiduría convencional en el campo, y sus amplias aplicaciones y nuevas ideas fueron una completa sorpresa para mí", dijo el coautor Carl Knowlen, profesor asociado de investigación de la UW en aeronáutica y astronáutica.
En este momento, el modelo no está listo para que lo usen los ingenieros.
"Mi objetivo aquí era únicamente reproducir el comportamiento de los pulsos que vimos, para asegurarme de que la salida del modelo sea similar a nuestros resultados experimentales", dijo Koch. "He identificado la física dominante y cómo interactúan. AhoraPuedo tomar lo que he hecho aquí y hacerlo cuantitativo. A partir de ahí podemos hablar sobre cómo hacer un mejor motor ".
Mitsuru Kurosaka, profesor de aeronáutica y astronáutica de la UW, también es coautor de este documento. Esta investigación fue financiada por la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea de EE. UU. Y la Oficina de Investigación Naval.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Washington . Original escrito por Sarah McQuate. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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