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마하 17 극초음속 항공기 엔진 개발 가능? oblique wave detonation engine (OWDE) 공개



 (UCF researchers have successfully fired up a new hypersonic detonation engine that harnesses the raw power of a sustained, trapped explosion. The new engine could power aircraft up to 17 times the speed of sound. Background image credit: NASA. Aircraft and composite image credit: Daniel Rosato, UCF)




(A schematic diagram of the experimental HyperReact prototype. Credit: University of Central Florida)




(Overlaid shadowgraph-chemiluminescence images show conditions in the test chamber in a non-reacting Mach 5 airflow, and then with fuel added to create the oblique detonation wave. Credit: University of Central Florida)



 폭발(detonation)은 연소의 가장 격렬한 형태로 가장 강력한 에너지를 확보할 수 있어 오래 전부터 로켓 엔진 및 항공기 엔진 분야에서 주목받아 왔습니다. 하지만 연속적인 폭발 반응을 처리하기 힘들어 지금까지 상용화에는 실패했습니다. 폭발 엔진 분야에서 매우 앞선 연구 결과를 내놓은 센트럴 플로리다 대학의 카렘 아흐메드 교수 (Kareem Ahmed, an assistant professor in UCF's Department of Mechanical and Aerospace Engineering)가 이끄는 연구팀은 과거 개발한 폭발 엔진 디자인을 한 단계 더 개선한 사선 파동 폭발 엔진 oblique wave detonation engine (OWDE)의 프로토타입을 개발했습니다. 


 

 이전 포스트: https://blog.naver.com/jjy0501/221947045153



 폭발 반응은 그 자체로 컨트롤이 어렵지만, 스크램 제트 같은 초고속 연소 엔진에서는 특히 주입되는 공기의 속도가 너무 빠르기 때문에 안정적인 반응 유지가 어렵습니다. 연구팀은 이 한계를 극복하기 위해 하이퍼리액트 (HyperReact)라는 OWDE 원리의 프로토타입 엔진을 개발했습니다. 



 하이퍼리액트 엔진은 1m 길이로 혼합 챔버 (mixing chamber), CD 노즐 (converging-diverging (CD) nozzle), 테스트 구획 (Test Section)의 세 구조로 되어 있습니다. 우선 공기와 연료 (수소)가 프리 버너인 너비 45mm 길이 350mm의 혼합 챔버에 들어와 사전 연소 과정을 거친 후 219mm의 CD 노즐에서 분사된 연료와 합쳐집니다. CD 노즐의 내부 공간은 처음에는 9mm 정도로 좁아진 후 다시 45mm로 넓어지면서 연료가 혼합됩니다. 마지막으로 159mm의 테스트 구획에서 연속적인 사선 폭발이 일어나게 됩니다. 테스트 구획에서 혼합 연료의 속도는 무려 마하 5에 달합니다. 



 30도 정도 경사져서 일어나는 초음속 연쇄 폭발은 기대한 만큼 안정적으로 유지되어 추력을 발생시킬 수 있는 것으로 나타났습니다. 연구팀은 OWDE 방식의 스크램 제트 엔진인 소드램제트 "Sodramjet" (standing oblique detonation ramjet) 엔진이 마하 17의 속도를 달성할 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 



 물론 아직 지상 프로토타입 테스트이고 실제 기체를 만드는 것은 전혀 다른 이야기입니다. 과연 폭발 엔진이 극초음속 항공기에서 상용화될 수 있을지 궁금합니다. 




참고 



https://newatlas.com/aircraft/oblique-wave-detonation-engine-hypersonic-ucf/#gallery:4?itm_source=newatlas&itm_medium=article-body


https://www.pnas.org/content/118/20/e2102244118
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