Na czym polega działanie silników RDE? Kontrolowana eksplozja zamiast spalania
Silniki RDE (Rotating Detonation Engine) działają w zasadniczo odmienny sposób niż konwencjonalne rozwiązania. Zamiast procesu spalania wykorzystują one ciągłą falę detonacyjną, która przemieszcza się z ogromną prędkością w pierścieniowej komorze. Podstawowa różnica tkwi w sposobie uwalniania energii. Gdy tradycyjne silniki robią to stopniowo, RDE utrzymuje kontrolowany wybuch poruszający się z prędkością sięgającą tysięcy metrów na sekundę. Taki mechanizm działania przekłada się na szereg teoretycznych korzyści. Przede wszystkim mówi się o nawet 25% wyższej wydajności w porównaniu z obecnie stosowanymi rozwiązaniami. Do tego dochodzi lepsze wykorzystanie paliwa, mniejsza emisja spalin oraz możliwość uzyskania większej mocy przy mniejszych gabarytach całej konstrukcji.
Czytaj też: Czystszy lit niż wymaga przemysł. Nowa metoda recyklingu bije na głowę dotychczasowe standardy
Problem w tym, że obiecujące teorie często rozbijają się o surowe realia inżynierii materiałowej. Wnętrze silnika RDE to środowisko, w którym panują temperatury przekraczające tysiące stopni Celsjusza, gigantyczne ciśnienie oraz gwałtowne zmiany obciążeń mechanicznych. Obecnie dostępne stopy metali nie są w stanie przez dłuższy czas wytrzymać tak destrukcyjnych warunków.
To ekscytująca okazja do zidentyfikowania przełomowych możliwości materiałowych, które mogą przyspieszyć postępy w systemach napędowych przyszłości. RDE oferuje przełomową wydajność, ale uzyskanie odpowiednich materiałów stanowi wyzwanie – wyjaśnia Natasha Vermaak z Lehigh University
Efektem są prototypy, które często ulegają awarii już po kilku cyklach pracy. Bez opracowania nowych materiałów zdolnych przetrwać długotrwałe działanie fal detonacyjnych, technologia prawdopodobnie pozostanie w sferze laboratoryjnych eksperymentów.
Projekt łączący ekspertów z różnych dziedzin. Wspólne poszukiwanie rozwiązania
Inicjatywa pod nazwą Thriving While Detonating – Materials for Extreme Dynamic Thermomechanical Performance ma charakter interdyscyplinarny. Oprócz specjalistów z Lehigh University zaangażowani są badacze z Carnegie Mellon University, University of California w Irvine, Air Force Research Laboratory oraz przedstawiciele przemysłu. Plan zakłada połączenie eksperymentów laboratoryjnych z zaawansowanymi symulacjami komputerowymi i projektowaniem wspomaganym przez uczenie maszynowe. Głównym celem jest opracowanie stopów na bazie miedzi charakteryzujących się wyjątkową wytrzymałością. Kluczowym elementem projektu będzie budowa specjalnej platformy testowej umożliwiającej szybką weryfikację różnych materiałów w warunkach zbliżonych do rzeczywistych.
Czytaj też: Zapomnij o tradycyjnej mechanice w mikroskali. Ta innowacja otworzy drzwi do niewyobrażalnych zastosowań
Chociaż prace nad silnikami detonacyjnymi trwają od lat, wciąż znajdują się one w fazie zaawansowanych badań. Firma Aerojet Rocketdyne przeprowadziła od 2010 roku ponad 520 testów, stopniowo udoskonalając konstrukcję. W 2020 roku Siły Powietrzne USA zaprezentowały działający model generujący ciąg około 90 kilogramów. Przełomem okazały się testy w kosmosie wykonane przez japońską agencję JAXA w 2021 roku, które potwierdziły funkcjonalność technologii w warunkach próżni. Gdyby udało się rozwiązać kwestię trwałości materiałów, silniki RDE mogłyby znaleźć zastosowanie w różnych obszarach. Wyższa wydajność oznaczałaby niższe koszty wynoszenia ładunków na orbitę, co przełożyłoby się na rozwój nawigacji satelitarnej, systemów obserwacji Ziemi czy łączności.