La Cina ha rivendicato di aver sviluppato il primo motore a detonazione obliqua (ODE) al mondo, alimentato da cherosene da aviazione standard, capace di volare a una velocità fino a 20mila km/h. Lo scrive il South China Morning Post. In una serie di esperimenti rivoluzionari nel tunnel d’urto JF-12 di Pechino, che simula le condizioni di volo ad alto numero di Mach a quote superiori ai 40mila metri, i ricercatori dell’Accademia Cinese delle Scienze (CAS) hanno ottenuto onde di detonazione obliqua sostenute utilizzando il carburante RP-3, un cherosene commerciale comune. Lo studio è stato pubblicato sul China’s Journal of Experiments in Fluid Mechanics.
I risultati suggeriscono velocità di combustione 1.000 volte superiori a quelle dei motori scramjet tradizionali, con una capacità operativa compresa tra Mach 6 e Mach 16 – una velocità alla quale i motori ad aria convenzionali incontrano notevoli difficoltà. A differenza degli scramjet, che richiedono ampie camere di combustione e sono soggetti a rischi di spegnimento della fiamma a velocità elevate, l’ODE sfrutta le onde d’urto. Posizionando strategicamente un’irregolarità di 5mm sulla parete della camera di combustione, gli ingegneri hanno scoperto di poter indurre “diamanti di detonazione” auto-sostenuti – esplosioni ultra-rapide alimentate dalle onde d’urto – che completano la combustione in pochi microsecondi.
“L’onda d’urto comprime e accende la miscela carburante-aria in maniera così violenta da creare un fronte esplosivo auto-rinforzante“, ha scritto il team guidato da Han Xin, ricercatore principale del progetto presso l’Istituto di Meccanica della CAS.
Al Mach 9, i test hanno rivelato picchi di pressione nei punti di detonazione pari a 20 volte i livelli ambientali, suggerendo che il motore sia in grado di generare una spinta considerevole in una fascia di velocità in cui la maggior parte degli scramjet fatica a operare. A causa dell’enorme potenza richiesta, il tunnel del vento ha supportato solo 50 millisecondi di funzionamento continuo – equivalente a circa 150 metri percorsi a Mach 9 – ma ciò è stato sufficiente per fornire ai ricercatori un quadro completo dell’accensione del motore e del sistema di propulsione a onde d’urto auto-sostenuto.
La soluzione dei ricercatori cinesi
Il nuovo motore dispone di una camera di combustione dell’85% più corta rispetto a un design scramjet, il che può ridurre significativamente il peso degli aeromobili e prolungare l’autonomia di volo, secondo Han e i suoi colleghi.
Per decenni, i motori ipersonici si sono basati su idrogeno o etilene, ma sebbene questi carburanti abbiano tempi di accensione rapidi, presentano requisiti di stoccaggio poco pratici. Il cherosene RP-3, invece, pur essendo logisticamente ideale grazie alla sua maggiore densità energetica, presenta lunghi ritardi di accensione che rendono estremamente difficile avviare il motore in volo. Il team della CAS ha però superato questo ostacolo pre-comprimendo le miscele carburante-aria fino a 3.800 Kelvin (3.527 gradi Celsius) prima dell’accensione, introducendo una piccola protuberanza che crea “punti caldi” localizzati per innescare reazioni a catena e accelerando la dispersione del carburante mediante staffe a forma di ala.
L’ambizioso piano della Cina
Il progetto fa parte del piano ambizioso della Cina per costruire un aereo entro il 2030 in grado di raggiungere qualsiasi punto del mondo in un’ora. Al Mach 16 – circa 20.000km/h, ovvero da Shanghai a Los Angeles in mezz’ora – la tecnologia potrebbe abilitare aeroplani spaziali riutilizzabili in grado di collegare il volo atmosferico a quello orbitale.
Se applicato in ambito militare, il motore ODE potrebbe dare origine a una nuova generazione di missili ipersonici, droni o addirittura bombardieri con autonomia ultra-lunga e costi operativi contenuti, fornendo così all’Esercito popolare di liberazione cinese un vantaggio significativo nelle future operazioni belliche.
Tuttavia, permangono delle difficoltà. I ricercatori necessitano di una maggiore comprensione dei sottoprodotti del RP-3 durante e dopo la combustione esplosiva, e devono ottimizzare le configurazioni della protuberanza per migliorare l’efficienza del motore in volo.