Primul zbor din istoria omenirii a fost propulsat de un motor proiectat și fabricat de Charles Taylor și de cei doi inventatori ai avionului, frații Wright: un motor cu piston de 6 kW, cu patru cilindrii în linie, cu injecție gravitațională, răcit cu apă, al cărui bloc motor a fost turnat din aluminiu, cântărind, împreună cu carterul 69 kg. Motorul antrena două elici contrarotative prin intermediul unor lanțuri…
De atunci au trecut aproape 121 de ani, iar evoluția avioanelor și a sistemelor lor de propulsie a fost impresionantă, însă cea mai mare provocare la care motorul Taylor / Wright a trebuit să facă față, anume raportul dintre puterea dezvoltată și greutatea motorului, rămâne unul dintre foarte puținele lucruri care nu s-au schimbat până astăzi.
În cazul turbomotoarelor moderne de aviație, circa 25 % din greutate este reprezentată de turbină. În plus, prezența paletelor de turbină în fluxul de gaze arse provenite din camera de ardere a turbomotorului limitează drastic temperatura maximă a acestora. Pentru a putea crește această temperatură și, prin aceasta, performanțele motorului, turbina, în sine un echipament complex și costisitor, trebuie răcită, ceea ce nu numai că sporește atât complexitatea cât și costul total al motorului, dar nici nu rezolvă complet problema, temperatura maximă a gazelor de ardere rămânând limitată de masa de aer de răcire disponibilă.
Răspunsul cercetării românești
Echipa de cercetători ai Institutului Național de Cercetare – Dezvoltare Turbomotoare COMOTI propune o soluție radicală a problemei: eliminarea completă a turbinei. Abordarea implică utilizarea conservării impulsului gazelor ce părăsesc camera de ardere, care sunt direcționate în ajutaje de reacție supersonice plasate sub un unghi față de axa de rotație a motorului, astfel încât componenta tangențială a forței de reacție rotește ansamblul camerelor de ardere și al compresorului plasat în amontele acestora, pe același arbore, în timp ce componenta axială asigură forța de propulsie a aeronavei pe care noul motor o echipează.
Pe lângă reducerea greutății, costului și gabaritului motorului, eliminarea turbinei face posibilă creșterea substanțială a temperaturii și vitezei gazelor de ardere, deschizând calea utilizării unui proces de combustie supersonică, așa numita detonație, mult mai eficientă și capabilă să asigure viteze și presiuni ale gazelor arse mult superioare combustiei clasice, cunoscută sub numele de deflagrație.
Pe lângă faptul că arderea detonantă aproape că dublează randamentul termodinamic al ciclului motorului, viteza mult superioară a acestui proces de combustie scade semnificativ timpul petrecut de moleculele de azot din aer în zona de temperatură înaltă (așa-numitul timp de rezidență), ceea ce este de așteptat să scadă producția de noxe a motorului, acest fenomen fiind strict corelat cu timpul disponibil pentru disocierea azotului care, apoi, este oxidat în produși de reacție poluanți.
Procesul de detonație este unul oscilatoriu, la frecvențe foarte înalte, de ordinul sutelor de Hertzi în abordarea prezentată aici, crescând impulsul specific al motorului și diminuând gabaritul camerelor de detonație. Pentru obținerea acestor frecvețe înalte, însă, este necesară proiectarea unei camere de detonație lipsite de supape mecanice, în care admisia și evacuarea aerului și a combustibilului să fie controlate exclusiv de forțele aerodinamice.
