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Novo motor hipersônico chinês aumenta a eficiência e viabilidade de viagens em altíssimas velocidades
Pesquisadores na China introduziram um conceito inovador para motores hipersônicos, combinando tecnologias de detonação e ramjet para criar um motor mais eficiente. Uma equipe da Universidade Tsinghua, em Pequim, desenvolveu o Ram-Rotor Detonation Engine (RRDE), que integra um motor de detonação com um compressor de rotor inspirado em ramjets (tipo de motor a jato que não possui partes móveis).
Essa combinação tem o objetivo de fornecer impulso contínuo e melhorar o desempenho geral em voos de alta velocidade, superando as limitações dos motores atuais.
Design de motor hipersônico versátil e estrutura inovadora
O novo design do RRDE busca fornecer um ciclo de propulsão mais eficiente e confiável. A detonação, caracterizada por sua combustão rápida, gera altas pressões, comprimindo combustível e ar com ondas de choque e liberando energia intensa.
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Esse conceito é uma evolução em relação aos motores de detonação pulsada (PDE) e de detonação rotativa (RDE), que apresentam dificuldades em manter o impulso constante em condições práticas.
Como funciona o RRDE?
O RRDE utiliza lâminas rotativas que comprimem, inflamam e expandem gases de forma contínua. Inspirado em compressores de rotor de carneiro, ele permite a estabilização das ondas de choque, aumentando a pressão e o impulso de maneira ideal.
A estrutura do RRDE inclui um rotor com lâminas em padrão helicoidal, abrigado em um invólucro estacionário. À medida que o combustível e o ar passam pelos canais entre as lâminas, ocorre a extensão, a interferência e a expansão em um sistema compacto.
Principais benefícios do RRDE
- Operação contínua e estável: O design permite detonações contínuas e resultados, proporcionando alta pressão e eficiência.
- Flexibilidade de velocidade: Com capacidade de operar em diferentes velocidades, o RRDE se adapta à velocidade do rotor, tornando-o mais versátil.
- Redução de choques disruptivos: Minimiza a formação de ondas de choque perturbadoras, garantindo desempenho aprimorado.
Esse sistema difere dos motores de detonação intencionalmente ao oferecer uma propulsão mais confiável, capaz de operar em baixas velocidades de partida.
Para aviões hipersônicos, o RRDE representa um avanço significativo, dado que os motores anteriores, como o motor de detonação oblíqua e o motor de detonação pulsada, não eram tão eficazes.
Resultados de testes e impacto no desempenho do RRDE
Os testes realizados permitiram que o RRDE conseguisse processos de combinação, fusão e expansão em um rotor único. Ele utiliza uma onda de detonação fixa em relação ao rotor, o que aumenta a pressão e a eficiência, destacando-se os sistemas atuais.
O RRDE opera de forma suave em várias velocidades, simplificando o processo de combustão. Os principais fatores que determinam o desempenho do motor são a velocidade de entrada relativa (V0), a velocidade de entrada absoluta e a proporção combustível-ar (ϕ).
Desafios e limitações enfrentados
Apesar das vantagens, o desenvolvimento do RRDE ainda enfrenta desafios. Os pesquisadores identificaram que manter a detonação estável em velocidades mais baixas é uma barreira a ser superada.
A proteção das lâminas contra o calor intenso e a resistência do rotor em velocidades hipersônicas também representam dificuldades para as previsões completas do motor.
Simulações numéricas mostraram que o RRDE tem a capacidade de estabilizar ondas de detonação e se ajustar a diversas configurações de entrada.
Testes práticos usando uma mistura de hidrogênio e proporcionam um aumento de pressão significativo, com uma elevação de 1,6. Esse desempenho é reforçado pelo alcance de velocidades de injeção de até Mach 4,2 e temperaturas de gás de combustão próximas de 2.100 Kelvin (aproximadamente 1.827 °C).
Uma equipe de pesquisadores de Tsinghua está comprometida em resolver as questões pendentes, explorando novos materiais e métodos de resfriamento que possam aprimorar o design do RRDE.
Esses avanços colocam o RRDE como uma opção viável para propulsão hipersônica, abrindo novas possibilidades para viagens de alta velocidade e aplicações aeroespaciais.
