Ein Motor, der eine Stoßwelle in einen stabilen Antrieb umwandeln kann: Das ist die Idee hinter einem kürzlich erzielten technologischen Fortschritt. In China hat ein Forscherteam ein System entwickelt, das Überschallfahrzeuge und die damit verbundenen Herausforderungen ihrer Antriebe neu definieren könnte.
Bild: Tsinghua-Universität
Seit den 1950er Jahren wecken Detonationsmotoren wachsendes Interesse in der Luftfahrttechnik. Diese Motoren nutzen die Kraft von Überschallverbrennungswellen, um die Energieeffizienz zu steigern. Ihre Verbreitung wird jedoch nach wie vor durch die Instabilität des Schubs und bisher unüberwindbare technische Herausforderungen begrenzt.
Vor diesem Hintergrund hat die Tsinghua-Universität in Peking den Ram-Rotor-Detonations-Motor (RRDE) vorgestellt. Durch die Kombination eines vom Ram-Rotor inspirierten Kompressors mit einer rotativen Detonation bietet dieser Motor einen kontinuierlichen Betrieb – ein Durchbruch für diese Art von Antrieb.
Das Funktionsprinzip basiert auf einem geschlossenen Kreislauf: Luft wird komprimiert, mit Kraftstoff vermischt und durch Stoßwellen entzündet, wodurch ein konstanter Schub erzeugt wird. Dieses System gewährleistet eine außergewöhnliche Stabilität, sogar bei Geschwindigkeiten von bis zu Mach 4,2, wie in durchgeführten Tests gezeigt wurde.
Die Forscher erklären, dass sich dieser Motor durch eine kompakte Bauweise und außergewöhnliche Effizienz auszeichnet. Der Rotor mit seinen schraubenförmigen Schaufeln optimiert die Kompression des Luft-Kraftstoff-Gemisches unter idealen Bedingungen für eine regelmäßige Detonation – unabhängig von den einströmenden Flüssen.
Typische Strukturen der RRDEs.
(a) Schema zur Variierung der Blattdicke;
(b) Schema zur Variierung der radialen Abmessungen des Rotors.
Darüber hinaus haben numerische Simulationen bestätigt, dass die Detonation in der vorgeschlagenen Konfiguration stationär bleibt. Dies ermöglicht Anpassungen an Variationen von Parametern wie Luftstrom oder Kraftstoffanreicherung und garantiert somit robuste Leistung.
Trotz dieser Erfolge gibt es noch Hindernisse. Die Stabilisierung der Detonationswellen und das Wärmemanagement gehören zu den Herausforderungen, die es zu bewältigen gilt. Das Team betrachtet diese Hürden jedoch als wesentliche Schritte auf dem Weg zu einem breiten Einsatz.
Sollten diese Bemühungen erfolgreich sein, könnte der RRDE zu einer unverzichtbaren Lösung für Überschallfahrzeuge werden und neue Perspektiven in der Luftfahrt und Raumfahrt eröffnen.
Was ist ein rotativer Detonationsmotor?
Ein rotativer Detonationsmotor ist eine Art von Motor, der Detonationswellen zur Erzeugung von Schub nutzt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Verbrennungsmotoren verwendet er Überschall-Verbrennung, bei der eine Stoßwelle durch ein Luft-Kraftstoff-Gemisch läuft und dabei effizient Energie freisetzt.
In diesem Motor konzentriert eine ringförmige Kammer die Detonationswellen, die um eine zentrale Achse rotieren. Diese Rotation ermöglicht eine kontinuierliche Verbrennung und eliminiert Unterbrechungen im Zyklus, wie sie bei anderen Detonationsmotoren auftreten.
Sein Hauptvorteil liegt in der Drucksteigerung, die die Energieeffizienz und den Schub verbessert. Allerdings bleibt die technische Komplexität, insbesondere die Stabilisierung der Wellen, ein Hindernis für einen weitreichenden Einsatz.
Rotative Detonationsmotoren versprechen einen kompakten und leistungsstarken Antrieb und eröffnen somit Anwendungen in der Überschallluftfahrt und Raumfahrt.
Autor des Artikels: Cédric DEPOND
Quelle: Chinese Journal of Aeronautics