GE Aerospace ve Lockheed Martin, 14 Ocak tarihinde hipersonik uçuşun geleceğini yeniden şekillendirebilecek yeni bir itki sistemi gösterisinin sonuçlarını açıkladı.
İki şirket, sıvı yakıtlı dönel detonasyonlu ramjet motorunun, yeni bir taktiksel hava girişiyle eşleşerek hipersonik sistemlerdeki en büyük sorunlardan birini nasıl çözebileceğini sergiledi. Temel problem, saatte 3.800 milden (yaklaşık 6.115 kilometre) fazla hıza denk gelen Mach 5 ve üzerindeki ekstrem süratlerdeki verimlilik kaybı.
Bu test çalışması, son yıllarda hızla olgunlaşan iki ileri havacılık fikrini bir araya getiriyor. Hipersonik araçlar, gelecekteki savunma sistemleri için daha hızlı tepki süreleri ve daha uzun bir erişim menzili vaat ediyor.
Yine de aşılması gereken büyük teknik engeller varlığını koruyor. Mühendisler, dönel detonasyon motorunu çift modlu bir ramjet girişiyle birleştirerek mevcut hipersonik füzelerin performansını kısıtlayan ve genellikle “verimlilik açığı” olarak adlandırılan problemi gidermeyi hedefliyor.
Verimlilik Hipersonik Füzeleri Neden Sınırlandırıyor?
Hipersonik uçuş, hem askeri hem de sivil alanlarda devasa bir potansiyele sahiptir. Ses hızının beş katından daha yüksek hızlarda seyahat eden araçlar, çok uzun mesafeleri dakikalar içinde katedebilir fakat motorları bahsedilen geniş hız aralığında verimli tutmak hala zordur.
Pek çok hipersonik füze, sürdürülebilir yüksek hızlı uçuş için ramjet motorlarına dayanıyor. Herhangi bir hareketli parçası bulunmayan ramjetler, gelen havayı sıkıştırmak için aracın ileri hareketine ihtiyaç duyuyor. Söz konusu basit tasarım, araç zaten çok hızlı hareket halindeyken iyi çalışıyor.
Asıl sorun ise ateşleme aşaması. Bir ramjetin yanma sürecini başlatabilmesi için tipik olarak yaklaşık Mach 3 hızına ulaşması gerekiyor. Bu hıza ulaşmak için füzelerin büyük roket güçlendiricilerine ihtiyacı var. Bahsedilen güçlendiriciler, ağırlığı, karmaşıklığı ve maliyeti artırıyor. Aynı zamanda menzili ve esnekliği de kısıtlıyorlar.
Fırlatma anı ile verimli seyir hızı arasındaki bahsedilen boşluk, hipersonik tasarımcılar için uzun süredir devam eden bir zorluk teşkil ediyor.
Dönel Detonasyon Motorları Yeni Bir Yol Sunuyor
GE Aerospace, bahsedilen zorluğu dönel detonasyon motoru yaklaşımıyla ortadan kaldırmayı amaçlıyor. Sabit yanma yöntemi yerine, silindirik bir odanın çevresinde sürekli dönen süpersonik bir detonasyon dalgası kullanılıyor. Yakıt ve oksitleyici odaya beslenirken, yanma sırasında yüksek basınç korunuyor ve kendi kendini sürdüren bir döngü tesis ediliyor.
Söz konusu yaklaşım teknolojiye önemli kazanımlar sağlıyor:
- Yüksek Verim: Dönel detonasyon motorları, geleneksel yanma sistemlerine kıyasla yaklaşık yüzde 25 daha yüksek verim sunabiliyor.
- Kompakt Yapı: Mevcut sistemlere göre daha hafif ve küçük bir tasarıma sahipler.
- Düşük Hız Kabiliyeti: Klasik ramjetlerden farklı olarak, süpersonik hızlara ulaşılmadan önce de aktif hale gelebiliyorlar.
Öne çıkan diğer bir avantaj ise operasyonel esneklik. Aynı çekirdek yapı, süpersonik hızlarda ramjet, hipersonik hızlarda ise scramjet prensibiyle çalışabiliyor. Netice itibarıyla füze, daha küçük roket güçlendiricilerle yetinebiliyor ve farklı uçuş rejimleri arasında daha pürüzsüz bir geçiş sağlayabiliyor.
Çift Modlu Uçuş için Tasarlanan Taktiksel Hava Girişi
Lockheed Martin, çift modlu bir ramjet sistemi için tasarlanmış yüksek hızlı bir taktiksel hava girişiyle projeye katkıda bulunuyor. Bahsi geçen giriş hayati önem taşıyor; çünkü havanın farklı hızlarda ve irtifalarda motora nasıl girdiğini yönetiyor. Hava girişi, kendini dönel detonasyon çekirdeğine göre ayarlayarak, hava akış koşulları değiştikçe kararlı bir çalışma sağlıyor.
Mach 5 ve üzerindeki hızlarda hava akışını yönetmek son derece karmaşıktır. Şok dalgaları dar alanlarda etkileşime giriyor ve küçük değişiklikler yanma sürecini bozabiliyor. Mühendisler, hava girişini şekillendirmek ve bahsedilen şok modellerini kontrol etmek için gelişmiş hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemlerine güveniyor.
Tasarım aynı zamanda detonasyon motorlarının yaygın bir zayıflığına da çözüm getiriyor. Pek çok motor farklı irtifalarda tutarlı performans göstermekte zorlanırken, yeni hava girişi aracın atmosferin alt katmanlarında veya yüksek hipersonik seyir irtifasında olmasından bağımsız olarak verimliliğin korunmasına yardımcı oluyor.
Gelecekteki Hipersonik Sistemler için Çıkarımlar
Dönel detonasyonlu ramjet ile taktiksel hava girişi kombinasyonu, daha kompakt ve uygun maliyetli hipersonik itki sistemlerinin habercisi olarak görülüyor. Parça sayısının azalması, maliyetleri düşürerek büyük ölçekli üretimi mümkün kılabilir.
Lockheed Martin İleri Programlar Başkan Yardımcısı ve Genel Müdürü Randy Crites, süreci şu sözlerle özetledi: “İki yıllık dahili yatırımın ardından, gerçekleşen bu gösteri, uygun fiyatlı yetenekleri harekatın gerektirdiği hızda savaşçıların ellerine ulaştırmak için sergilenen iş birliği, inovasyon ve ortak kararlılığın bir kanıtı.”
Crites ayrıca şunları ekledi: “Bu kompakt ramjet, Lockheed Martin’in ramjet hava girişlerindeki uzmanlığını uygulamakta ve ekstrem hızlarda genişletilmiş menzil sunmaktadır. Yoğunlaşan tehdit ortamında Amerika’nın hipersonik kabiliyetini ileriye taşıyan bir itki sistemi sunmaya kararlıyız.”
Sözü edilen teknolojinin olgunlaşmaya devam etmesi durumunda, yeni nesil hipersonik füzeler ve hava araçlarında merkezi bir rol üstlenmesi bekleniyor.
Kaynak: https://interestingengineering.com/military/us-new-rotating-detonation-ramjet-tests
