Motor de Detonação Promete Foguetes Melhores e Mais Baratos
Olá leitor!
Segue abaixo uma interessante notícia postada hoje (07/05)
no site “Inovação Tecnológica” destacando que Motor de Detonação promete
Foguetes melhores e mais baratos.
Duda Falcão
ESPAÇO
Motor de Detonação Promete Foguetes Melhores e Mais Baratos
Redação do Site Inovação Tecnológica
07/05/2020
[Imagem: James Koch/Universidade de Washington]
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Protótipo do motor de detonação rotativa usado por Koch
para desenvolver seu modelo.
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Motor-Foguete de Detonação
É preciso muito combustível para lançar algo no espaço
usando um foguete - várias vezes mais combustível do que carga útil.
Mas pode haver opções mais leves e mais baratas: um tipo
especial de motor-foguete, chamado motor de detonação rotativa, promete tornar
os foguetes
não apenas mais econômicos, mas também mais leves e menos complicados de se
construir.
Há apenas um problema: Até hoje, esse tipo de motor
tem-se mostrado imprevisível demais para ser usado em um foguete real.
Um motor de foguete convencional funciona queimando
continuamente o combustível e, em seguida, empurrando-o para fora da parte traseira
do motor, criando empuxo que faz o foguete subir. Mas subir de forma controlada
exige um adicional nada desprezível, na forma de máquinas e bombas para
direcionar e controlar a reação de combustão.
Em um motor de detonação, por sua vez, o que há é uma
sequência de explosões pulsadas, com a onda de choque fazendo naturalmente tudo
por conta própria, sem precisar da ajuda de equipamentos acessórios.
"Um mecanismo de detonação rotativa adota uma
abordagem diferente de como ele queima o propelente. Ele é feito de cilindros
concêntricos. O propelente flui no espaço 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 movem mais rápido
que a velocidade do som.
"Esse processo de combustão é literalmente uma
detonação - uma explosão - mas, após essa fase inicial de partida, o que vemos
é uma sequência de pulsos de combustão estáveis, que continuam consumindo o
propelente disponível. Isso produz alta pressão e temperatura que impulsionam
os gases de exaustão na parte traseira do motor em alta velocidade, o que gera
empuxo," explica James Koch, da Universidade de Washington, nos EUA.
[Imagem: James Koch et al. -
10.1103/PhysRevE.101.013106]
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Diagrama do motor de detonação.
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Modelo Matemático
O problema é que, mesmo com toneladas de dados gerados
por experimentos realizados desde a década de 1960, até hoje os físicos e
engenheiros não entendem o que está acontecendo dentro do motor. Afinal, uma
vez que você detona algo, ele simplesmente explode de forma violenta - ou para
de explodir, e o motor morre.
Então, Koch decidiu desenvolver um modelo matemático que
descreva em detalhes, passo a passo no tempo, como funcionam os motores de
detonação.
Para isso, ele desenvolveu um motor experimental de
detonação rotativa que permite controlar diferentes parâmetros, incluindo o
crítico espaçamento entre os cilindros. Em seguida, ele gravou os processos de
combustão com uma câmera de alta velocidade. Cada experimento dura apenas 0,5
segundo, mas uma câmera que grava 240.000 quadros por segundo permitiu ver o
que estava acontecendo dentro do motor em câmera lenta.
Com os dados, a equipe conseguiu desenvolver um modelo
matemático que permitiu pela primeira vez prever as condições nas quais um
motor de detonação rotativa se torna estável ou instável. O modelo também
permite avaliar o desempenho de um motor específico.
"Meu objetivo aqui era apenas reproduzir o
comportamento dos pulsos que vimos - garantir que a saída do modelo seja
semelhante aos nossos resultados experimentais," disse Koch. "Eu
identifiquei a física subjacente e como [os pulsos] interagem. Agora eu posso
pegar o que fiz aqui e torná-lo quantitativo. A partir daí, poderemos conversar
sobre como criar um motor melhor".
[Imagem: Afthon/Divulgação]
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Foguete a Hidrogênio
Jonathan Sosa e Kareem Ahmed, da Universidade da Flórida
Central, também estão trabalhando no seu próprio motor de detonação, mas eles
adotaram uma abordagem mais prática: encontrar o melhor propelente para manter
o foguete estável.
"Nosso estudo apresenta, pela primeira vez,
evidências experimentais de uma detonação segura e funcional de um propulsor de
hidrogênio e oxigênio em um motor de foguete de detonação rotativa," disse
Ahmed.
Em seu protótipo, as explosões sequenciais são
sustentadas pela injeção de hidrogênio
e oxigênio no sistema, nas quantidades certas.
"Nós tivemos que ajustar os tamanhos dos jatos que
liberam os propelentes para melhorar a mistura de uma composição local do
hidrogênio e do oxigênio," disse Ahmed. "Então, quando a explosão
giratória ocorre nesta mistura fresca, ela ainda continuará sustentada. Porque
se a mistura tiver sua composição ligeiramente diferente, ela tenderá a
desinflar ou queimar lentamente, em vez de detonar."
Os resultados práticos com o hidrogênio já ecoaram pela
comunidade científica, com várias equipes anunciando que irão desengavetar seus
protótipos e testar o controle da mistura de hidrogênio. De posse do modelo
matemático desenvolvido por Kock, agora há uma chance real de que os
motores-foguete de detonação possam sair das pranchetas e criar uma nova
geração de foguetes menores e mais baratos.
Bibliografia:
Artigo: Mode-locked rotating detonation waves:
Experiments and a model equation
Autores: James Koch, Mitsuru Kurosaka, Carl Knowlen, J.
Nathan Kutz
Revista: Combustion and Flame
Vol.: 101, 013106
DOI: 10.1103/PhysRevE.101.013106
Artigo: Experimental evidence of H2/O2 propellants
powered rotating detonation waves
Autores: Jonathan Sosa, Robert Burke, Kareem A. Ahmed,
Daniel J. Micka, John W. Bennewitz, Stephen A. Danczyk, Eric J. Paulson,
William A. Hargus Jr
Revista: Physical Review E
Vol.: 214, Pages 136-138
DOI: 10.1016/j.combustflame.2019.12.031
Fonte: Site Inovação Tecnológica - https://www.inovacaotecnologica.com.br
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