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El nuevo motor hipersónico chino aumenta la eficiencia y la viabilidad de viajar a velocidades muy altas
Investigadores en China han introducido un concepto innovador para motores hipersónicos, combinando tecnologías de explosión y ramjet para crear un motor más eficiente. Un equipo de la Universidad Tsinghua de Beijing desarrolló el Motor de detonación Ram-Rotor (RRDE), que integra un motor de detonación con un compresor de rotor inspirado en un estatorreactor (tipo de motor a reacción que no tiene partes móviles).
Esta combinación está destinada a proporcionar un empuje continuo y mejorar el rendimiento general en vuelos de alta velocidad, superando las limitaciones de Motores actual.
Diseño de motor hipersónico versátil y estructura innovadora.
El nuevo diseño del RRDE busca proporcionar un ciclo de propulsión más eficiente y confiable. La detonación, caracterizada por su rápida combustión, genera altas presiones, comprimiendo combustible y aire con ondas de choque y liberando energía intensa.
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Este concepto es una evolución en relación con los motores de detonación pulsada (PDE) y de detonación rotativa (RDE), que presentan dificultades para mantener un empuje constante en condiciones prácticas.
¿Cómo funciona RRDE?
El RRDE utiliza palas giratorias que comprimen, encienden y expanden gases continuamente. Inspirado en los compresores de rotor ariete, permite la estabilización de las ondas de choque, aumentando la presión y el empuje de manera óptima.
La estructura del RRDE incluye un rotor con palas en patrón helicoidal, alojado en una carcasa estacionaria. A medida que el combustible y el aire pasan a través de los canales entre las palas, se producen extensión, interferencia y expansión en un sistema compacto.
Principales beneficios de RRDE
- Operación continua y estable: El diseño permite explosiones y resultados continuos, proporcionando alta presión y eficiencia.
- Flexibilidad de velocidad: Con la capacidad de operar a diferentes velocidades, el RRDE se adapta a la velocidad del rotor, haciéndolo más versátil.
- Reducción de shocks disruptivos: Minimiza la formación de ondas de choque disruptivas, asegurando un mejor rendimiento.
Este sistema se diferencia de los motores de detonación intencionada por ofrecer una propulsión más fiable, capaz de funcionar a bajas velocidades de arranque.
Para los aviones hipersónicos, el RRDE representa un avance significativo dado que los motores anteriores, como el motor de detonación oblicua y el motor de detonación pulsada, no eran tan efectivos.
Resultados de las pruebas e impacto en el rendimiento de RRDE
Las pruebas realizadas permitieron a RRDE lograr procesos de combinación, fusión y expansión en un solo rotor. Utiliza una onda de detonación fija en relación al rotor, lo que aumenta la presión y la eficiencia, destacando la sistemas actual.
El RRDE funciona suavemente a varias velocidades, simplificando el proceso de combustión. Los principales factores que determinan el rendimiento del motor son la velocidad de entrada relativa (V0), la velocidad de entrada absoluta y la relación combustible-aire (ϕ).
Desafíos y limitaciones enfrentados
A pesar de las ventajas, el desarrollo de RRDE todavía enfrenta desafíos. Los investigadores identificaron que mantener una detonación estable a velocidades más bajas es una barrera a superar.
La protección de las palas contra el calor intenso y la resistencia del rotor a velocidades hipersónicas también plantean dificultades para las predicciones completas del motor.
Las simulaciones numéricas mostraron que el RRDE tiene la capacidad de estabilizar ondas de detonación y ajustarse a diversas configuraciones de entrada.
Las pruebas prácticas utilizan una mezcla de hidrógeno y proporcionan un aumento de presión importante, con una subida del 1,6. Este rendimiento se ve reforzado al alcanzar velocidades de inyección de hasta Mach 4,2 y temperaturas de los gases de combustión cercanas a los 2.100 Kelvin (aproximadamente 1.827 °C).
Un equipo de investigadores de Tsinghua se compromete a resolver cuestiones pendientes mediante la exploración de nuevos materiales y métodos de refrigeración que podrían mejorar el diseño de RRDE.
Estos avances posicionan al RRDE como una opción viable para la propulsión hipersónica, abriendo nuevas posibilidades para viajes a alta velocidad y aplicaciones aeroespaciales.
