Antriebssystem für Überschallflüge

Die Forscher entwickelten ein Antriebssystem, das den Weg für Hyperschallflüge ebnen könnte, beispielsweise für die Reise von New York nach Los Angeles in weniger als 30 Minuten. Sie entwickelten eine Möglichkeit, die für den Hyperschallantrieb erforderliche Detonation zu stabilisieren, indem sie eine spezielle Hyperschall-Reaktionskammer für Düsentriebwerke schufen.

Es wird intensiviert, robuste Antriebssysteme für Hyperschall- und Überschallflüge zu entwickeln, die einen Flug durch die Atmosphäre mit sehr hohen Geschwindigkeiten ermöglichen und auch einen effizienten Eintritt in und Austritt aus planetaren Atmosphären ermöglichen. Die Stabilisierung einer Detonation – die stärkste Form intensiver Reaktion und Energiefreisetzung – hat das Potenzial, Hyperschallantriebs- und Energiesysteme voranzutreiben.

Das System könnte Flugreisen mit Geschwindigkeiten von Mach 6 bis 17 ermöglichen, was mehr als 4.600 bis 13.000 Meilen pro Stunde entspricht. Die Technologie nutzt die Kraft einer schrägen Detonationswelle, die mithilfe einer abgewinkelten Rampe in der Reaktionskammer gebildet wurde, um eine detonationsauslösende Stoßwelle für den Antrieb zu erzeugen. Im Gegensatz zu rotierenden Detonationswellen, die sich drehen, sind schräge Detonationswellen stationär und stabilisiert.

Die Technologie verbessert die Effizienz von Düsenantriebsmotoren, sodass mehr Leistung erzeugt wird, während weniger Kraftstoff verbraucht wird als bei herkömmlichen Antriebsmotoren, wodurch die Kraftstoffbelastung verringert und Kosten und Emissionen gesenkt werden. Neben schnelleren Flugreisen könnte die Technologie auch in Raketen für Weltraummissionen eingesetzt werden, wodurch sie leichter werden, weiter reisen und sauberer brennen.

Detonationsantriebssysteme werden seit mehr als einem halben Jahrhundert untersucht, waren jedoch aufgrund der verwendeten chemischen Treibmittel oder der Art und Weise, wie sie gemischt wurden, nicht erfolgreich. Frühere Arbeiten des Forschungsteams überwanden dieses Problem, indem sie die Rate der in den Motor freigesetzten Treibmittel Wasserstoff und Sauerstoff sorgfältig ausbalancierten, um den ersten experimentellen Beweis einer rotierenden Detonation zu schaffen.

Die kurze Dauer der Detonation, die oft nur für Mikrosekunden oder Millisekunden auftritt, macht sie schwierig zu untersuchen und unpraktisch für die Verwendung. Die Forscher waren jedoch in der Lage, die Dauer einer Detonationswelle für drei Sekunden aufrechtzuerhalten, indem sie eine neue Hyperschall-Reaktionskammer schufen, die als Hyperschall-Hochenthalpie-Reaktionsanlage (HyperREACT) bekannt ist. Die Anlage enthält eine Kammer mit einer 30-Grad-Winkelrampe in der Nähe der Treibmittelmischkammer, die die schräge Detonationswelle stabilisiert.

Die nächsten Schritte für die Forschung sind die Hinzufügung neuer Diagnose- und Messinstrumente, um ein tieferes Verständnis der Phänomene zu erlangen. Das Team wird weitere experimentelle Konfigurationen untersuchen, um die Kriterien, mit denen eine schräge Detonationswelle stabilisiert werden kann, genauer zu bestimmen. Wenn es gelingt, diese Technologie voranzutreiben, könnte der detonationsbasierte Hyperschallantrieb in den kommenden Jahrzehnten in die atmosphärische und Raumfahrt des Menschen implementiert werden.