"Impossível"? Motor de detonação rotativo acaba de funcionar

Por , em 6.05.2020

Pesquisadores da Universidade da Flórida Central em conjunto com a Força Aérea dos EUA afirmaram ter construído e testado um modelo experimental de motor de foguete de detonação rotativo, que usa explosões giratórias para criar propulsão supereficiente.

“Apenas alguns meses antes, vários especialistas americanos em motores de foguetes declararam publicamente que os motores de detonação de hidrogênio e oxigênio não eram possíveis. No entanto, nosso artigo apresenta evidências experimentais e demonstra sem dúvida que a detonação de oxigênio e hidrogênio está ocorrendo dentro de um motor de foguete de detonação rotativo”, disse Kareem Ahmed, professor do departamento de engenharia mecânica e aeroespacial da Universidade e principal autor do estudo.

O que é um motor de detonação?

A maioria dos motores usa combustão, ao invés de detonação. A combustão é um processo relativamente lento e controlado, resultado da reação entre combustível e oxigênio a temperaturas altas.

Obviamente, é uma tecnologia muito conhecida e utilizada. Já a detonação é o contrário: menos estudada, rápida, caótica e bem menos previsível.

Enquanto a combustão é uma queima, a detonação é uma explosão. É uma descarga enorme de energia como resultado da quebra de ligações químicas que mantêm uma molécula explosiva unida. Para isso, é preciso dar um “choque” – elétrico ou cinético – suficientemente poderoso nessas ligações, a fim de desestabilizá-las.

Quando se trata de viagem espacial, a detonação é uma alternativa excelente à combustão. Isso porque, no que diz respeito a foguetes, qualquer grama de peso torna as coisas mais difíceis e caras, e a detonação libera muito mais energia a partir de muito menos combustível do que a combustão.

Como funciona um motor de detonação rotativo para foguetes?

No geral, esse motor é composto de um cilindro dentro de outro maior, com um espaço entre eles e alguns pequenos orifícios ou fendas através dos quais uma mistura de combustível pode ser liberada.

Alguma forma de ignição começa uma detonação nesse espaço, criando gases que são empurrados para fora de uma extremidade do canal em forma de anel para produzir impulso na direção oposta.

Esse movimento também cria uma onda de choque que se propaga em torno do canal a cerca de cinco vezes a velocidade do som, e essa onda de choque pode ser usada para inflamar mais detonações em um padrão rotativo autossustentável, se o combustível for adicionado nos pontos e momentos certos.

Lindo, não é mesmo? Exceto que faz 60 anos que os cientistas estão tentando transformar esta tecnologia em realidade.

Inicialmente, ela foi idealizada por engenheiros da Universidade de Michigan (EUA) nos anos 1950. Embora seja muito simples mecanicamente, a detonação autopropagada tem se provado muito complicada de se atingir e controlar. Até agora, pelo menos.

O novo estudo

No novo estudo, a equipe americana afirmou ter construído e testado um modelo funcional de motor de detonação: uma plataforma de cobre de 7,5 centímetros que usa uma mistura de hidrogênio e oxigênio como combustível.

“O estudo apresenta, pela primeira vez, evidências experimentais de uma detonação segura e funcional de propulsores de hidrogênio e oxigênio em um motor de foguete. A detonação é sustentada continuamente até você cortar o combustível. Testamos até 200 libra-força, mas o impulso aumenta linearmente com o fluxo de massa do propulsor”, afirma Ahmed.

A chave para o sucesso do novo motor é seu ajuste sintonizado.

“Temos que ajustar os tamanhos dos jatos que liberam os propulsores para melhorar a mistura local de hidrogênio e oxigênio. Então, quando a explosão giratória ocorrer para esta mistura fresca, ela ainda será mantida. Porque se a sua composição estiver ligeiramente errada, ela tenderá a desinflar ou queimar lentamente, em vez de detonar”, explica Ahmed.

Aplicações

O novo design pode substituir o RL-10 rocket, motor de foguete da empresa Aerojet Rocketdyne, desenvolvido em 1962. Versões modernas desse motor ainda estão em uso no Atlas V e no Delta IV, com outras sendo criadas para os foguetes Exploration, OmegA e Vulcan.

“A Força Aérea dos EUA quer um teste de voo [do novo motor] até 2025, e estamos contribuindo para alcançar esse objetivo”, disse Ahmed.

Propulsão espacial é certamente a principal aplicação desta nova tecnologia, mas ela tem outros usos potenciais, especialmente em casos onde alta potência e baixo consumo de combustível podem fazer uma grande diferença.

Em 2012, o Laboratório de Pesquisa Naval dos EUA estimou que os motores de detonação rotativos poderiam economizar 15 a 20% da conta de combustível anual da Marinha americana se fossem utilizados no lugar dos motores de turbina a gás que operam mais de 100 de seus grandes navios – o que representa cerca de US$ 2 bilhões.

Essa tecnologia também pode ser utilizada em voos hipersônicos e supersônicos e na geração de energia elétrica.

Um artigo sobre a pesquisa foi publicado na revista científica Combustion and Flame. [NewAtlas]

Deixe seu comentário!