El primer motor de detonación oblicua (ODE) del mundo alimentado por queroseno de aviación estándar ha sido probado con éxito por científicos chinos , lo que marca un potencial cambio de juego en la propulsión hipersónica que podría redefinir los límites de los viajes aéreos y espaciales.
En una serie de experimentos innovadores en el túnel de choque JF-12 de Beijing , que simula condiciones de vuelo de alto Mach en altitudes de más de 40 km (25 millas), investigadores de la Academia China de Ciencias (ACC) lograron ondas de detonación oblicuas sostenidas utilizando combustible para aviones RP-3, un queroseno comercial común.
Los resultados, publicados en la revista China Journal of Experiments in Fluid Mechanics, sugieren tasas de combustión 1.000 veces más rápidas que las de los motores estatorreactores tradicionales, con una capacidad operativa entre Mach 6 y Mach 16, una velocidad a la que fallan los motores convencionales que respiran aire.
A diferencia de los estatorreactores, que requieren cámaras de combustión voluminosas y tienen riesgos de extinción a altas velocidades de Mach , el ODE aprovecha las ondas de choque como aliadas.
Al ubicar estratégicamente una protuberancia de 5 mm en la pared de la cámara de combustión, los ingenieros descubrieron que podían inducir “diamantes de detonación” autosostenibles (explosiones ultrarrápidas alimentadas por ondas de choque) que completaban la combustión en microsegundos.
“La onda de choque comprime y enciende la mezcla de combustible y aire tan violentamente que crea un frente de explosión que se refuerza a sí mismo”, escribió el equipo dirigido por Han Xin, investigador principal del proyecto en el Instituto de Mecánica de la CAS.
A Mach 9, las pruebas revelaron picos de presión en los puntos de detonación que alcanzaron 20 veces los niveles ambientales, lo que sugiere que el motor era capaz de generar un empuje considerable en una región de velocidad donde la mayoría de los estatorreactores apenas podían respirar.
Debido a la enorme potencia requerida, el túnel de viento solo permitió un funcionamiento sostenido de 50 milisegundos (equivalente a unos 150 metros (492 pies) recorridos a Mach 9), pero fue tiempo suficiente para que los investigadores obtuvieran una imagen completa del encendido del motor y la propulsión autosostenida por ondas de choque.
El nuevo motor tiene una cámara de combustión que es un 85 por ciento más corta que el diseño de un estatorreactor, lo que puede reducir significativamente el peso de la aeronave y ampliar el alcance del vuelo, según Han y sus colegas.
Durante décadas, los motores hipersónicos han dependido del hidrógeno o el etileno, pero si bien son combustibles de encendido rápido, tienen requisitos de almacenamiento poco prácticos. El queroseno RP-3, por otro lado, si bien es logísticamente ideal por su mayor densidad energética, tiene largos retrasos de encendido que hacen que sea extremadamente difícil poner en marcha el motor en pleno vuelo.
Pero el equipo CAS ha evitado esto precomprimiendo las mezclas de combustible y aire a 3.800 Kelvin (3.527 grados Celsius) antes del encendido, introduciendo una pequeña protuberancia que crea “puntos calientes” localizados para desencadenar reacciones en cadena y acelerando la dispersión del combustible utilizando puntales con forma de ala.
El proyecto forma parte del ambicioso plan de China de construir para 2030 un avión que pueda llegar a cualquier parte del mundo en una hora. A Mach 16 (unos 20.000 km/h, o de Shanghái a Los Ángeles en media hora), la tecnología podría permitir aviones espaciales reutilizables que unieran los vuelos atmosféricos y orbitales.
Si se aplica en tecnología militar, el motor ODE podría conducir a una nueva generación de misiles hipersónicos, drones o incluso bombarderos de alcance ultra largo y bajo costo operativo que darían al EPL una ventaja significativa en la guerra futura.
Sin embargo, aún quedan obstáculos por superar. Los investigadores necesitan comprender mejor los subproductos del RP-3 durante y después de la combustión explosiva, y necesitan optimizar las configuraciones de los baches para mejorar la eficiencia del motor para el vuelo real, según el equipo de Han.
A medida que aumentan las tensiones geopolíticas, la tecnología hipersónica ha ido desempeñando un papel cada vez más importante en la lucha de poder entre las potencias mundiales. En una entrevista con Fox News el 23 de enero, el presidente estadounidense Donald Trump afirmó que Rusia “robó el diseño” de la tecnología de misiles hipersónicos de Estados Unidos.
Agregó que Estados Unidos estaba desarrollando sus propios misiles hipersónicos con un rendimiento “un paso mejor”.
“Los pondremos en marcha muy pronto”, añadió.
