回転デトネーションエンジン

回転デトネーションエンジン（RDE ）は、1つまたは複数のデトネーションが環状チャネルの周りを連続的に移動する圧力増加燃焼の一種です。計算シミュレーションと実験結果から、RDEは輸送やその他の用途に潜在性があることが示されています。^{[1] [2]}

爆轟燃焼では、炎の前面が超音速で拡大します。理論的には、従来の爆轟燃焼よりも最大25％効率が高くなります。 ^[3]このような効率の向上により、大幅な燃料節約が実現します。^{[4] [5]}

欠点としては、不安定性とノイズが挙げられます。

RDE の基本概念は、円形のチャネル (環状部) の周りを伝わるデトネーション波です。燃料と酸化剤は、通常、小さな穴またはスリットを通してチャネルに注入されます。デトネーションは、何らかの点火装置によって燃料/酸化剤混合物内で開始されます。エンジンが始動すると、デトネーションは自己持続します。1 回のデトネーションで燃料/酸化剤混合物が点火され、デトネーションを持続するために必要なエネルギーが放出されます。燃焼生成物はチャネルから膨張し、流入する燃料と酸化剤によってチャネルから押し出されます。^[2]

RDEの設計はパルスデトネーションエンジン（PDE）に似ていますが、RDEは波がチャンバーの周りを循環するのに対し、PDEではパルスごとにチャンバーをパージする必要がある点で優れています。^[6]

いくつかの組織が RDE に取り組んでいます。

2023年にGEは、マッハ2.5クラスのターボファンと回転デトネーションデュアルモードラムジェット（RD-DMRJ）を組み合わせた小規模な実験室用タービンベース複合サイクル（TBCC）システムを実証しました。このテストはプログラム開始から18か月後に行われました。同社は、マッハ5を超える速度に必要な超音速気流の存在下で、圧縮された燃料と空気の混合物の回転デトネーションを報告しました。^[7]

DARPAはRTXと協力してガンビットで超音速空中発射スタンドオフミサイルへの回転爆轟エンジンの応用を研究している。^{[8] [9]} DARPAは2024年3月にRDREエンジンのテストに成功したヴィーナスエアロスペースとも協力している。^[10]

アメリカ海軍は開発を推進してきた。^[11]海軍研究所（NRL）の研究者は、RDEなどのデトネーションエンジンが船舶の燃料消費量を削減する能力に特に興味を持っている。^{[12] [11]} RDEを現場で使用するには、まだいくつかの障害を克服する必要があります。2012年現在、NRLの研究者はRDEの仕組みをより深く理解することに焦点を当てていました。^[13]

2010年以来、エアロジェット・ロケットダインは複数の構成で520回以上のテストを実施してきました。^[14]

グレン研究センターのダニエル・パクソン^[15]は、数値流体力学(CFD)のシミュレーションを使用して、RDEのデトネーション基準フレームを評価し、その性能をPDEと比較しました。^[16]彼は、RDEが少なくともPDEと同じレベルの性能を発揮できることを発見しました。さらに、RDEの性能はPDEと本質的に同じであるため、RDEの性能をPDEと直接比較できることも発見しました。

2023年1月25日、NASAは初のフルスケール回転デトネーションロケットエンジン（RDRE）の試験に成功したと報告した。このエンジンは4,000ポンド（18 kN）の推力を生み出した。NASAは次の研究ステップとして10,000ポンド力（44 kN）の推力ユニットを作成する意向を表明している。^[17] 2023年12月20日、フルスケールの回転デトネーションロケットエンジン燃焼器が251秒間点火され、5,800ポンド力（26 kN）を超える推力を達成したと報告されている。米国アラバマ州ハンツビルにあるNASAのマーシャル宇宙飛行センターで撮影されたテストスタンドのビデオでは、点火が実証されている。^[18]

ロシアのドミトリー・ロゴジン副首相によると、2018年1月中旬にNPOエネルゴマッシュ社は2トンクラスの液体燃料RDEの初期試験段階を完了し、宇宙打ち上げ機に使用するためのより大きなモデルを開発する予定であるという。^[19]

2016年5月、米空軍所属の研究者チームが、液体酸素と天然ガスを推進剤として作動する回転爆発ロケットエンジンを開発した。 ^[20]追加のRDEテストはパデュー大学で実施され、その中には「光学的、非侵入的実験測定用デトネーションリグ（DRONE）」と呼ばれるテスト記事、つまり「ラップされていない」半境界線形デトネーションチャネル実験が含まれていた。^{[21] IN Space LLCは、}米空軍との契約により、2021年にパデュー大学で液体酸素と気体メタンを使用してテストを行い、22,000 N（4,900 lbf）推力の回転爆発ロケットエンジン（RDRE）をテストした。^[22]

2020年5月、米空軍に所属する工学研究者チームは、水素/酸素混合燃料で200lbf（890N）の推力を生み出すことができる、高度に実験的な実用モデルの回転デトネーションエンジンを開発したと主張した。^[23]

2021年に研究グループはランプ角度30度の斜めデトネーション波エンジンを実証した。 ^{[24] [25]}

宇宙航空研究開発機構（JAXA）は、2021年7月26日（UTC）、第2段に500 N級のRDEを搭載したS-520-31観測ロケットを打ち上げ、世界で初めてRDEの宇宙での試験に成功した。 ^[26]このエンジンはメタンガスと酸素を推進剤とし、平均推力518 N、比推力290秒を実現した。また、回転燃焼により0.26 N·mのトルクが発生するため、S字型のパルスデトネーションエンジンを採用して第2段の回転を低減した。^{[27] [28]}

S-520-34は2024年11月14日に打ち上げられ、液体エタノール/ Nの実験に成功した。
₂O推進剤。 ^[29]

2021年9月15日、ワルシャワ航空研究所は、液体燃料を動力とする回転爆発ロケットエンジンを搭載した実験用ロケットの飛行試験に初めて成功した。試験は2021年9月15日、ポーランドのワルシャワ近郊のジェロンカにある軍事兵器技術研究所の試験場で行われた。計画によると、ロケットエンジンは3.2秒間作動し、ロケットを約90メートル/秒の速度まで加速し、高度450メートルに到達させた。^[30]

2023年に研究者らはハイブリッド空気吸入エンジンのデモユニットを発表した。これはマッハ7以下での推進用の連続RDEとマッハ16までの速度で使用するための斜めデトネーションエンジンを組み合わせたものである。斜めデトネーション波は定常で安定している。BPMIは中国を代表するラムジェット製造業者である。^[31]

2023年初頭、中国は世界初のRDEドローン飛行を達成した。ドローンは甘粛省の非公開の飛行場で飛行に成功した。FB-1回転爆轟エンジンは、重慶大学工業技術研究所と民間企業である推力重量比エンジン（TWR）が共同で開発した。^[31]

他の実験では、RDEの流れ場をよりよく理解するために数値的手法が使用されました。^[32] 2020年にワシントン大学の研究では、環状部の幅などのパラメータを制御できる実験装置が検討されました。研究者は高速カメラを使用して、それが非常にスローモーションで動作するのを見ることができました。それに基づいて、彼らはプロセスを説明する数学モデルを開発しました。^[33]

2021年、中国科学院機械研究所は、マッハ9で飛行機を推進できる世界初の灯油を動力とする極超音速デトネーション波エンジンの試験に成功した^。[34]

• 空気増強ロケット – 超音速排気を利用して追加の加速を生み出すロケット
• エアロスパイクエンジン – 広範囲の高度にわたって空気力学的効率を維持するロケットエンジンの一種
• フィケット・ジェイコブスサイクル – 概念的な熱力学サイクルフォールバックとしてウィキデータの説明を表示するページ
• 航空記事の索引
• ロケットタービンエンジン

• RDE の仕組みを説明するビデオ
• ダニエル・パクソンのRDEの発見に関する研究論文
• RDE に関するビデオ - Real Engineering

• Sun, Jie; Yang, Pengfei; Tian, Baolin ; Chen, Zheng (2023年11月)。 「非定常流入における斜めデトネーション波構造の進化と制御」。AIAAジャーナル。61 (11): 4808–4820。doi :10.2514/1.J062809。ISSN 0001-1452  。