Voler jusqu’à Mach 16 pourrait devenir réalité avec le système de propulsion en développement d’UCF

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Crédit: Unsplash / CC0 Public Domain

Les chercheurs de l’Université de Floride centrale s’appuient sur leur technologie qui pourrait ouvrir la voie à un vol hypersonique, comme le voyage de New York à Los Angeles en moins de 30 minutes.

Dans leur dernière recherche publiée dans la revue Actes de l’Académie nationale des sciences, les chercheurs ont découvert un moyen de stabiliser la détonation nécessaire à la propulsion hypersonique en créant une chambre de réaction hypersonique spéciale pour les moteurs à réaction.

«Il y a un effort international qui s’intensifie pour développer des systèmes de propulsion robustes pour le vol hypersonique et supersonique qui permettraient de voler dans notre atmosphère à des vitesses très élevées et permettraient également une entrée et une sortie efficaces des atmosphères planétaires», déclare le co-auteur de l’étude Kareem Ahmed, un associé professeur au Département de génie mécanique et aérospatial de l’UCF. « La découverte de la stabilisation d’une détonation – la forme la plus puissante de réaction intense et de libération d’énergie – a le potentiel de révolutionner les systèmes de propulsion et d’énergie hypersoniques. »

Le système pourrait permettre de voyager en avion à des vitesses de Mach 6 à 17, soit plus de 4 600 à 13 000 milles à l’heure. La technologie exploite la puissance d’une onde de détonation oblique, qu’ils ont formée en utilisant une rampe inclinée à l’intérieur de la chambre de réaction pour créer une onde de choc induisant une détonation pour la propulsion.







Crédit: PNAS (2021). 10.1073 / pnas.2102244118

Contrairement aux ondes de détonation rotatives qui tournent, les ondes de détonation obliques sont stationnaires et stabilisées.

La technologie améliore l’efficacité des moteurs de propulsion à réaction de sorte que plus de puissance est générée tout en utilisant moins de carburant que les moteurs de propulsion traditionnels, allégeant ainsi la charge de carburant et réduisant les coûts et les émissions.

En plus des voyages aériens plus rapides, la technologie pourrait également être utilisée dans les fusées pour les missions spatiales afin de les rendre plus légères en nécessitant moins de carburant, de voyager plus loin et de brûler plus proprement.

Les systèmes de propulsion par détonation ont été étudiés pendant plus d’un demi-siècle mais n’avaient pas été couronnés de succès en raison des propulseurs chimiques utilisés ou de la manière dont ils étaient mélangés. Des travaux antérieurs du groupe d’Ahmed ont surmonté ce problème en équilibrant soigneusement le taux des propulseurs hydrogène et oxygène libérés dans le moteur pour créer la première preuve expérimentale d’une détonation rotative.

Cependant, la courte durée de la détonation, qui ne se produit souvent que pendant des micro ou des millisecondes, les rend difficiles à étudier et peu pratiques à utiliser.

Dans la nouvelle étude, cependant, les chercheurs de l’UCF ont pu maintenir la durée d’une onde de détonation pendant trois secondes en créant une nouvelle chambre de réaction hypersonique, connue sous le nom de réaction hypersonique à haute enthalpie, ou installation HyperREACT. L’installation contient une chambre avec une rampe d’angle de 30 degrés près de la chambre de mélange propulseur qui stabilise l’onde de détonation oblique.

«C’est la première fois qu’une détonation est stabilisée expérimentalement», dit Ahmed. « Nous sommes enfin capables de maintenir la détonation dans l’espace sous forme de détonation oblique. C’est presque comme geler une explosion intense dans l’espace physique. »

Gabriel Goodwin, ingénieur aérospatial au Naval Research Laboratory du Naval Center for Space Technology et co-auteur de l’étude, affirme que leurs recherches aident à répondre à de nombreuses questions fondamentales qui entourent les moteurs à ondes à détonation oblique.

Le rôle de Goodwin dans l’étude était d’utiliser les codes computationnels de dynamique des fluides du Naval Research Laboratory pour simuler les expériences réalisées par le groupe d’Ahmed.

«Des études comme celle-ci sont essentielles pour faire progresser notre compréhension de ces phénomènes complexes et nous rapprocher du développement de systèmes à l’échelle de l’ingénierie», déclare Goodwin.

«Ce travail est passionnant et repousse les limites de la simulation et de l’expérience», déclare Goodwin. « Je suis honoré d’en faire partie. »

L’auteur principal de l’étude est Daniel Rosato ’19 ’20MS, assistant de recherche diplômé et récipiendaire de la bourse de doctorat présidentielle de l’UCF.

Rosato travaille sur le projet depuis qu’il était étudiant de premier cycle en génie aérospatial et est responsable de la conception, de la fabrication et de l’exploitation des expériences, ainsi que de l’analyse des données, avec l’aide de Mason Thorton, co-auteur de l’étude et assistant de recherche de premier cycle.

Rosato dit que les prochaines étapes de la recherche sont l’ajout de nouveaux outils de diagnostic et de mesure pour mieux comprendre les phénomènes qu’ils étudient.

«Après cela, nous continuerons d’explorer des configurations plus expérimentales pour déterminer plus en détail les critères avec lesquels une onde de détonation oblique peut être stabilisée», dit Rosato.

Si elle réussit à faire progresser cette technologie, la propulsion hypersonique basée sur la détonation pourrait être mise en œuvre dans les voyages atmosphériques et spatiaux humains dans les décennies à venir, selon les chercheurs.


Des chercheurs développent un nouveau système de propulsion de fusée révolutionnaire


Plus d’information:
Daniel A. Rosato et al., « Détonation stabilisée pour propulsion hypersonique », PNAS (2021). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.2102244118

Fourni par l’Université de Floride centrale

Citation: Voler jusqu’à Mach 16 pourrait devenir réalité avec le système de propulsion en développement d’UCF (2021, 10 mai) récupéré le 10 mai 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-05-mach-reality-ucf-propulsion.html

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