Motor de detonación pulsada

Un motor de detonación pulsada ( PDE ) es un tipo de sistema de propulsión que utiliza ondas de detonación para combustionar una mezcla de combustible y oxidante . ^{[ 1 ] [ 2 ]}

El motor funciona por pulsos porque la mezcla debe renovarse en la cámara de combustión entre cada onda de detonación y la siguiente. Teóricamente, un motor de detonación pulsada (PDE) puede operar desde velocidades subsónicas hasta hipersónicas , aproximadamente Mach 5. Un diseño ideal de PDE puede tener una eficiencia termodinámica superior a la de otros diseños, como los turborreactores y los turbofanes, ya que una onda de detonación comprime rápidamente la mezcla y añade calor a volumen constante. En consecuencia, no se requieren necesariamente piezas móviles como las bobinas del compresor , lo que podría reducir significativamente el peso y el coste totales. Los aspectos clave para su desarrollo futuro incluyen la mezcla rápida y eficiente del combustible y el oxidante, la prevención de la autoignición y la integración con una entrada y una tobera.

A fecha de abril de 2026, ningún motor PDE práctico se había puesto en producción, pero se habían construido varios motores de prueba y uno de ellos se integró con éxito en un avión de demostración de baja velocidad que realizó un vuelo sostenido propulsado por PDE en 2008.

Las PDE se han considerado para la propulsión desde 1940. ^{[ 3 ]}

El primer vuelo conocido de una aeronave propulsada por un motor de detonación pulsada tuvo lugar en el Puerto Aeroespacial de Mojave el 31 de enero de 2008. ^{[ 4 ]} El proyecto fue desarrollado por el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea e Innovative Scientific Solutions, Inc. La aeronave seleccionada para el vuelo fue un Scaled Composites Long-EZ modificado , llamado Borealis . ^{[ 5 ]} El motor constaba de cuatro tubos que producían detonaciones pulsadas a una frecuencia de 80  Hz, creando hasta 200 libras de empuje (890 newtons). Muchos combustibles fueron considerados y probados por los desarrolladores del motor en los últimos años, pero se utilizó un octano refinado para este vuelo. Se utilizó un pequeño sistema de cohete para facilitar el despegue del Long-EZ, pero el PDE operó por su propia potencia durante 10 segundos a una altitud de aproximadamente 100 pies (30 m). El vuelo se realizó a baja velocidad, mientras que el atractivo del concepto de motor PDE reside más en las altas velocidades; sin embargo, la demostración mostró que un PDE puede integrarse en la estructura de una aeronave sin experimentar problemas estructurales debido a las  ondas de detonación de 195-200 dB. No se planean más vuelos para el Long-EZ modificado, pero es probable que el éxito impulse una mayor financiación para la investigación de los PDE. La aeronave ha sido trasladada al Museo Nacional de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos para su exhibición. ^{[ 6 ]}

En junio de 2008, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) presentó Blackswift , que estaba destinado a utilizar esta tecnología para alcanzar velocidades de hasta Mach 6. ^{[ 7 ]} Sin embargo, se informó que el proyecto se canceló poco después, en octubre de 2008.

El funcionamiento básico del PDE es similar al del motor de pulsorreactor . En el pulsorreactor, el aire se mezcla con combustible para crear una mezcla inflamable que luego se enciende en una cámara abierta. La combustión resultante aumenta considerablemente la presión de la mezcla hasta aproximadamente 100 atmósferas (10 MPa) ^{[ 8 ]} , la cual luego se expande a través de una tobera para generar empuje.

Para asegurar que la mezcla salga por la parte trasera, impulsando así la aeronave hacia adelante, se utiliza una serie de compuertas para cerrar la parte frontal del motor. Un ajuste preciso de la entrada garantiza que las compuertas se cierren en el momento adecuado para forzar el flujo de aire en una sola dirección a través del motor. Algunos diseños de motores de pulsorreactores utilizaban una cavidad resonante sintonizada para proporcionar la acción de válvula a través del flujo de aire en el sistema. Estos diseños suelen tener forma de tubo en U, abierto en ambos extremos.

En ambos sistemas, el motor de pulsorreactor presenta problemas durante el proceso de combustión. A medida que el combustible se quema y se expande para generar empuje, también expulsa la carga restante sin quemar hacia atrás, fuera de la tobera. En muchos casos, parte de la carga se expulsa antes de quemarse, lo que provoca la famosa estela de llamas que se observa en la bomba volante V-1 y otros motores de pulsorreactor. Incluso dentro del motor, el volumen de la mezcla cambia constantemente, lo que convierte el combustible en energía útil de forma ineficiente.

Todos los motores a reacción convencionales y la mayoría de los motores de cohete funcionan mediante la deflagración del combustible, es decir, la combustión rápida pero subsónica del mismo . El motor de detonación pulsada es un concepto actualmente en desarrollo para crear un motor a reacción que funcione mediante la detonación supersónica del combustible. Debido a la rapidez de la combustión, la mezcla de combustible y aire no tiene tiempo de expandirse durante este proceso, por lo que se produce a un volumen casi constante . La combustión a volumen constante es más eficiente que los diseños de ciclo abierto, como las turbinas de gas , lo que se traduce en una mayor eficiencia de combustible .

Debido a la rapidez del proceso de combustión, resulta difícil lograr que los obturadores mecánicos ofrezcan el rendimiento requerido. En su lugar, los motores diésel suelen utilizar una serie de válvulas para controlar con precisión el tiempo del proceso.

La mayor parte de la investigación sobre motores diésel-eléctricos (PDE, por sus siglas en inglés) es de carácter militar, ya que el motor podría utilizarse para desarrollar una nueva generación de aviones de reconocimiento de alta velocidad y largo alcance que volarían lo suficientemente alto como para estar fuera del alcance de cualquier defensa antiaérea actual, al tiempo que ofrecerían un alcance considerablemente mayor que el del SR-71 , que requería una enorme flota de aviones cisterna de apoyo.

Las principales dificultades en los motores de detonación por pulsos son lograr la detonación retardada sin requerir un tubo lo suficientemente largo como para que resulte poco práctico y genere resistencia aerodinámica en la aeronave (añadir una curva en U al tubo extingue la onda de detonación); reducir el ruido (a menudo descrito como el sonido de un martillo neumático); y amortiguar la fuerte vibración causada por el funcionamiento del motor.

Si tanto el combustible como el oxidante son transportados por el vehículo, un motor de detonación pulsada es independiente de la atmósfera y puede utilizarse en vuelos espaciales . El 26 de julio de 2021 (UTC), la agencia espacial japonesa JAXA probó con éxito un motor de cohete de detonación pulsada en el espacio durante un vuelo del cohete sonda S-520 . ^{[ 9 ]} La etapa superior del cohete utilizó un motor de detonación rotativa (RDE) como motor principal y un motor de detonación pulsada en forma de S se utilizó para detener la rotación de la etapa después de la combustión del motor principal. El PDE operó tres veces durante el vuelo para un total de 14 ciclos. ^{[ 10 ]}

• propulsión por pulsos nucleares
• Motor de detonación rotativa
• Scramjet
• Chorro de presión de Gluhareff
• Avión Aurora

• Soluciones Científicas Innovadoras Inc.
• Motores de detonación pulsada
• Ciencia popular
• Patente de 1952 de William Bollay sobre propulsión a chorro por detonación pulsada.
• Aparato alimentado mediante energía láser, patente estadounidense expedida el 6 de agosto de 1996 por Boyd B. Bushman.
• Opciones de propulsión por detonación pulsada
• Notas de DARPA de mayo de 2009 sobre PDE
• PDE (Motor de Detonación Pulsada)
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• Nuevo motor para velocidades supersónicas e hipersónicas de DRDO | The PDEs