Čínští vědci zjistili, že přidáním hořčíku do palivové směsi v přídavných spalovačích dochází k převratným změnám ve výkonu letadla.
Čína a Spojené státy se účastní závodu nikoli na zemi, ale ve vzduchu se společným cílem: dosáhnout rychlosti vyšší než 7 000 km/h. Obě země mají několik projektů hypersonických letadel s vojenským i civilním potenciálem a zatímco USA se zdají být zdrženlivější, Čína se občas přihlásí a hovoří o svých technologických úspěších. Nejnovějším z nich je motor schopný dosáhnout rychlosti Mach 6 díky složení paliva se speciální přísadou: hořčíkem.
Dosažení rychlosti Mach 6
Když mluvíme o hypersonické rychlosti, používáme k jejímu měření ukazatel Mach 1. Rychlost Mach 2 by tedy znamenala dvojnásobek rychlosti zvuku. No a na univerzitě v Pekingu v Beihangu testují techniku, která dokáže zdvojnásobit tah dnešních hypersonických motorů a dosáhnout tak rychlosti Mach 6 a vyšší.
Je těžké si udělat představu o tom, o jaká množství se jedná, protože mluvíme o rychlostech přesahujících 2 000 metrů za sekundu nebo přibližně 7 000 kilometrů za hodinu. To by bylo jako cesta z Madridu do Dillí za jednu hodinu. V současné době trvá tato cesta osm až deset hodin. Nebo přeplutí Atlantiku za tři hodiny.
Rýsuje se nový typ střel
Cílem výzkumníků je nově definovat hypersonické letectví díky technice spalování, která, jak jsme se dočetli v South China Morning Post, prakticky zdvojnásobuje tah scramjetového motoru. Jedná se o zkratku „supersonic combustion ramjets“, přičemž ramjety jsou proudové motory vytvořené pro dosažení rychlosti Mach 3. Aby mohly fungovat, vstupuje do motoru vzduch vysokou rychlostí. Jedná se o neturbínové motory, které stlačují vzduch na nadzvukovou rychlost (nezpomaluje se na podzvukovou jako u ramjetů) a poté se do něj vstřikuje palivo.
Chinese scientists has developed an innovative secondary combustion technique that nearly doubles the thrust of a scramjet engine by injecting magnesium powder into the exhaust gases. Tested under conditions simulating Mach 6 flight at 30km altitude pic.twitter.com/piD5r0zbkU
— Varun Karthikeyan (@Varun55484761) March 24, 2025
Může jím být vodík, ale také parafín, který se smísí se stlačeným vzduchem a v důsledku toho vzniká nadzvukový proud horkých plynů, který pohání vozidlo. Při jeho vzniku je poprvé prolomena zvuková bariéra a je slyšet něco podobného výbuchu.
Nová tajná přísada
Problémem scramjetových motorů je, že při extrémních rychlostech se energie generovaná palivem stabilizuje, ale přidáním hořčíku do složení paliva se to mění. Čínský tým zvolil hořčík, protože se jedná o kov s prudkou reaktivitou.
Při hoření parafínu vzniká zbytkový CO₂, ale když se do motoru vstříkne práškový hořčík, působí tento CO₂ jako oxidační činidlo a zapaluje částice hořčíku. Yang Qingchun je vedoucím projektu a říká, že „hořčík nepotřebuje atmosférický kyslík“, takže tyto částice hořčíkového prášku reagují výbušným způsobem s odpadními plyny, které byly dříve promarněny a uvolňují další energii.
Výsledky prvních testů
V podmínkách simulujících let rychlostí Mach 6 ve výšce 30 kilometrů a při použití komerčního leteckého paliva zvýšilo vstřikování hořčíku tah o 86,6 % při účinnosti spalování 65,1 %. Díky tomu se tah motoru zvýšil z 613 newtonsekund na kilogram na 1 126 newtonsekund na kilogram.
Při této rychlosti parafín téměř úplně shoří, hořčíkový prášek se vznítí při kontaktu a uvolňuje teplo dvakrát až třikrát rychleji než samotný parafín. Rychlost však není jedinou výhodou. Zásadní je, aby se turbodmychadlo nepřehřálo, proto výzkumníci zkoumali, jak optimalizovat proces, aby se zvýšil výkon bez zvýšení teploty.
Právě parafín tak funguje jako chladicí kapalina pro stěny motoru prostřednictvím regenerativního chlazení. Hořčík, který se přidává později, hoří podle výzkumníků v „nadzvukové ohnivé bouři“, která je stabilizována díky optimalizovanému způsobu proudění, což zase pomáhá dosáhnout onoho silnějšího tahu.
Výzvy pro budoucnost
Čím vyšší je však rychlost, tím větší jsou samozřejmě výzvy. Již jsme zmínili, že proti nadzvukovým kosmickým lodím působí teplota, protože musí odolávat tření, které způsobuje nárůst teploty nad 1 500 stupňů Celsia. Kromě toho čím vyšší rychlost, tím větší turbulence. Tým tvrdí, že tato nadzvuková turbulence s sebou nese riziko nerovnoměrného rozptýlení hořčíkového prášku uvnitř přídavného spalování.
Pokud dojde ke špatnému pronikání částic nebo nerovnoměrnému vstřikování, poklesne zisk tahu na téměř 20 %. To činí motor velmi nestabilním. Kromě toho jsou tyto „vybuchující“ hořčíkové částice dvousečnou zbraní. Na jedné straně exploze vytváří onu prudkou reakci, která zvyšuje tah, ale zároveň se částice stávají mikročásticemi, které mohou motor poškodit. Proto je třeba provést výzkum motorů, které jsou schopny odolávat nárazům uvnitř motoru.