É preciso muito combustível para lançar algo no espaço. O envio do ônibus espacial da NASA para a órbita exigiu mais de 3,5 milhões de libras de combustível, que é cerca de 15 vezes mais pesado do que uma baleia azul.

Mas um novo tipo de motor - chamado de motor de detonação rotativo - promete tornar os foguetes não apenas mais eficientes em termos de combustível, mas também mais leves e menos complicados de construir. Só há um problema:no momento, esse motor é muito imprevisível para ser usado em um foguete real.

Pesquisadores da Universidade de Washington desenvolveram um modelo matemático que descreve como esses motores funcionam. Com esta informação, engenheiros podem, pela primeira vez, desenvolver testes para melhorar esses motores e torná-los mais estáveis. A equipe publicou essas descobertas em 10 de janeiro em Revisão Física E .

"O campo dos motores de detonação rotativa ainda está em sua infância. Temos toneladas de dados sobre esses motores, mas não entendemos o que está acontecendo, "disse o autor principal James Koch, um estudante de doutorado da UW em aeronáutica e astronáutica. "Tentei reformular nossos resultados observando as formações de padrão em vez de fazer uma pergunta de engenharia - como obter o motor de melhor desempenho - e então bum, descobriu-se que funciona. "

Um motor de foguete convencional funciona queimando propelente e, em seguida, empurrando-o para fora da parte de trás do motor para criar empuxo.

"Um motor de detonação rotativo tem uma abordagem diferente de como queima o propelente, "Koch disse." É feito de cilindros concêntricos. O propulsor flui na lacuna entre os cilindros, e, após a ignição, a rápida liberação de calor forma uma onda de choque, um forte pulso de gás com pressão e temperatura significativamente mais altas que se move mais rápido do que a velocidade do som.

"Este processo de combustão é literalmente uma detonação - uma explosão - mas por trás desta fase inicial de partida, vemos uma série de pulsos de combustão estáveis ​​se formando que continuam a consumir o propelente disponível. Isso produz alta pressão e temperatura que impulsiona o escapamento pela parte de trás do motor em altas velocidades, que pode gerar impulso. "

Os motores convencionais usam muitas máquinas para direcionar e controlar a reação de combustão de forma que ela gere o trabalho necessário para impulsionar o motor. Mas em um motor de detonação rotativo, a onda de choque naturalmente faz tudo sem a necessidade de ajuda adicional das peças do motor.

"Os choques causados ​​pela combustão naturalmente comprimem o fluxo à medida que se deslocam ao redor da câmara de combustão, "Koch disse." A desvantagem disso é que essas detonações têm uma mente própria. Depois de detonar algo, simplesmente vai. É tão violento. "

Para tentar descrever como esses motores funcionam, os pesquisadores primeiro desenvolveram um motor de detonação rotativo experimental onde podiam controlar diferentes parâmetros, como o tamanho da lacuna entre os cilindros. Em seguida, eles registraram os processos de combustão com uma câmera de alta velocidade. Cada experimento levou apenas 0,5 segundos para ser concluído, mas os pesquisadores registraram esses experimentos em 240, 000 quadros por segundo para que pudessem ver o que estava acontecendo em câmera lenta.

De lá, os pesquisadores desenvolveram um modelo matemático para imitar o que viram nos vídeos.

"Este é o único modelo na literatura atualmente capaz de descrever a dinâmica diversa e complexa desses motores de detonação rotativos que observamos em experimentos, "disse o co-autor J. Nathan Kutz, um professor de matemática aplicada da UW.

O modelo permitiu aos pesquisadores determinar pela primeira vez se um motor desse tipo seria estável ou instável. Também permitiu que avaliassem o desempenho de um motor específico.

"Esta nova abordagem é diferente da sabedoria convencional na área, e suas amplas aplicações e novos insights foram uma surpresa para mim, "disse o co-autor Carl Knowlen, um professor associado de pesquisa UW em aeronáutica e astronáutica.

No momento, o modelo não está totalmente pronto para ser usado pelos engenheiros.

"Meu objetivo aqui era apenas reproduzir o comportamento dos pulsos que vimos - para garantir que a saída do modelo seja semelhante aos nossos resultados experimentais, "Koch disse." Eu identifiquei a física dominante e como eles interagem. Agora posso pegar o que fiz aqui e torná-lo quantitativo. A partir daí, podemos falar sobre como fazer um motor melhor. "