15 września 2024 roku na poligonie w Zielonce zespół inżynierów z Łukasiewicz – Instytutu Lotnictwa, przeprowadził pionierską próbę lotu rakiety napędzanej silnikiem rakietowym wykorzystującym innowacyjny proces wirującej detonacji, zrealizowaną przy użyciu ciekłych materiałów pędnych, takich jak ciekły propan i podtlenek azotu. Silnik, przez 3,2 sekundy pracy, pozwolił rakiecie osiągnąć prędkość 90 m/s i pułap 450 metrów, co stanowi historyczny sukces w dziedzinie napędu rakietowego.
Ale czym jest wirująca detonacja? Jest to zjawisko, które w tradycyjnym rozumieniu kojarzy się z gwałtownym i niebezpiecznym wybuchem, generującym fale uderzeniowe o dużej prędkości, które niszczą wszystko na swojej drodze. Jeśli odpowiednio wprowadzi się paliwo i utleniacz do komory spalania, można stworzyć samonapędzający się cykl detonacji, który stanie się efektywnym źródłem energii.
Wirująca detonacja jest technologią, która oferuje ogromny potencjał w różnych dziedzinach – od napędu rakiet i samolotów po energetykę. Komory spalania wykorzystujące ten proces cechują się prostą konstrukcją, co sprawia, że są lekkie i kosztowo efektywne. Badania nad wykorzystaniem wirującej detonacji w silnikach trwają w Polsce od ponad 15 lat, początkowo pod przewodnictwem profesora Piotra Wolańskiego w Politechnice Warszawskiej, a od ponad dekady także w Łukasiewicz – Instytucie Lotnictwa.
Cechami kluczowymi silnika z wirującą detonacją (RDE – Rotating Detonation Engine) jest wysoka efektywność energetyczna, zwiększona prędkość i zasięg, postawienie na ekologię, przez co jest zmniejszona emisja spalin, a tym samym występuje redukcja zużycia paliwa. Silnik ma możliwość stosowania różnych paliw, a także ma kompaktową konstrukcję.
Technologia wirującej detonacji jest obecnie rozwijana przez największe światowe koncerny, takie jak Pratt & Whitney czy GE. Z kolei Polska, dzięki pracy zespołu Łukasiewicza, stała się liderem w tej dziedzinie, prezentując pierwszą na świecie udaną próbę silnika rakietowego z wirującą detonacją napędzanego ciekłymi paliwami.
Konstrukcja zastosowanego silnika opierała się na detona-cyjnej technologii stożkowej opracowanej przez dr. inż. Michała Kawalca. Zastosowanie regeneracyjnego chłodzenia silnika, polegającego na odzyskiwaniu ciepła z komory detonacyjnej i wykorzystaniu go do podgrzewania materiałów chłodzących, pozwoliło na zwiększenie sprawności silnika.
W porównaniu do tradycyjnych napędów rakietowych, silniki z wirującą detonacją oferują wyższą efektywność energetyczną dzięki tzw. „spalaniu powodującemu wzrost ciśnienia” (Pressure Gain Combustion).
Silniki wykorzystujące wirującą detonację oferują kilka istotnych korzyści. Detonacja zachodzi tysiąc razy szybciej niż tradycyjne spalanie, tym samym umożliwia znaczne zmniejszenie rozmiarów komór spalania. Ponadto, szybkie tempo spalania zapobiega powstawaniu toksycznych tlenków azotu. Wodór, uznawany za paliwo przyszłości, jest idealnym materiałem do takich silników, ponieważ doskonale współpracuje z procesem wirującej detonacji.
Opracowany silnik Łukasiewicz – Instytut Lotnictw stanowią ważny krok w kierunku rozwoju zaawansowanych napędów rakietowych oraz lotniczych, mających szerokie zastosowanie w przemyśle kosmicznym i militarnym. Może być zaaplikowany jako silnik samolotów pasażerskich i cargo o dalekim zasięgu wspomnianych statków kosmicznych i sond międzyplanetarnych w pociskach manewrujących oraz innych zaawansowanych systemach uzbrojenia, pociskach rakietowych i hipersonicznych, jako napęd samolotów myśliwskich oraz bombowców oraz jako turbogeneratory energii oparte na RDE zasilane gazowym wodorem.
