08:15 23 Junho 2021
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    Testes de detonação podem ser a chave para que voos hipersônicos e aviões espaciais da Terra para a órbita sejam possíveis, segundo recriação de fenômeno explosivo feita por pesquisadores em laboratório.

    As detonações são um tipo de explosão particularmente poderoso que se move para fora mais rápido do que a velocidade do som. A enorme explosão que abalou o porto de Beirute no Líbano em agosto passado foi uma detonação, e a destruição generalizada que causou demonstra a enorme quantidade de energia que elas podem produzir.

    Os cientistas há muito sonham em construir motores de aeronaves que possam aproveitar essa energia; tal nave poderia teoricamente voar de Nova York a Londres em menos de uma hora. Mas as detonações são incrivelmente difíceis de controlar e normalmente duram menos de um microssegundo, então ninguém foi capaz de torná-las realidade.

    Agora, uma equipe da Universidade Central da Flórida criou uma configuração experimental que permite sustentar uma detonação em uma posição fixa por vários segundos, o que os pesquisadores dizem ser um grande passo em direção a futuros sistemas de propulsão hipersônica.

    "O que estamos tentando fazer aqui é controlar essa detonação", disse Kareem Ahmed, professor associado de engenharia mecânica e aeroespacial da Universidade Central da Flórida e principal autor de um novo artigo sobre a pesquisa publicado nesta segunda-feira (10) na revista Proceedings of the National Academy of Sciences.

    "Queremos congelá-la no espaço e aproveitar essa energia. Em vez de destruir edifícios, como você viu no Líbano, agora quero usá-la e produzir impulso com ela", disse Ahmed ao Live Science. "Se pudermos fazer isso, podemos viajar super-rápido."

    O avanço foi produzido com base em décadas de pesquisa em um sistema de propulsão teórico chamado de motor de onda de detonação oblíqua (ODWE, na sigla em inglês).

    O conceito funciona canalizando uma mistura de ar e combustível em velocidades hipersônicas (mais de cinco vezes a velocidade do som) em direção a uma rampa, o que cria uma onda de choque. Essa onda de choque aquece rapidamente a mistura ar-combustível e faz com que ela detone, lançando gases de escapamento da parte de trás do motor em alta velocidade resultando em muito impulso.

    Viagem hipersônica (imagem referencial)
    © Foto / Pixabay / Tumisu
    Viagem hipersônica (imagem referencial)

    Quando uma mistura de ar e combustível detona dessa maneira, a combustão resultante é mais eficiente, pois quase 100% do combustível é queimado. A detonação também gera muita pressão, o que significa que o motor pode gerar muito mais empuxo do que outras abordagens.

    Em teoria, essa detonação deveria ser capaz de impulsionar uma aeronave em até 17 vezes a velocidade do som, dizem os pesquisadores, o que poderia ser rápido o suficiente para a espaçonave simplesmente voar para fora da atmosfera, em vez de precisar de uma sustentação em foguetes.

    O desafio é sustentar a detonação por tempo suficiente para impulsionar esse voo, e as demonstrações experimentais anteriores atingiram o máximo de apenas alguns milissegundos. A principal dificuldade, disse Ahmed, está em evitar que a detonação retorne em direção à fonte de combustível ou que se dissipe.

    "Sempre houve a questão de: 'Bem, se você está a mantendo por um milissegundo ou mais, você apenas a manteve temporariamente?'", disse Ahmed. "Você não sabe se estabilizou ou não."

    Para ver se eles poderiam melhorar o recorde anterior, Ahmed e seus colegas construíram uma série de câmaras de aproximadamente 80 centímetros de comprimento que mistura e aquece o ar e o gás de hidrogênio antes de acelerá-lo a velocidades hipersônicas e deflagrá-lo em uma rampa.

    Balanceando cuidadosamente as proporções da mistura ar-combustível, a velocidade do fluxo de gás e o ângulo da rampa, eles foram capazes de gerar uma detonação que permaneceu fixa na posição por cerca de 3 segundos.

    Frank Lu, professor de engenharia mecânica e aeroespacial da Universidade do Texas em Arlington, especializado em motores baseados em detonação, disse que demonstrar uma detonação estável é uma conquista significativa.

    "Acho que os pesquisadores fizeram um excelente trabalho e aguardamos novos resultados", disse Lu ao Live Science.

    Ahmed disse que a estrutura do aparelho de teste não é muito diferente do design de um ODWE em escala real. O principal desafio para os pesquisadores agora é descobrir como eles podem alterar os três ingredientes principais da mistura de combustível, velocidade do ar e ângulo de rampa, mantendo a estabilidade da detonação.

    "Agora, demonstramos que é viável, é mais um problema de engenharia explorar como sustentá-lo em um domínio operacional maior", disse Ahmed.

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    Tags:
    detonada, realidade, viagem espacial, velocidade hipersônica, avião hipersônico, NASA
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