Động cơ siêu thanh có thể đạt tốc độ Mach 16

Một nhóm kỹ sư Trung Quốc tạo ra động cơ tiên tiến hoạt động ở hai chế độ, cho phép máy bay di chuyển ở 19.756km/h ở độ cao 30km.

Các nhà nghiên cứu vũ khí siêu thanh Trung Quốc phát triển động cơ nổ xoay mạnh nhất thế giới, Interesting Engineering hôm 27/12 đưa tin. Được mô tả là thiết kế cách mạng, động cơ nổ xoay mới có thể đưa máy bay lên tới độ cao 30km và di chuyển ở tốc độ Mach 16 (19.756 km/h). Ở tốc độ này, chuyến bay liên lục địa chỉ mất vài giờ và tiêu thụ ít nhiên liệu hơn nhiều so với động cơ phản lực thông thường.

Một động cơ nổ xoay của NASA hoạt động trong thử nghiệm. (Ảnh: NASA).

Thiết kế bởi Zhang Yining và cộng sự ở Viện máy Bắc Kinh, thông tin về động cơ được chia sẻ trong bài báo đăng trên tạp chí Propulsion Technology của Trung Quốc trong tháng 12. Động cơ vận hành ở hai chế độ, chế độ đầu tiên có vận tốc dưới Mach 7 (8.643km/h), hoạt động như một động cơ nổ xoay liên tục (RDE). Không khí từ bên ngoài trộn lẫn với nhiên liệu và bị đốt cháy, tạo ra sóng xung kích. Sóng xung kích này lan ra trong buồng hình khuyên. Trong quá trình xoay, sóng xung kích đốt nhiều nhiên liệu hơn dẫn tới lực đẩy mạnh và liên tục dành cho máy bay.

Ở chế độ thứ hai, khi máy bay di chuyển ở tốc độ trên Mach 7, sóng xung kích ngừng xoay và tập trung vào bệ hình tròn ở phía sau động cơ. Điều này giúp duy trì lực đẩy qua dạng nổ gián tiếp gần như theo đường thẳng. Theo nhóm nghiên cứu mô tả, nhiên liệu tự kích nổ khi tới gần bệ phía sau do tốc độ cao của không khí đi vào. Động cơ dựa vào kích nổ như lực đẩy chính trong suốt quá trình hoạt động.

Zhang và cộng sự không tiết lộ hiệu quả của động cơ trong bài báo nghiên cứu. Tuy nhiên, dựa trên ước tính khoa học trước đây, khí gas dễ cháy phát nổ có thể biến đổi gần 80% năng lượng hóa học thành động năng. Đây là một cải tiến quan trọng so với động cơ turbine phản lực cánh quạt thông thường, thường đạt hiệu suất 20 - 30%, dựa vào cháy chậm và nhẹ nhàng. Nhóm nghiên cứu của Zhang cho biết thiết kế của họ kết hợp nổ xoay và kích nổ thẳng ở nhiều tốc độ. Giải pháp này có nhiều lợi thế, có thể cải thiện hiệu suất chu kỳ nhiệt động lực tối ưu ở gần như mọi khoảng tốc độ.

Theo các nhà khoa học, việc chuyển sang động cơ nổ mới rất khó khăn do hai chế độ vận hành. Khi tốc độ tới gần Mach 7, chế độ nổ xoay trở nên kém bền. Do đó, chế độ kích nổ gián tiếp cần được khai hỏa nhanh chóng. Một giải pháp là giảm tốc độ không khí tràn vào từ Mach 7 xuống Mach 4 (4.939 km/h) hoặc thậm chí thấp hơn. Điều này sẽ cho phép nhiên liệu nóng lên đủ để tự khai hỏa. Giải pháp khác là điều chỉnh nhẹ cấu trúc bên trong của động cơ như thay đổi đường kính bệ hình tròn và góc nghiêng của sóng xung kích. Những thay đổi như vậy có thể ảnh hưởng tới hiệu suất chung của động cơ. Theo nhóm nghiên cứu, động cơ mới không đòi hỏi điều kiện hoạt động chuyên biệt, có thể vận hành hiệu quả trong phần lớn trường hợp.