I ricercatori dell’Università di Washington hanno sviluppato un modello matematico che descrive il funzionamento del motore a detonazione rotante che promette di rendere il lancio di razzi e la loro fase di costruzione più efficiente e meno costosa. Fino ad ora questo tipo di motore si è dimostrato troppo imprevedibile per essere montato a bordo di un vettore ma, grazie al nuovo modello, gli scienziati potranno mettere a punto dei test per rendere questa tecnologia più stabile.
«Un motore convenzionale – commenta James Koch autore dello studio pubblicato su Physical Review E lo scorso 10 gennaio – brucia il propellente spingendolo nella parte posteriore del motore per creare la spinta propulsiva. Il motore a detonazione rotante invece è composto da cilindri concentrici. Il propellente scorre nello spazio tra i cilindri e – dopo l’accensione – il rapido rilascio di calore forma un’onda d’urto, un forte impulso di gas con pressione e temperatura significativamente più elevate che si muove più rapidamente della velocità del suono».
Questo processo di combustione è una vera e propria detonazione e a seguito di questa fase iniziale ci sono una serie di impulsi di combustione più stabili, che continuano a consumare il propellente disponibile. Questa fase produce alta pressione e una temperatura che spinge lo scarico posteriore del motore ad alte velocità, in modo che esso possa generare una spinta.
Per mettere a punto il modello, i ricercatori hanno sviluppato un motore sperimentale a detonazione rotante utile al controllo di diversi parametri, come la dimensione del divario tra i cilindri. Successivamente hanno registrato i processi di combustione con una telecamera ad alta velocità. Ogni fase ha richiesto solo 0,5 secondi per essere completata e i ricercatori hanno registrato questi esperimenti a 240 mila fotogrammi al secondo, in modo da poter vedere cosa stava accadendo al rallentatore.
Grazie a queste informazioni gli scienziati hanno potuto elaborare il modello matematico, l’unico al momento disponibile, in grado di descrivere le diverse e complesse dinamiche che caratterizzano questi motori. Al momento il modello non è ancora utilizzabile dagli ingegneri per la costruzione di un motore vero e proprio ma gli scienziati sono riusciti a riprodurre il comportamento degli impulsi.
«Abbiamo determinato i processi che dominano questi impulsi – conclude Koch – ora possiamo proseguire con i nostri studi per costruire un motore davvero sicuro ed utilizzabile».