موتور انفجاری چرخان

**موتور انفجاری چرخان** (به انگلیسی: Rotating Detonation Engine یا RDE)، از نوعی احتراق با افزایش فشار استفاده می‌کند که در آن یک یا چند انفجار به‌طور مداوم در اطراف یک کانال حلقوی حرکت می‌کنند. شبیه‌سازی‌های محاسباتی و نتایج تجربی نشان داده‌اند که RDE پتانسیل‌هایی در حمل‌ونقل و سایر کاربردها دارد.

در احتراق دتونیشن، جبهه شعله با سرعت ابرصوت منبسط می‌شود. این روش از نظر تئوری تا ۲۵٪ کارآمدتر از احتراق معمولی (Deflagration) است، که به‌طور بالقوه امکان افزایش بازده سوخت را فراهم می‌کند.

معایب این موتور شامل ناپایداری و سروصدا است.

## مفهوم
[بندانگشتی|یک پیش‌نمونه RDE تحت آزمایش در [مرکز پروازهای فضایی مارشال]]
مفهوم اساسی یک موتور انفجاری چرخان، یک موج انفجاری (Detonation) است که در اطراف یک کانال دایره‌ای (حلقوی) حرکت می‌کند. سوخت و اکسیدکننده معمولاً از طریق سوراخ‌ها یا شکاف‌های کوچک به درون کانال تزریق می‌شوند. دتونیشن در مخلوط سوخت/اکسیدکننده توسط نوعی جرقه‌زن آغاز می‌شود. پس از روشن شدن موتور، دتونیشن خودپایدار می‌شود. یک دتونیشن مخلوط سوخت/اکسیدکننده را مشتعل می‌کند و انرژی لازم برای حفظ دتونیشن آزاد می‌شود. محصولات احتراق منبسط شده و توسط سوخت و اکسیدکننده ورودی از کانال به بیرون رانده می‌شوند.

اگرچه طراحی موتور انفجاری چرخان شبیه به موتور انفجار پالسی (PDE) است، اما موتور انفجاری چرخان می‌تواند به‌طور مداوم کار کند زیرا امواج در اطراف محفظه می‌چرخند، در حالی که PDE نیاز دارد محفظه‌ها پس از هر پالس تخلیه شوند.

## توسعه
مفهوم انفجارهای دوار از مطالعات نظری روی امواج دتونیشن و ناپایداری احتراق موتور موشک پدید آمد. مشاهده تجربی و تحلیل برای اولین بار در دهه ۱۹۵۰ هم در اتحاد جماهیر شوروی و هم در ایالات متحده رخ داد و پس از آن دوره‌ای طولانی از تحقیقات محدود در دهه‌های ۱۹۶۰ تا ۱۹۹۰ دنبال شد. در شوروی، بی.وی. وویتسخوفسکی (B. V. Voitsekhovskii) پیشگام توسعه بود، در حالی که در ایالات متحده، جی. ای. نیکولز (J.A. Nicholls) در دانشگاه میشیگان این مفهوم را از طریق تحقیقات خود بر روی دتونیشن‌ها و ناپایداری‌های احتراق مماسی در موتورهای سوخت مایع موشک پیش برد.

### ونوس ارواسپیس
در ۱۴ مه ۲۰۲۵، شرکت «ونوس ارواسپیس» (Venus Aerospace) با موفقیت اولین آزمایش پرواز ایالات متحده یک موتور موشک دتونیشن دوار (RDRE) را در پایگاه فضایی آمریکا در نیومکزیکو به اتمام رساند. این شرکت اکنون در حال کار بر روی موتور VDR2 خود است که برای سرعت‌هایی تا  طراحی شده است. با ادغام کارایی RDRE و فناوری تقویت هوا (Air-augmentation) که نیروی رانشی معادل  تولید می‌کند، VDR2 قادر خواهد بود در دامنه‌های وسیع‌تری از سرعت و ارتفاع، زیر ۳٫۵ ماخ عمل کند. این موتور قرار است نیروی پیشران هواپیمای تجاری «استارگیزر ام۴» (Stargazer M4) با قابلیت پرواز با سرعت ۴ ماخ را تأمین کند.

### جی‌ای ارواسپیس
در سال ۲۰۲۳، جی‌ای ارواسپیس یک سامانه سیکل ترکیبی مبتنی بر توربین (TBCC) در مقیاس آزمایشگاهی را به نمایش گذاشت که ترکیبی از یک توربوفن کلاس ۲٫۵ ماخ و یک رم‌جت دوحالته دتونیشن دوار (RD-DMRJ) بود. این آزمایش ۱۸ ماه پس از آغاز برنامه انجام شد. این شرکت از دتونیشن‌های دوار یک مخلوط سوخت-هوای فشرده در حضور جریان هوای ابرصوت لازم برای سرعت‌های بالای ۵ ماخ گزارش داد.

### دارپا
دارپا در پروژه «گامبیت» (Gambit) با شرکت RTX همکاری می‌کند تا کاربرد موتورهای دتونیشن دوار را برای موشک‌های استندآف (Standoff) هواپرتاب ابرصوت بررسی کند. دارپا همچنین با ونوس ارواسپیس همکاری می‌کند که موتور RDRE خود را با موفقیت در مارس ۲۰۲۴ آزمایش کرد.

### نیروی دریایی ایالات متحده
نیروی دریایی ایالات متحده توسعه این فناوری را پیش برده است. محققان در آزمایشگاه تحقیقاتی نیروی دریایی (NRL) علاقه خاصی به قابلیت موتورهای دتونیشن مانند RDE برای کاهش مصرف سوخت کشتی‌های خود دارند. هنوز موانع متعددی باید برطرف شوند تا بتوان از RDE در میدان عمل استفاده کرد. تا سال ۲۰۱۲، محققان NRL بر درک بهتر نحوه عملکرد RDE تمرکز داشتند.

### آئروجت راکت‌داین
از سال ۲۰۱۰، آئروجت راکت‌داین (Aerojet Rocketdyne) بیش از ۵۲۰ آزمایش بر روی پیکربندی‌های متعدد انجام داده است.

### ناسا
دانیل پکسون در مرکز تحقیقات گلن از شبیه‌سازی‌های دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) برای ارزیابی چارچوب مرجع دتونیشن RDE و مقایسه عملکرد آن با موتور انفجار پالسی (PDE) استفاده کرد. او دریافت که یک RDE می‌تواند حداقل در همان سطح یک PDE عمل کند. علاوه بر این، او متوجه شد که عملکرد RDE مستقیماً با PDE قابل مقایسه است، زیرا عملکرد آن‌ها اساساً یکسان بود.

در ۲۵ ژانویه ۲۰۲۳، ناسا گزارش داد که اولین موتور موشک دتونیشن دوار (RDRE) مقیاس کامل خود را با موفقیت آزمایش کرده است. این موتور  رانش تولید کرد. ناسا اعلام کرده است که گام بعدی تحقیقاتی آن‌ها ساخت یک واحد پیشرانش  است. در ۲۰ دسامبر ۲۰۲۳، گزارش شد که یک محفظه احتراق موتور موشک دتونیشن دوار مقیاس کامل به مدت ۲۵۱ ثانیه روشن شد و به رانشی بیش از  دست یافت. ویدیوی سکوی تست که در مرکز پروازهای فضایی مارشال ناسا در هانتسویل، آلاباما ضبط شده بود، احتراق موتور را نشان داد.

### انرگوماش
طبق گفته معاون نخست‌وزیر روسیه، دمیتری روگوزین، در اواسط ژانویه ۲۰۱۸ شرکت ان‌پی‌او انرگوماش فاز اولیه آزمایش یک RDE کلاس ۲ تن با پیشران مایع را تکمیل کرد و قصد دارد مدل‌های بزرگتری را برای استفاده در پرتابگرهای فضایی توسعه دهد.

### دانشگاه پردو
در مه ۲۰۱۶، تیمی از محققان وابسته به نیروی هوایی ایالات متحده یک موتور موشک دتونیشن دوار را توسعه دادند که با پیشرانه‌های اکسیژن مایع و گاز طبیعی کار می‌کرد. آزمایش‌های RDE بیشتری در دانشگاه پردو انجام شد، از جمله یک نمونه آزمایشی به نام «ریگ دتونیشن برای اندازه‌گیری‌های تجربی نوری و غیرتداخلی (DRONE)» که یک آزمایش کانال دتونیشن خطی، نیمه‌محدود و «بازشده» (Unwrapped) بود. شرکت «IN Space LLC» در قراردادی با نیروی هوایی ایالات متحده، در سال ۲۰۲۱ یک موتور موشک دتونیشن دوار (RDRE) با رانش  را با استفاده از اکسیژن مایع و متان گازی در دانشگاه پردو آزمایش کرد.

### دانشگاه مرکز فلوریدا
در مه ۲۰۲۰، تیمی از محققان مهندسی وابسته به نیروی هوایی ایالات متحده ادعا کردند که یک مدل آزمایشی بسیار پیشرفته از موتور دتونیشن دوار را توسعه داده‌اند که قادر به تولید  رانش با استفاده از مخلوط سوخت هیدروژن/اکسیژن است.

در سال ۲۰۲۱، این گروه یک موتور موج دتونیشن مایل (Oblique Detonation Wave) را با زاویه رمپ ۳۰ درجه به نمایش گذاشتند.

### جاکسا
در ۲۶ ژوئیه ۲۰۲۱ (UTC)، آژانس کاوش‌های هوافضای ژاپن (JAXA) با پرتاب موشک سوند S-520-31 که به یک RDE کلاس ۵۰۰ نیوتنی در مرحله دوم مجهز بود، برای اولین بار در جهان موفق به آزمایش RDE در فضا شد. این موتور از متان و اکسیژن گازی به عنوان پیشران استفاده می‌کرد و میانگین رانش ۵۱۸ نیوتن و تکانه ویژه ۲۹۰ ثانیه را ارائه داد. احتراق چرخشی گشتاوری معادل ۰٫۲۶ نیوتن‌متر ایجاد کرد، بنابراین از یک موشک پالس دتونیشن (PDE) به شکل S برای کاهش چرخش مرحله استفاده شد.

موشک S-520-34 که در ۱۴ نوامبر ۲۰۲۴ پرتاب شد، با موفقیت با پیشران مایع اتانول /  آزمایش شد.

### شبکه تحقیقاتی لوکاسیویچ - مؤسسه هوانوردی
در ۱۵ سپتامبر ۲۰۲۱، مؤسسه هوانوردی ورشو اولین آزمایش پرواز موفقیت‌آمیز یک راکت آزمایشی مجهز به موتور موشک دتونیشن دوار با پیشران‌های مایع را انجام داد. این آزمایش در ۱۵ سپتامبر ۲۰۲۱ در زمین آزمایش مؤسسه فنی نظامی تسلیحات در ژلونکا در نزدیکی ورشو، لهستان انجام شد. طبق برنامه، موتور موشک به مدت ۳٫۲ ثانیه کار کرد و موشک را به سرعت حدود ۹۰ متر بر ثانیه رساند که به آن اجازه داد به ارتفاع ۴۵۰ متری برسد.

### مؤسسه ماشین‌آلات قدرت پکن
در سال ۲۰۲۳، محققان یک واحد نمایشی از یک موتور هواتنفسی ترکیبی را معرفی کردند. این موتور یک RDE مداوم را برای پیشرانش در سرعت‌های زیر ۷ ماخ با یک موتور موج دتونیشن مایل برای استفاده در سرعت‌های تا ۱۶ ماخ ترکیب می‌کند. امواج دتونیشن مایل، ساکن و تثبیت‌شده هستند. مؤسسه ماشین‌آلات قدرت پکن (BPMI) سازنده پیشرو رم‌جت در چین است.

### مؤسسه تحقیقات فناوری صنعتی دانشگاه چونگ‌کینگ
در ۲۱ مارس ۲۰۲۳، مؤسسه تحقیقات فناوری صنعتی دانشگاه چونگ‌کینگ به همراه مرکز علم و فناوری پرواز آسمان (Sky Flight) گزارش دادند که آزمایش جرقه موفقیت‌آمیز اولین موتور دتونیشن دوار مداوم با سوخت نفت سفید چین با رانش ۱۰۰۰ نیوتن را به دست آورده‌اند و در سال ۲۰۲۲ آزمایش‌های لغزش (Skid tests) موتور دتونیشن دوار مداوم H1-M را انجام دادند.

### پرات اند ویتنی
در ۴ مارس ۲۰۲۵، پرات اند ویتنی گزارش داد که آزمایش‌های RDE خود را با موفقیت تکمیل کرده است. این موتور در شرایط بسیار سختی که قرار است در آن عملیاتی شود آزمایش شد و هدف نهایی آن‌ها تأمین نیروی «وسایل نقلیه حیاتی برای کاربردهای دفاعی آینده» است. آن‌ها معتقدند که این موتور بدون قطعات متحرک، به دلیل پیچیدگی کمتر می‌تواند کارایی را افزایش داده و هزینه‌ها را کاهش دهد و امکان تخصیص جرم بیشتری به سایر زیرسیستم‌ها مانند سوخت و محموله را فراهم کند.

### مؤسسه فناوری کارلسروهه (KIT)
در ۱۶ ژوئیه ۲۰۲۵، مؤسسه فناوری انرژی حرارتی و ایمنی (ITES) در مؤسسه فناوری کارلسروهه با موفقیت یک محفظه احتراق دتونیشن دوار را با ادغام توربین و تولید برق آزمایش کرد که زمان کارکرد محفظه احتراق ۹۰ ثانیه و زمان کارکرد توربین ۶۰ ثانیه بود.

### سایر تحقیقات
سایر آزمایش‌ها از روش‌های عددی برای درک بهتر میدان جریان RDE استفاده کرده‌اند. در سال ۲۰۲۰، مطالعه‌ای از دانشگاه واشینگتن یک دستگاه آزمایشی را بررسی کرد که امکان کنترل پارامترهایی مانند عرض حلقه (Annulus) را فراهم می‌کرد. محققان با استفاده از یک دوربین پرسرعت توانستند عملکرد آن را در حالت اسلوموشن بسیار آهسته مشاهده کنند. بر اساس آن، آن‌ها یک مدل ریاضی برای توصیف این فرایند توسعه دادند.

در سال ۲۰۲۱، مؤسسه مکانیک آکادمی علوم چین، اولین موتور موج دتونیشن ابرصوت جهان را که با نفت سفید کار می‌کرد و می‌توانست هواپیما را با سرعت ۹ ماخ به پیش براند، با موفقیت آزمایش کرد.

## منابع

## پیوند به بیرون
* موتورهای دتونیشن دوار (RDE)
* ویدیوی نمایشی از نحوه کار RDE
* مقاله تحقیقاتی دانیل پکسون در مورد یافته‌هایش درباره RDE
* ویدیو در مورد RDE - Real Engineering
رده:سوختن
رده:توربین‌های گازی