Se necesita mucho combustible para lanzar algo al espacio. Poner en órbita el transbordador espacial de la NASA requirió más de 3,5 millones de libras de combustible, que pesa unas 15 veces más que una ballena azul.

Pero un nuevo tipo de motor, llamado motor de detonación giratoria, promete hacer que los cohetes no solo sean más eficientes en el consumo de combustible, sino también más livianos y menos complicados de construir. Solo hay un problema:en este momento, este motor es demasiado impredecible para usarse en un cohete real.

Investigadores de la Universidad de Washington han desarrollado un modelo matemático que describe cómo funcionan estos motores. Con esta información, los ingenieros pueden, por primera vez, Desarrollar pruebas para mejorar estos motores y hacerlos más estables. El equipo publicó estos hallazgos el 10 de enero en Revisión física E .

"El campo del motor de detonación giratorio aún está en su infancia. Tenemos toneladas de datos sobre estos motores, pero no entendemos lo que está pasando "dijo el autor principal James Koch, estudiante de doctorado de la UW en aeronáutica y astronáutica. "Traté de reformular nuestros resultados mirando las formaciones de patrones en lugar de hacer una pregunta de ingeniería, como cómo obtener el motor de mayor rendimiento, y luego boom, resultó que funciona ".

Un motor de cohete convencional funciona quemando propelente y luego empujándolo hacia afuera de la parte trasera del motor para crear empuje.

"Un motor de detonación giratorio adopta un enfoque diferente sobre cómo quema el propulsor, "Dijo Koch." Está hecho de cilindros concéntricos. El propulsor fluye en el espacio entre los cilindros, y, después de la ignición, la rápida liberación de calor forma una onda de choque, un fuerte pulso de gas con una presión y temperatura significativamente más altas 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 puesta en marcha, vemos que se forman una serie de pulsos de combustión estables que continúan consumiendo el propulsor disponible. Esto produce alta presión y temperatura que expulsa los gases de escape por la parte trasera del motor a altas velocidades, que puede generar empuje ".

Los motores convencionales utilizan mucha maquinaria para dirigir y controlar la reacción de combustión de modo que genere el trabajo necesario para propulsar el motor. Pero en un motor de detonación giratorio, naturalmente, la onda de choque hace todo sin necesidad de ayuda adicional de las piezas del motor.

"Los amortiguadores impulsados ​​por 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 mente propia. Una vez que detonas algo, simplemente va. Es tan violento ".

Para intentar poder describir cómo funcionan estos motores, Los investigadores primero desarrollaron un motor de detonación rotatorio experimental donde podían controlar diferentes parámetros, como el tamaño del espacio entre los cilindros. Luego registraron los procesos de combustión con una cámara de alta velocidad. Cada experimento tardó solo 0,5 segundos en completarse, pero los investigadores registraron estos experimentos en 240, 000 fotogramas por segundo para que pudieran ver lo que estaba sucediendo en cámara lenta.

Desde allí, los investigadores desarrollaron un modelo matemático para imitar lo que vieron en los videos.

“Este es el único modelo en la literatura que actualmente es capaz de describir la dinámica diversa y compleja de estos motores de detonación rotativos que observamos en experimentos, "dijo el coautor J. Nathan Kutz, profesor de matemáticas aplicadas de la Universidad de Washington.

El modelo permitió a los investigadores determinar por primera vez si un motor de este tipo sería estable o inestable. También les permitió evaluar qué tan bien estaba funcionando un motor específico.

"Este nuevo enfoque es diferente de la sabiduría convencional en el campo, y sus amplias aplicaciones y nuevos conocimientos fueron una completa sorpresa para mí, "dijo el coautor Carl Knowlen, profesor asociado de investigación de la UW en aeronáutica y astronáutica.

En este momento, el modelo no está listo para que lo utilicen los ingenieros.

"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." He identificado la física dominante y cómo interactúan. Ahora puedo tomar lo que he hecho aquí y convertirlo en cuantitativo. A partir de ahí, podemos hablar sobre cómo hacer un mejor motor ".