Se necesita mucho combustible para lanzar algo fuera de la Tierra. El envío del transbordador espacial de la NASA a la órbita requirió más de 1600 toneladas de combustible, lo que equivale al peso de unos 26 tanques M1 Abrams.
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| Crédito de las imágenes: James Koch / Universidad de Washington |
Se necesita mucho combustible para lanzar algo fuera de la Tierra. El envío del transbordador espacial de la NASA a la órbita requirió más de 1600 toneladas de combustible, lo que equivale al peso de unos 26 tanques M1 Abrams. Pero ahora investigadores de la Universidad de Washington, en Seattle estado de Washington (no confundir con la capital Washington DC), han desarrollado un nuevo tipo de motor, llamado motor de detonación giratoria, que promete hacer cohetes no solo más eficientes en combustible sino también más ligeros y menos complicados de construir.
Aunque de momento hay un problema, el motor es demasiado impredecible como para ser utilizado en un cohete real y sobrevivir al intento.
Los investigadores han desarrollado un modelo matemático que describe cómo funcionan estos motores. Con esta información, los ingenieros pueden, por primera vez, desarrollar pruebas para mejorar los nuevos motores y hacerlos más estables. El equipo publicó estos hallazgos el 10 de enero en Physical Review 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, cómo obtener el motor de mayor rendimiento, y luego boom, resultó que funciona".
¿Cómo 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 rápida liberación de calor forma una onda de choque, un fuerte pulso de gas con una presión y temperatura significativamente, más altas de las de un motor normal, 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 propelente disponible. Esto produce alta presión y temperatura que expulsa el escape por la parte trasera del motor a altas velocidades, lo que puede generar empuje”.
Para comenzar la reacción, el propulsor fluye en el espacio entre los cilindros y, después del encendido, la liberación rápida de calor forma una onda de choque (comienza a los 11 segundos). Después de esta fase de inicio, se forman varios pulsos de combustión estables que continúan consumiendo el propelente disponible.
Los motores convencionales usan mucha maquinaria para dirigir y controlar la reacción de combustión, de modo que genere el impulso necesario para lanzar el cohete. Pero en un motor de detonación giratoria, la onda de choque hace todo el trabajo de forma natural sin necesidad de la ayuda adicional de las piezas del motor.
"Los choques impulsados por la combustión comprimen naturalmente el flujo a medida que viajan alrededor de la cámara de combustión", dijo Koch. “La desventaja de eso es que estas detonaciones tienen ideas propias. Una vez que detonas algo, simplemente desaparece. Es muy violento".
"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. “Identifiqué la física dominante y cómo interactúan. Ahora puedo 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 artículo. Esta investigación fue financiada por la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea de EE. UU. Y la Oficina de Investigación Naval.
FUENTE: Nota de prensa de la Universidad de Washington
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