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Des détonations sans fin pourraient faire exploser des engins hypersoniques dans l’espace

Une détonation sans fin pourrait être la clé du vol hypersonique et des avions spatiaux qui peuvent voler de manière transparente de la Terre en orbite. Et maintenant, les chercheurs ont recréé le phénomène explosif en laboratoire qui pourrait le rendre possible.

Les détonations sont un type d’explosion particulièrement puissant qui se déplacent vers l’extérieur plus rapidement que le vitesse du son. L’explosion massive qui secoué le port de Beyrouth au Liban en août dernier était une détonation, et la destruction généralisée qu’elle a provoquée démontre les énormes quantités d’énergie qu’elles peuvent produire.

Les scientifiques rêvent depuis longtemps de construire des moteurs d’avion capables d’exploiter cette énergie; un tel engin pourrait théoriquement voler de New York à Londres en moins d’une heure. Mais les détonations sont incroyablement difficiles à contrôler et durent généralement moins d’une microseconde, donc personne n’a encore pu en faire une réalité.

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Maintenant, une équipe de l’Université de Floride centrale a créé une configuration expérimentale qui leur permet de maintenir une détonation dans une position fixe pendant plusieurs secondes, ce qui, selon les chercheurs, est une étape majeure vers les futurs systèmes de propulsion hypersonique.

« Ce que nous essayons de faire ici, c’est de contrôler cette détonation », a déclaré Kareem Ahmed, professeur agrégé de génie mécanique et aérospatial à l’Université de Floride centrale et auteur principal d’un nouvel article sur la recherche publié lundi (10 mai ) dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences.

« Nous voulons le geler dans l’espace et exploiter cette énergie. Plutôt que de détruire des bâtiments, comme vous l’avez vu au Liban, je veux maintenant l’utiliser et produire une poussée avec lui », a déclaré Ahmed à 45Secondes.fr. « Si nous pouvons faire cela, nous pouvons voyager très vite. »

La percée a été construite sur des décennies de recherche sur un système de propulsion théorique appelé moteur à ondes de détonation oblique (ODWE). Le concept fonctionne en canalisant un mélange d’air et de carburant à des vitesses hypersoniques (plus de cinq fois la vitesse du son) vers une rampe, ce qui crée une onde de choc. Cette onde de choc chauffe rapidement le mélange air-carburant et le fait exploser, faisant exploser les gaz d’échappement de l’arrière du moteur à grande vitesse. Le résultat? Beaucoup de poussée.

Lorsqu’un mélange d’air et de carburant explose de cette manière, la combustion qui en résulte est extrêmement efficace car près de 100% du carburant est brûlé. La détonation génère également beaucoup de pression, ce qui signifie que le moteur peut générer beaucoup plus de poussée que les autres approches. En théorie, cette détonation devrait être capable de propulser un avion jusqu’à 17 fois la vitesse du son, disent les chercheurs, ce qui pourrait être assez rapide pour que les engins spatiaux puissent simplement voler hors du atmosphère, plutôt que de devoir atteler un ascenseur sur des fusées.

Le défi est de maintenir la détonation assez longtemps pour propulser un tel vol, et les démonstrations expérimentales précédentes ont dépassé en quelques millisecondes. La principale difficulté, a déclaré Ahmed, consiste à empêcher la détonation de se propager en amont vers la source de carburant, où elle peut causer de graves dommages, ou plus en aval, où elle va s’éteindre.

« Il y a toujours eu la question de: » Eh bien, si vous le tenez pendant une milliseconde environ, l’avez-vous simplement tenu temporairement? « , A déclaré Ahmed. » Vous ne savez pas si vous vous êtes stabilisé ou non.

Pour voir s’ils pouvaient améliorer le record précédent, Ahmed et ses collègues ont construit une série de chambres d’environ 2,5 pieds de long (0,76 mètre) qui mélange et chauffe l’air et gaz hydrogène avant de l’accélérer à des vitesses hypersoniques et de le tirer sur une rampe.

En équilibrant soigneusement les proportions du mélange air-carburant, la vitesse du flux de gaz et l’angle de la rampe, ils ont pu générer une détonation qui est restée fixe en position pendant environ 3 secondes. C’est assez long pour confirmer que la détonation était stabilisée dans une position fixe et ne se déplaçait ni en amont ni en aval, a déclaré Ahmed, ce qui est une première étape majeure vers la réalisation d’une ODWE réelle.

Frank Lu, professeur de génie mécanique et aérospatial à l’Université du Texas à Arlington, spécialisé dans les moteurs à détonation, a déclaré que la démonstration d’une détonation stable était une réalisation importante. Pour mettre au point un moteur pratique, les chercheurs devront désormais déterminer comment fonctionner sur une gamme de vitesses et d’altitudes et faire face aux instabilités de combustion causées par des éléments tels que le mélange inégal du carburant et de l’air.

« Je pense que les enquêteurs ont fait un excellent travail et attendent avec impatience de nouveaux résultats », a déclaré Lu à 45Secondes.fr.

Les chercheurs n’ont mené leur expérience que pendant quelques secondes, principalement parce que l’intensité de la détonation érode rapidement les parois en verre de la chambre d’essai, a expliqué Ahmed. Ils ont dû utiliser du verre dans leurs tests initiaux afin de pouvoir effectuer des mesures optiques de la détonation, mais s’ils devaient les remplacer par des côtés métalliques, ils devraient pouvoir faire fonctionner la détonation beaucoup plus longtemps, a-t-il déclaré.

Et de manière prometteuse, Ahmed a déclaré que la structure de l’appareil de test n’était pas si différente de la conception d’un ODWE à grande échelle. Le principal défi pour les chercheurs consiste maintenant à déterminer comment ils peuvent modifier les trois ingrédients clés du mélange de carburant, de la vitesse de l’air et de l’angle de rampe tout en maintenant la stabilité de la détonation.

« Maintenant, nous avons démontré que c’est faisable, c’est plus un problème d’ingénierie pour explorer comment le maintenir sur un plus grand domaine d’exploitation », a déclaré Ahmed.

Publié à l’origine sur 45Secondes.fr.

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