Silnik hipersoniczny ze starego odrzutowego

Dziś pojawiła się wiadomość że NASA we współpracy z DARPA pracuje nad silnikiem z połączonym cyklem spalania zdolnym do napędzania pojazdu w zakresie 0-MACH 5+. I ma on używać dość antycznego silnika turboodrzutowego – F405. Problem w tym że F495 puchnie powyżej MACH 2.5 a ramjet nie daje wystarczającego ciągu poniżej MACH 3.5. W SR-71 rozwiązanie polegało na sterowaniu falą uderzeniową tak by powyżej pewnych prędkości powietrze się samo sprężało a także na wypuszczaniu części powietrza z kompresora bezpośrednio do dopalacza omijając komory spalania. W ten sposób większość powietrza omijała silnik i trafiała bezpośrednio do dopalacza – czyli silnik działał w dużym stopniu jak ramjet. Wymagało to stosowania egzotycznych materiałów + silniki były nietrwałe. Ciekawe że ZSR budując Mig-25 postanowiło użyć zupełnie innej techniki – przy większych prędkościach do wlotu powietrza wstrzykiwana była mieszanka wody i metanolu która znacząco ochładzała temperaturę powietrza a powstająca para wodna zwiększała ilość gazów na wylocie. W ten sposób znacznie prostszy w konstrukcji silnik Miga pozwalał na osiągniecie podobnych prędkości co SR-71 (choć tylko przez krótki okres czasu ryzykując rozpadnięcie się silnika).

I właśnie to samo chce osiągnąć NASA. Agencja będzie testowała F405 z dołożonym wtryskiem wody. Wszystko po to by osiągnąć prędkości wystarczające do efektywnego działania silnika Ramjet. Docelowe rozwiązanie ma oba silniki zamontowane rownolegle wraz z klapą dzielącą przepływ powietrza. Powyżej pewnej prędkości całe powietrze pójdzie do Ramjet a turboodrzutowy zostanie wyłączony. NASA chce by silnik także pracował w modzie scramjet, ale to znacznie trudniejsze.

Jeszcze a propos ramjet i scramjet – przypomniał mi się dowcip o nauczycieli który tak długo tłumaczył dany temat aż w końcu go sam zrozumiał. Więc różnica jest ciekawa. Jak wiecie spalanie w silnikach odrzutowych odbywa się na zasadzie deflagacji – energia cieplna z płonącego paliwa porusza się z poddźwiękową prędkością i zapala nowo wstrzykiwane paliwo. Działa to wspaniałe dopóki powietrze do którego wstrzykuje się paliwo porusza się z prędkością mniejszą od prędkości dźwięku. Dlatego w Ramjet odpowiedni układ wlotu powietrza powoduje jego kompresję i zwolnienie do prędkości poddźwiękowych. A dysza powoduje ekspansję i wzrost prędkości do naddźwiękowych. Jednak w Scramjet powietrze w komorze spalania porusza się z prędkością naddźwiękową – czy deflagacja jest niemożliwa. Co robić? Jedna opcja to użycie paliwa które spala się eksplozyjnie – detonacja porusza się szybciej niż prędkość dźwięku. Ale utrzymanie ciągłej detonacji jest niezwykle trudne. W związku z czym stosuje się trochę inne rozwiązanie – paliwo jest nieustannie zapalane przed wymieszaniem z powietrzem, w ten sposób nie ma problemu samopodtrzymujacego się spalania i silnik może działać. Jednak takie rozwiązanie też nie jest tak proste jak by to się wydawało i dlatego silnik scramjet nie są popularne.