Hypersonický detonační test otevírá dveře ultrarychlému pohonu  
Bylo by skvělé mít pohon, s nímž by bylo možné létat rychlostí Mach 17 a vzlétnout s ním ze zemského povrchu až na oběžnou dráhu. Úspěšný explozivní experiment experimentálního rázového ramjetu (Shock-Ramjet Engine) otevírá cestu pro vývoj pohonu, který zkrotí sílu detonací a promění je na tah.
Poletíme na oběžnou dráhu s rázovým ramjetem? Kredit: NASA / Daniel Rosato / UCF.
Poletíme na oběžnou dráhu s rázovým ramjetem? Kredit: NASA / Daniel Rosato / UCF.

Vývojáři letadel a kosmoplánů si dělají zálusk na nové typy pohonů, které zajistí velmi rychlé lety, jak v atmosféře, tak i ze Země na oběžnou dráhu a zpět, bez přídavných raketových stupňů. Slibný je v tomto směru pohon, který spoléhá na nepřetržitou sekvenci detonací. Tento překvapivě jednoduchý pohon se ukrývá pod řadou pozoruhodných jmen. Asi nejjednodušeji se mu říká „rázový ramjet“ (Shock-Ramjet Engine). Další možností je Shock-Induced Combustion Ramjet Engine, čili Shcramjet nebo případně Oblique Detonation Wave Engine (ODWE) anebo také Standing Oblique Detonation Ramjet (Sodramjet).

 

Doposud to byla prakticky jen teorie. Tým americké University of Central Florida nedávno spáchal explozivní experiment, který zásadním způsobem otevírá cestu k vývoji technologie a pohonu rázového či detonačního ramjetu.

 

Detonace je prudké hoření, při které se rázová (v tomto případě též detonační) vlna šíří nadzvukovou rychlostí, jak jsme měli všichni možnost vidět například při extrémní detonaci loni v Bejrútu. A jak bylo jasně patrné, detonace nese ohromné množství energie. Bylo by skvělé ji spoutat do pohonu letounu či kosmoplánu. Problém je ale v tom, že detonace jsou ze své podstaty dost nezvladatelné.

 

Logo. Kredit: University of Central Florida.
Logo. Kredit: University of Central Florida.

Kareem Ahmed a jeho spolupracovníci učinili významný krok k realizaci rázového ramjetu. Sestavili experiment, který jim umožnil zkrotit detonaci. Dokázali udržet detonaci směsi vzduchu a vodíku v zafixované podobě po několik sekund. To by se mohlo stát základem budoucího rázového ramjetu. Jak říká Ahmed, jejich cílem je „zmrazit“ detonaci v prostoru a v maximální možné míře zužitkovat její energii k pohonu. Když to dokážeme, tak budeme létat ultrarychle.

 

Experiment Ahmedova týmu představuje průlom po desetiletích teoretického výzkumu tohoto typu pohonu. Rázový pohon funguje tak, že v něm proudí směs paliva a vzduchu hypersonickou rychlostí. Při tom vznikají rázové vlny, které rychle zahřejí směs paliva se vzduchem a zažehnou tím její detonaci, při níž z motoru vylétnou vysokou rychlostí spaliny. Výsledkem toho všeho je mohutný tah pohonu.

 

Schéma experimentálního rázového ramjetu. Kredit: University of Central Florida.
Schéma experimentálního rázového ramjetu. Kredit: University of Central Florida.

Detonace směsi paliva se vzduchem zaručují, že tento pohon je nesmírně účinný. Téměř stoprocentně. Rázový ramjet by teoreticky mohl dosáhnout rychlosti kolem Mach 17. To by mělo stačit na to, aby se stroj s tímto pohonem dostal z povrchu až na oběžnou dráhu, aniž by potřeboval odstartovat na raketovém stupni.

 

Po experimentu Ahmeda a spol. může následovat další vývoj pohonu. Budou ladit palivovou směs, rychlost vzduch v pohonu a geometrii pohonu, aby co nejlépe stabilizovali detonace a využili je ke tvorbě tahu. Ahmed se netají tím, že po jejich úspěchu už to budou spíše problémy technického rázu. Časem se ukáže, nakolik je rázový ramjet životaschopný.

 

Literatura

Science Alert 12. 5. 2021.

PNAS 118: e2102244118.

Datum: 12.05.2021
Tisk článku

Související články:

Budeme létat do vesmíru s plazmovými tryskovými motory?     Autor: Stanislav Mihulka (21.05.2017)
Startup Hermeus vyvíjí dopravní letoun o rychlosti až Mach 5     Autor: Stanislav Mihulka (17.05.2019)
Extravagantní MEGA pohon by mohl doletět až ke hvězdám     Autor: Stanislav Mihulka (05.09.2020)



Diskuze:

V podstatě jen oprášili

František Kalva,2021-05-13 12:07:42

pulzační raketový motor z V-1 (nebo možná viděli Trampoty rodiny Smolíkovy, jak Ládínek letí na brokovnici). Faktem je, že už od mládí jsem si říkal, že tenhle princip, výrobně i provozně extrémně jednoduchý a spolehlivý, by si zasloužil další výzkum. Technologická a materiálová úroveň to asi neumožňovala, ale teď je situace jiná. Možná, že tohle je opravdu další cesta vpřed a ne slepá ulička. Nesporně perspektivní možnost, samozřejmě ale ten hlavní problém z V-1 zůstává - prvotní zrychlení na start provozních možností.

Odpovědět


Re: V podstatě jen oprášili

Jan Novák9,2021-05-13 14:05:49

Vzhledem k tomu že vedoucí týmu se jmenuje Ahmed, tak inspirace výbuchy asi nebude ze seriálu o rodině Smolíkových... :-))

Odpovědět


Re: V podstatě jen oprášili

Jan Přibyl,2021-05-16 13:13:11

Já to z článku pochopil tak, že tady jde defakto o jednu nekonečnou detonaci, nikoliv serii detonací jako v případě V1.

Odpovědět


Re: V podstatě jen oprášili

Josef Hrncirik,2021-05-17 09:25:42

Barnum to vždy myslí velmi dobře.

3.ř - nepřetržitou sekvencí detonací zde výjimečně není míněn pulzační motor ani stále neúspěšné letové zkoušky, ani ev. poněkud vibrující (cca „plamen“ reakční detonační zóny (vlny) alébrž jen a pouze tato reakční zóna, ideálně jakž takž stacionární v prostoru těsně za kritickým průřezem náporové trysky a pokud možno stacionární i časově, nehledě na proměnlivou výšku a rychlost letu ev. po(s)tupně vyhořívající trysku.
K tomu nám dopomáhej Wotan i Svatá Barbar!

Odpovědět


Re: Re: V podstatě jen oprášili

Josef Hrncirik,2021-05-17 11:22:00

Obr.1 představuje hyper?sonický letoun propíchávající řídkou studenou atmosféru ?-80°C rychlostí M17 , tj. jen? cca 17.0,33 . (213K/293K)**0,5 = 4,78 km/s. Do kosmu stále „dále“ než do Číny! Nezadržitelně to táhne podvěšený náporový motor, ze kterého zbůhdarma tryská žhavý plamen, místo aby řádně chládl při expanzi v trysce, aby se dokázal urychlit na cca oněch 4,8 km/s a tím vytvořil bilancí hybnosti vstupujícího a vystupujícího proudu tah požadovaný na nápor do motoru a především na aerodynamický odpor letounu M17. Malá přídavek vodíku hmotnost proudu výrazně nezvýší. Vzduch vstupující do motoru (trysky) má při 4,8 km/s entalpii cca 11,5 MJ/kg (při zastavení by měl teplotu cca 10 kK) a stechiometrickým spálením vodíku se zvýší jen o 0,23 MJ na 2 g vodíku, tj. spaliny pak mají entalpii 11,3+2.1,57=14,5 MJ/kg tj. max dosažitelnou rychlost výtoku 5,4 km/s pokud by expanze byla plně vratná (izoentropická), což není ani v podzvukové turbíně (izoentropická účinnost plynové turbíny je cca 0,9). Při M17 je max. efektivní přidaný impulz do nasátého vzduchu jen cca 600 N.s/kg a měl by pokrýt aerodynamický odpor letounu i nutný nápor do trysky. Při 90% účinnosti trysky by využitelný spád entalpie byl jen cca 0,9.14,5=13,1 MJ/kg tj. výtok 5,1 km/s a přidaný impulz tedy jen cca 300 N.s/kg nasátého vzduchu.
Odhadne někdo teplotu v kritickém průřezu trysky (namáhání, samozážeh), nutnou délku trysky, teplotu pláště letounu, aerodynamický odpor (součinitel) při M17?
Jaký součinitel odpor proti letu by měla tryska průřezu 1 m2 s kompresí 100 a následující expanzí rovněž 100 poletující si od 0,1M do oněch 17M? Nulový určitě ne.

Odpovědět

Pavol Hudák,2021-05-13 11:29:49

No neviem si to moc predstavit. Detonacia je razova vlna ktora prechadza materialom a cerstvy material iniciuje narazom(podobne ako keby po nitroglycerine udriete kladivom na kovadline https://youtu.be/JjmH8pU5K9o). Aby bola razova vlna staticka, musel by proti nej prudit vybusny material rychlostou prave takou ako stiha detonovat. Co je u vodika mozno 5km/s.

Odpovědět

Zátěž pro prostředí

Josef Nýč,2021-05-13 07:27:53

Pokud by to snížilo důsledky startů pro prostředí v okolí startů, bylp by to dobré.

Odpovědět



Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace