Ein Team chinesischer Ingenieure hat einen fortschrittlichen Motor entwickelt, der in zwei Modi betrieben werden kann und es dem Flugzeug ermöglicht, in einer Höhe von 30 km mit 19.756 km/h zu fliegen.
Ein Wankelmotor der NASA im Einsatz während eines Tests. Foto: NASA
Chinesische Forscher für Hyperschallwaffen haben den leistungsstärksten Wankelmotor der Welt entwickelt, berichtete Interesting Engineering am 27. Dezember. Der als revolutionär beschriebene Wankelmotor kann Flugzeuge auf eine Höhe von 30 km bringen und Mach 16 (19.756 km/h) erreichen. Bei dieser Geschwindigkeit würde ein Interkontinentalflug nur wenige Stunden dauern und deutlich weniger Treibstoff verbrauchen als ein herkömmliches Düsentriebwerk.
Informationen über das von Zhang Yining und Kollegen am Beijing Institute of Machinery entwickelte Triebwerk wurden im Dezember in einem Artikel in der chinesischen Fachzeitschrift Propulsion Technology veröffentlicht. Das Triebwerk arbeitet in zwei Modi: Der erste liegt bei einer Geschwindigkeit unter Mach 7 (8.643 km/h) und wird als rotierender Dauerverbrennungsmotor (RDE) betrieben. Außenluft vermischt sich mit Treibstoff und wird verbrannt, wodurch eine Stoßwelle entsteht. Diese Stoßwelle breitet sich in der Ringkammer aus. Während der Rotation verbrennt die Stoßwelle weiteren Treibstoff, was dem Flugzeug einen starken und kontinuierlichen Schub verleiht.
Im zweiten Modus, wenn das Flugzeug mit Geschwindigkeiten über Mach 7 fliegt, hört die Stoßwelle auf zu rotieren und konzentriert sich auf die kreisförmige Plattform am hinteren Ende des Triebwerks. Dies trägt dazu bei, den Schub durch ein nahezu geradliniges, indirektes Detonationsmuster aufrechtzuerhalten. Wie das Team beschreibt, detoniert der Treibstoff aufgrund der hohen Geschwindigkeit der einströmenden Luft bei Annäherung an die hintere Plattform selbst. Das Triebwerk nutzt während seines gesamten Betriebs die Detonation als primären Schub.
Zhang und seine Kollegen gaben in ihrer Forschungsarbeit keine Auskunft über den Wirkungsgrad ihres Triebwerks. Früheren wissenschaftlichen Schätzungen zufolge kann die Detonation von Brenngasen jedoch fast 80 % der chemischen Energie in kinetische Energie umwandeln. Dies stellt eine deutliche Verbesserung gegenüber herkömmlichen Turbofan-Triebwerken dar, die typischerweise Wirkungsgrade von 20–30 % erreichen und auf einer langsamen, schonenden Verbrennung beruhen. Laut Zhangs Team kombiniert ihr Design Rotationsdetonation und lineare Detonation bei verschiedenen Drehzahlen. Dieser Ansatz bietet viele Vorteile und kann die Effizienz des optimalen thermodynamischen Kreisprozesses in nahezu jedem Drehzahlbereich verbessern.
Den Wissenschaftlern zufolge gestaltet sich die Umstellung auf den neuen Verbrennungsmotor aufgrund der zwei Betriebsarten schwierig. Bei Geschwindigkeiten nahe Mach 7 wird der Rotationsdetonationsmodus instabil. Daher muss der indirekte Detonationsmodus schnell aktiviert werden. Eine Lösung besteht darin, die Ansauggeschwindigkeit von Mach 7 auf Mach 4 (4.939 km/h) oder noch niedriger zu reduzieren. Dadurch erhitzt sich der Kraftstoff ausreichend, um sich selbst zu entzünden. Eine weitere Lösung besteht darin, leichte Anpassungen an der inneren Struktur des Motors vorzunehmen, beispielsweise eine Änderung des Durchmessers der kreisförmigen Basis und des Winkels der Stoßwelle. Solche Änderungen können die Gesamtleistung des Motors beeinflussen. Dem Forschungsteam zufolge erfordert der neue Motor keine speziellen Betriebsbedingungen und kann in den meisten Fällen effizient arbeiten.
An Khang (laut Interesting Engineering )
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