Tốc độ Mach 6 đến Mach 17

Đại học Central Florida (UCF) Mỹ đang phát triển động cơ có thể cho phép bay với tốc độ Mach 6 đến 17 (7.400 đến 21.000 km/h) và sẽ được ứng dụng trong du hành vũ trụ và hàng không.

Công nghệ của các nhà nghiên cứu Đại học UCF có thể mở đường cho chuyến bay siêu thanh, chẳng hạn như bay từ New York đến Los Angeles (gần 4.500 km) trong vòng chưa đầy 30 phút, trong khi bay bằng máy bay thông thường mất khoảng 4 tiếng rưỡi.

Trong nghiên cứu mới nhất đăng trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra phương pháp ổn định kích nổ cho động cơ đẩy siêu âm bằng cách tạo ra một buồng phản ứng siêu âm đặc biệt cho động cơ phản lực.

“Thế giới đang tăng cường nỗ lực phát triển các hệ thống đẩy mạnh mẽ cho các chuyến bay siêu âm và siêu thanh, bay xuyên qua bầu khí quyển của chúng ta ở tốc độ rất cao và ra vào khí quyển hành tinh một cách hiệu quả" - phó giáo sư Kareem Ahmed, Khoa Cơ khí và Kỹ thuật Hàng không Vũ trụ của UCF, đồng tác giả nghiên cứu, cho hay.

Theo giáo sư Ahmed, việc phát hiện ra phương pháp ổn định kích nổ có khả năng cách mạng hóa các hệ thống năng lượng và động cơ đẩy siêu âm.

Hệ thống có thể cho phép máy bay bay với tốc độ Mach 6 đến 17, tức là khoảng 7.400 đến 21.000 km/h. Công nghệ này khai thác sức mạnh của sóng kích nổ nghiêng - được hình thành bằng cách sử dụng một đoạn dốc nghiêng bên trong buồng phản ứng để tạo ra sóng xung kích cho động cơ đẩy.

Sóng kích nổ nghiêng đứng yên và ổn định. Công nghệ này cải thiện hiệu suất động cơ phản lực để tạo ra nhiều năng lượng hơn, đồng thời tiêu hao ít nhiên liệu hơn so với động cơ đẩy truyền thống, do đó giảm tải nhiên liệu và giảm chi phí cũng như khí thải.

Ngoài việc di chuyển bằng đường hàng không nhanh hơn, công nghệ này cũng có thể được sử dụng trong tên lửa cho các sứ mệnh không gian để làm cho chúng nhẹ hơn do cần ít nhiên liệu hơn, bay xa hơn và đốt cháy sạch hơn.

Công nghệ mới

Hệ thống đẩy bằng kích nổ đã được nghiên cứu trong hơn nửa thế kỷ nhưng không thành công do các chất đẩy hóa học được sử dụng hoặc cách chúng được trộn lẫn. Ngoài ra, thời gian phát nổ ngắn, thường xảy ra chỉ trong micro hoặc mili giây, khiến chúng khó nghiên cứu và không thực tế trong sử dụng.

Tuy nhiên, trong nghiên cứu mới, các tác giả của Đại học UCF có thể duy trì thời gian của sóng kích nổ trong ba giây bằng cách tạo ra một buồng phản ứng siêu âm mới, được gọi là HyperREACT, có đường dốc 30 độ để ổn định sóng kích nổ nghiêng.

Ahmed nói: “Đây là lần đầu tiên một vụ nổ được chứng minh là ổn định trong thực nghiệm. Cuối cùng chúng tôi cũng có thể tạo được một vụ nổ trong không gian ở dạng phát nổ nghiêng”.

Gabriel Goodwin - đồng tác giả, kỹ sư hàng không vũ trụ của Trung tâm Công nghệ Không gian Hải quân, thuộc Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Hải quân Mỹ - cho biết, nghiên cứu của họ đang giúp trả lời nhiều câu hỏi cơ bản xoay quanh động cơ sóng kích nổ nghiêng.

Vai trò của Goodwin trong nghiên cứu là sử dụng các mã động lực học chất lỏng tính toán của Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Hải quân để mô phỏng các thí nghiệm do nhóm của Ahmed thực hiện.

Tác giả chính của nghiên cứu là Daniel Rosato - người nhận Học bổng Tiến sĩ Tổng thống của Đại học UCF. Rosato đã thực hiện dự án này từ khi còn là sinh viên đại học ngành kỹ thuật hàng không vũ trụ và chịu trách nhiệm thiết kế, chế tạo và vận hành thí nghiệm cũng như phân tích dữ liệu.

Rosato cho biết, các bước tiếp theo của nghiên cứu là bổ sung công cụ chẩn đoán và đo lường mới để hiểu sâu hơn về những hiện tượng mà họ đang nghiên cứu.

“Sau đó, chúng tôi sẽ tiếp tục khám phá thêm các cấu hình thử nghiệm để xác định chi tiết hơn các tiêu chí mà sóng nổ nghiêng có thể được ổn định” - Rosato nói.

Các nhà nghiên cứu cho biết, nếu thành công trong việc cải tiến công nghệ này, động cơ đẩy siêu âm dựa trên kích nổ có thể được ứng dụng vào du hành vũ trụ của con người trong những thập kỷ tới.