Um tipo de motor de foguete antes considerado impossível acabou de ser acionado no laboratório. Os engenheiros construíram e testaram com sucesso o que é conhecido como um mecanismo de detonação rotativo, que gera impulso por meio de uma onda de detonação auto-sustentável que viaja em torno de um canal circular.

Como esse motor requer muito menos combustível do que os motores de combustão atualmente usados ​​para acionar foguetes, poderá eventualmente significar um meio mais eficiente e muito mais leve de colocar nossos navios no espaço.

“O estudo apresenta, pela primeira vez, evidências experimentais de uma detonação segura e em funcionamento de propulsores de hidrogênio e oxigênio em um motor de foguete de detonação rotativo”, disse o engenheiro aeroespacial Kareem Ahmed, da Universidade da Flórida Central.

A idéia do mecanismo de detonação rotativo remonta à década de 1950. Consiste em uma câmara de impulso em forma de anel – anular – criada por dois cilindros de diâmetros diferentes empilhados um dentro do outro, criando um espaço entre eles.

Combustível gasoso e oxidante são então injetados nesta câmara através de pequenos orifícios e inflamados. Isso cria a primeira detonação, que produz uma onda de choque supersônica que salta ao redor da câmara. Essa onda de choque acende a próxima detonação, que acende a próxima, e assim por diante, produzindo uma onda de choque supersônica em andamento para gerar impulso.

Isso deve produzir mais energia com menos combustível em comparação à combustão, e é por isso que o Exército dos EUA está investigando e financiando; essa nova pesquisa foi financiada pela Força Aérea dos EUA e não é o único projeto desse tipo que os militares estão investigando.

Na prática, no entanto, há uma razão pela qual os foguetes geralmente são alimentados por combustão interna, na qual o combustível e o oxidante são misturados para produzir uma reação mais lenta e controlada para gerar empuxo.

A detonação é caótica e muito mais difícil de controlar. Para que a coisa toda não exploda – literalmente – na sua cara, tudo precisa ser calibrado com precisão.

O combustível usado, a proporção do oxidante, o tamanho dos furos, o tamanho da câmara anular, o tamanho e a forma do reator, quando e onde o combustível é injetado – todos precisam ser considerados e mudados em relação a cada de outros. Por exemplo, tipos diferentes de combustível podem exigir orifícios de injeção de diferentes tamanhos ou formas.

Esse ajuste é o que Ahmed e sua equipe estão trabalhando. Eles criaram um equilíbrio cuidadoso de hidrogênio e oxigênio e o testaram em seu mecanismo de teste, um pequeno foguete de detonação rotativo de 7,6 centímetros (3 polegadas), modelado após o projetado pelo Laboratório de Pesquisa da Força Aérea dos EUA.

“Temos que ajustar os tamanhos dos jatos que liberam os propulsores para melhorar a mistura de uma mistura local de hidrogênio e oxigênio”, explicou Ahmed.

“Então, quando a explosão giratória ocorrer para esta mistura fresca, ela ainda será mantida. Porque se a sua composição estiver ligeiramente desligada, ela tenderá a desinflar ou queimar lentamente, em vez de detonar”.

(Sosa et al., Combustão e chama, 2020)

Para mostrar que a plataforma funcionava, a equipe também injetou um marcador de metano no hidrogênio e usou uma câmera de alta velocidade para capturar as ondas de detonação. Dizem que suas imagens mostram detonações contínuas de cinco ondas em co-rotação, movendo-se no sentido anti-horário.

Se puder ser ampliada, essa tecnologia poderá aliviar significativamente as cargas úteis de foguetes e reduzir os custos de lançamentos de foguetes, mas também possui outras aplicações em potencial. Em 2012, a Marinha dos EUA previu que os motores de detonação rotativos poderiam resultar em uma redução de 25% no uso de combustível em seus navios e reduzir de 300 a 400 milhões de sua conta de combustível anual de US$ 2 bilhões.

“Esses resultados da pesquisa já estão repercutindo em toda a comunidade internacional de pesquisas”, disse William Hargus, do Programa de Motor de Foguetes de Detonação Rotativa do Laboratório de Pesquisa da Força Aérea.

“Vários projetos estão agora reexaminando a combustão de detonação de hidrogênio nos motores de foguetes de detonação rotativos devido a esses resultados. Estou muito orgulhoso de estar associado a essa pesquisa de alta qualidade”. Finaliza Hargus.

A pesquisa foi publicada em Combustion and Flame.

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