회전폭발엔진

Rotating detonation engine
Marshall 우주비행센터에서 시험중인 RDE 시제품

회전 기폭 엔진(RDE)은 하나 이상의 기폭 장치가 환형 채널을 따라 연속적으로 이동하는 압력 이득 연소의 형태를 사용하는 엔진입니다. 컴퓨터 시뮬레이션과 실험 결과는 RDE가 운송 및 기타 응용 분야에서 잠재력이 있음을 보여주었습니다.[1][2]

폭발 연소에서는 화염 전면이 초음속으로 팽창합니다. 기존의 탈화 연소보다 이론적으로 25%[3]나 효율적입니다. 이러한 효율성 향상은 연료를 크게 절약할 수 있습니다.[4][5]

단점으로는 불안정성과 소음이 있습니다.

개념.

RDE의 기본 개념은 원형 채널(연환)을 도는 폭발파입니다. 연료와 산화제는 일반적으로 작은 구멍이나 슬릿을 통해 채널로 주입됩니다. 어떤 형태의 점화기에 의해 연료/산화제 혼합물에서 폭발이 시작됩니다. 엔진이 시동된 후 폭발은 스스로 지속됩니다. 한 번의 폭발로 연료/산화제 혼합물이 점화되어 폭발을 지속하는 데 필요한 에너지가 방출됩니다. 연소 생성물은 채널 밖으로 팽창하여 유입되는 연료와 산화제에 의해 채널 밖으로 밀려납니다.[2]

RDE의 설계는 펄스 폭발 엔진(PDE)과 유사하지만, 파동이 챔버 주위를 순환하기 때문에 RDE는 우수한 반면, PDE는 펄스가 발생할 때마다 챔버를 제거해야 합니다.[6]

발전

여러 조직이 RDE를 수행합니다.

제너럴 일렉트릭

2023년 GE는 회전 폭발 듀얼 모드 램젯(RD-DMRJ)과 짝을 이루는 마하 2.5급 터보팬을 결합한 서브스케일 실험실 장비 TBCC 시스템을 시연했습니다. 이 테스트는 프로그램 시작 18개월 후에 이루어졌습니다. 이 회사는 마하 5 이상의 속도에 필요한 초음속 기류가 존재하는 상태에서 압축 연료-공기 혼합물의 회전 폭발을 보고했습니다.[7]

DARPA

DARPA는 RTX와 함께 갬빗에서 초음속 공중 발사 대기 미사일을 위한 회전 기폭 엔진의 적용을 연구하고 있습니다.

미 해군

미 해군은 개발을 추진해 왔습니다.[10] 해군 연구소(NRL)의 연구원들은 RDE와 같은 기폭 엔진이 그들의 배의 연료 소비를 줄이는 능력에 특별한 관심을 가지고 있습니다.[11][12] 현장에서 RDE를 사용하기 위해서는 여전히 몇 가지 장애물을 극복해야 합니다. 2012년 현재, NRL 연구원들은 RDE가 어떻게 작동하는지 더 잘 이해하는 데 집중하고 있습니다.[13]

에어로젯 로켓다인

Aerojet Rocketdyne은 2010년부터 여러 구성에 대한 520개 이상의 테스트를 수행했습니다.[14]

나사

글렌 리서치 센터의 다니엘 팍슨(Daniel Paxson[15])은 컴퓨터 유체 역학(CFD)에서 시뮬레이션을 사용하여 RDE의 폭발 기준 프레임을 평가하고 PDE와 성능을 비교했습니다.[16] 그는 RDE가 최소한 PDE와 같은 수준에서 수행할 수 있다는 것을 발견했습니다. 또한 그는 RDE 성능이 본질적으로 동일했기 때문에 PDE와 직접 비교할 수 있다는 것을 발견했습니다.

2023년 1월 25일, 나사는 첫 번째 완전한 회전 폭발 로켓 엔진(RDRE)을 성공적으로 테스트했다고 보고했습니다. 이 엔진은 4,000파운드(18kN)의 추력을 생산했습니다. 나사는 다음 연구 단계로 1만 파운드(44kN)의 추력 장치를 만들 의도를 밝혔습니다.[17] 2023년 12월 20일, 본격적인 회전 폭발 로켓 엔진 연소기가 251초 동안 발사되어 5,800파운드 힘(26kN) 이상의 추력을 달성한 것으로 알려졌습니다. 미국 앨라배마주 헌츠빌에 위치한 나사의 마샬 우주 비행 센터에서 촬영된 테스트 스탠드 비디오는 점화를 시연했습니다.[18]

에너고마시

드미트리 로고진 러시아 부총리에 따르면 2018년 1월 중순 NPO 에너지마쉬 회사는 2톤급 액체 추진체 RDE의 초기 테스트 단계를 완료했으며 우주 발사체에 사용할 더 큰 모델을 개발할 계획입니다.[19]

퍼듀 대학교

2016년 5월, 미국 공군 소속 연구팀은 액체 산소와 천연가스를 추진체로 하여 작동하는 회전형 기폭 로켓 엔진을 개발했습니다.[20] Purdue University에서는 "Detonation Rig for Optical, Non-Interractive Experimental Measurements (DRONE)"라는 테스트 기사를 포함한 추가 RDE 테스트가 수행되었습니다. "랩되지 않은" 반경계 선형 폭발 채널 실험입니다.[21] IN Space LLC는 미 공군과 계약을 맺고 2021년 퍼듀 대학에서 액체 산소와 기체 메탄으로 시험하던 중 2만2000N(4,900lbf) 추력 회전 폭발 로켓 엔진(RDRE)을 시험했습니다.[22]

센트럴 플로리다 대학교

2020년 5월, 미 공군 소속 공학 연구팀은 수소/산소 연료 혼합기에서 작동하는 200파운드(890N)의 추력을 생산할 수 있는 고도로 실험적인 작동 모델 회전 폭발 엔진을 개발했다고 주장했습니다.[23]

JAXA

2021년 7월 26일(UTC), 일본 항공우주탐사청(JAXA)은 500 N급 RDE를 탑재한 S-520-31 사운딩 로켓을 2단계로 발사하여 세계 최초로 우주에서의 RDE 시험에 성공했습니다.[24]

우카시에비치 연구 네트워크 - 항공 연구소

2021년 9월 15일 바르샤바 항공 연구소는 액체 추진제로 작동하는 회전 폭발 로켓 엔진으로 작동하는 실험 로켓의 첫 비행 시험을 성공적으로 수행했습니다. 시험은 2021년 9월 15일 폴란드 바르샤바 인근 지엘롱카에 있는 군사무장기술연구소 시험장에서 진행되었습니다. 그 계획에 따르면, 로켓 엔진은 3.2초 동안 작동하여 로켓을 약 90 m/s의 속도로 가속시켰고, 이것은 로켓이 450 m의 고도에 도달할 수 있게 했습니다.[25]

베이징 전력 기계 연구소

2023년 연구원들은 하이브리드 공기 호흡 엔진의 시연 유닛을 발표했습니다. 마하 7 이하에서 추진을 위한 연속 RDE와 최대 마하 16의 속도로 사용할 수 있는 경사 폭발 엔진을 결합합니다. 비스듬한 폭발 파동은 정지하고 안정화됩니다. BPMI는 중국의 대표적인 램젯 제조업체입니다.[26]

충칭대학교 산업기술연구소/추중비 엔진

앞서 중국은 2023년 세계 최초로 RDE 드론 비행을 달성했습니다. 드론은 간쑤성의 공개되지 않은 비행장에서 성공적으로 날았습니다. FB-1 회전 폭발 엔진은 충칭 대학 산업 기술 연구소와 민간 기업인 TWR(Thrust-to-Weight Engine)이 공동으로 개발했습니다.[26]

기타조사

다른 실험들은 RDE의 흐름장을 더 잘 이해하기 위해 수치화된 절차를 [27]사용했습니다. 2020년, 워싱턴 대학교의 한 연구는 고리의 폭과 같은 매개 변수들을 제어할 수 있는 실험 장치를 탐구했습니다. 연구원들은 고속 카메라를 사용하여 극도의 느린 동작으로 작동하는 것을 볼 수 있었습니다. 이를 바탕으로 그 과정을 설명하기 위한 수학적 모델을 개발했습니다.[28]

2021년 중국과학원 역학연구소는 마하 9의 비행기를 추진할 수 있는 등유로 구동되는 세계 최초의 극초음속 폭발파 엔진을 시험하는 데 성공했습니다.[29]

참고 항목

참고문헌

  1. ^ Lu, Frank; Braun, Eric (7 July 2014). "Rotating Detonation Wave Propulsion: Experimental Challenges, Modelling, and Engine Concepts". Journal of Propulsion and Power. The American Institute of Aeronautics and Astronautics. 30 (5): 1125–1142. doi:10.2514/1.B34802. S2CID 73520772.
  2. ^ a b Wolanski, Piotr (2013). "Detonative Propulsion". Proceedings of the Combustion Institute. 34 (1): 125–158. doi:10.1016/j.proci.2012.10.005.
  3. ^ "В России испытали модель детонационного двигателя для ракет будущего". Российская газета. 2018-01-18. Retrieved 2018-02-10.
  4. ^ Cao, Huan; Wilson, Donald (2013). "Parametric Cycle Analysis of Continuous Rotating Detonation Ejector-Augmented Rocket Engine". 49th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference. doi:10.2514/6.2013-3971. ISBN 978-1-62410-222-6.
  5. ^ Schwer, Douglas; Kailasanath, Kailas (25 September 2010). "Numerical Investigation of the Physics of Rotating Detonation Engines". Proceedings of the Combustion Institute. Elsevier, Inc. 33 (2): 2195–2202. doi:10.1016/j.proci.2010.07.050.
  6. ^ "Pressure Gain Combustion Program Committee - Resources". AIAA Pressure Gain Combustion Program Committee. Archived from the original on 2017-01-01. Retrieved 2016-12-30.
  7. ^ Trimble, Steve (December 19, 2023). "Rotating Detonation Sparks GE Path To Hypersonic Future Aviation Week Network". aviationweek.com. Retrieved 2023-12-22.
  8. ^ "Gambit". Retrieved 2023-12-03.
  9. ^ "RTX to develop rotating detonation engine for DARPA". Retrieved 2023-12-03.
  10. ^ "How the Rotating Detonation Engine Works". HowStuffWorks. 2013-03-08.
  11. ^ "US Navy developing rotating detonation engine". Physics Today. 2012-11-06. doi:10.1063/PT.5.026505. ISSN 0031-9228.
  12. ^ "How the Rotating Detonation Engine Works". HowStuffWorks. 2013-03-08. Retrieved 2015-10-21.
  13. ^ "Navy Researchers Look to Rotating Detonation Engines to Power the Future". U.S. Naval Research Laboratory. Retrieved 2022-03-14.
  14. ^ Claflin, Scott. "Recent Advances in Power Cycles Using Rotating Detonation Engines with Subcritical and Supercritical CO2" (PDF). Southwest Research Institute. Archived from the original (PDF) on 20 March 2017. Retrieved 20 March 2017.
  15. ^ "Daniel E. Paxson - Controls and Dynamics Branch Personnel". www.grc.nasa.gov. Archived from the original on 1999-08-23. Retrieved 2020-02-20.
  16. ^ "UCSB Full Bib - External Link". pegasus.library.ucsb.edu. Retrieved 2015-11-09.[영구적 데드링크]
  17. ^ "NASA Validates Revolutionary Propulsion Design for Deep Space Missions". www.nasa.gov. Retrieved 2023-01-26.
  18. ^ "NASA's 3D-printed Rotating Detonation Rocket Engine Test". www.nasa.gov. Retrieved 2023-12-21.
  19. ^ "Facebook". www.facebook.com. Retrieved 2023-12-22.
  20. ^ Purdue LOX/NG RDE - YouTube에서 핫파이어
  21. ^ Slabaugh, Carson (2018). "Advancing Pressure Gain Combustion in Terrestrial Turbine Systems" (PDF). netl.doe.gov. Department of Energy. Retrieved 5 November 2022.
  22. ^ "ROTATING DETONATION ROCKET ENGINES (RDRE)". afresearchlab.com. Air Force Research Laboratory. 2022. Retrieved 5 November 2022.
  23. ^ Blain, Loz (5 May 2020). "World-first "impossible" rotating detonation engine fires up". New Atlas. Retrieved 6 May 2020.
  24. ^ "Japan Tests Explosion-Powered Rocket for the First Time in Space, Is a Success". 19 August 2021.
  25. ^ Poland launched a rocket powered by a detonation engine, retrieved 2021-10-07
  26. ^ a b Wang, Brian (2023-12-29). "China Makes Most Powerful Detonation Engine for Hypersonic Flight NextBigFuture.com". Retrieved 2023-12-31.
  27. ^ Schwer, Douglas; Kailasanath, Kailas (2011-01-01). "Numerical investigation of the physics of rotating-detonation-engines". Proceedings of the Combustion Institute. 33 (2): 2195–2202. doi:10.1016/j.proci.2010.07.050.
  28. ^ Strickler, Jordan (February 19, 2020). "New detonating engine could make space travel faster and cheaper". ZME Science. Retrieved 2020-02-20.
  29. ^ "China claims 'world's first' kerosene-powered engine could propel jets nine times the speed of sound". November 20, 2022.

외부 링크