Scramjet

Scramjet (supersonic combustion ramjet) bir ramjet çeşidi olup farklı olarak supersonik yanma odasına sahiptir. Havanın sıkıştırılarak alındığı, yakıtın yakıldığı yanma odası ve egzozun giriş hızından daha hızlı ayrıldığı lüleye (nozzle) sahiptir.
Ticari jet motorları havanın motor içine alınıp sıkıştırılması için kompresör kullanır, daha sonra sprey halindeki yakıt sıkıştırılmış havayla birlikte ateşlenerek geriye doğru gider ve thrust oluşturur. Scramjet havayı sıkıştırmak için uçağın hızını kullanır, yani çok az hareketli parçaya ihtiyaç duymaktadır.

Tarihçe

50’lerin ortası ve 60’ların sonuna doğru Amerika ve İngiltere’de pek çok farklı scramjet modeli yer testleri uygulandı. Özellikle X-15 projesi oldukça başarılı test sonuçları elde edildi (mach 6.7).Ancak hiçbir zaman test aşamasını geçemedi.
Daha sonraları 80’lerin sonu 90’ların başında Amerika Scramjet motoru ile uçan ve dünyanın yörüngesinde gidebilecek bir araç yapımı için 2 milyon dolarlık bir proje uygulamaya koydu. Program 1993 yılında projenin tamamlanması için 15 milyon dolar gerektiğinin öngörülmesi ve pek çok teknik sorun üzerine kapatıldı.
2004 yılında NASA’nın geliştirdiği X-43 adlı Scramjet motorlu uçağı mach 9,4 hızına çıkarak dünyanın en başarılı Scramjet uçuşunu gerçekleştirdi.

Dizayn

Scramjet atmosfer içinde hipersonik hızlarda uçmak için tasarlanmış bir jet motorudur. Bir roketten farkı ise roketler gereken oksijeni üstünde taşıdığı tanklardan sağlarken, scramjet yanma için gereken oksijeni atmosferden alır. Scramjetler bu yünüyle jet motorlarla ortak özellik gösterir ancak jet motorlar scramjetin uçtuğu hızlarda uçamazlar.
Türbinli motorlar subsonik ve süpersonik hızlarda çalışabilmektedirler. Ancak mach hızını geçtiklerinde çabucak kararsız hale gelirler. Kompresöre giren havanın basıncı ve sıcaklığı artar, mach hızını geçmek demek bu değerlerin daha da artması anlamına gelmektedir. Yüksek sıcaklık, yakıt hava karışımından istenilenden yüksek enerji çıkmasına, motorda erimeye ve yapısal hasarlara yol açar. Mach arttıkça sürüklemenin (drag) karesi ile orantılı artış gösterir, ayrıca kullanılabilen enerji de düşer. Türbinli motorlarda hız artırımı için giren havanın sıcaklığı düşürülür ya da itki (thrust) arttırıcı sistemler eklenir (ramjet ve afterburner gibi).
Ramjetler turbojetlere göre daha yüksek sıcaklıklarda çalışabilmektedirler. Turbojetlerden daha yüksek hızlara da ulaşırlar. Ancak onların da çalışabilmesi için yanma odasına giden havanın subsonik hızda olması gerekir. Süpersonik hızda uçuşta subsonik hava kullanmak kompresör kullanmaktan daha verimlidir ancak yüksek hızda başka bir problem ortaya çıkar. Hava supersonik hızdan subsonik hıza geçerken şok dalgası oluşur bu şok dalgası da havanın sıcaklığını arttırır ve havanın kimyasal tepkimeye girerek enerji kaybetmesine ayrıca yanma odasında yakıtın yanma veriminin düşmesine neden olur. Ramjetlerin ulaşabileceği hız kullanılan yakıt miktarına göre değişiklik gösterse de mach 4 ve mach 8 arasında değişen bir aralıktadır.
Scramjetler bütün motor boyunca havanın supersonik hızda akmasına izin vererek yüksek sürükleme ve düşük yanma sorununu ortadan kaldırmayı hedeflemektedir. Motora giren hava ramjete göre daha az hız kaybettiğinden dolayı daha az sürükleme oluşur, ayrıca daha az ısınarak yakıtın daha etkili yanması sağlanmış olur. Yüksek hızda akan hava içerisine yakıt karıştırılıp yakmak için çok az süre bulunması ve motor içindeki en küçük bir geometrik bozukluk yüksek sürükleme oluşmasına sebebiyet verecek olması en büyük sorunudur.
Scramjet en basit anlamda ağız ağza bağlanmış iki huniye benzer. Ön taraftaki huni biçimi havanın içeri girerken sıkışması ve ısınmasını sağlar . İki hunin birleşim noktasına benzeyen ve en dar kısım olan noktada sıkıştırma en yüksek değerdedir, bu anda yakıt eklenerek yanma gerçekleşir. Yanma sonucu gazlar ikinci huni biçiminden, tıpkı roket lülesine (nozzle) benzeyen bölüm, dışarı atılır ve itki oluşturulur.

Scramjet Uçuşu

Scramjetin çalışabilmesi için ilk hızının mach 5 civarında olması gerekir. Bu durum scramjetin çalışması için ön hız sağlayacak bir sistem geliştirilmesini gerekli kılmıştır.
X 43-A programında bu sorunu çözmek için önce bir uçak 40 000 ft’e çıkarılmış daha sonra bu noktada scramjetin bağlı olduğu füze uçaktan ayrılarak ateşlenmiş ve füze 95 000 ft’e ulaşasıya kadar uçuşunu sürdürmüştür. 95 000 ft’de scramjet füzeden ayrılarak kendi uçuşuna başlayarak mach 9.8 hızına ulaşmıştır.