Yeni jet motoru süpersonik yolculuğun anahtarı olabilir: RDE motorlar geliyor

1960’lardan bu yana dünyanın dört bir yanındaki mühendisler Rotating Detonation Engine (RDE), adı verilen yeni bir jet türüyle uğraşıyor, ancak bu motorlar hiçbir zaman deneysel aşamadan öteye geçemedi. Dünyanın en büyük jet motoru üreticilerinden biri olan GE Aerospace, kısa bir süre önce çalışan bir versiyon geliştirdiğini duyurdu. Bu yılın başlarında Amerika’nın İleri Savunma Araştırma Projeleri Ajansı (DARPA), bir başka büyük havacılık grubu olan RTX’in bir parçası olan Raytheon ile Gambit adlı bir RDE geliştirmek üzere 29 milyon dolarlık bir sözleşme imzaladı. NASA, derin uzay görevleri için geliştirdiği RDE motorunu 2023’ün başarında test etti. Kısa bir süre önce Çin, Mach 16 hızına erişebilen RDE motoru geliştirdiğini duyurdu. Peki bu motorlar tam olarak nedir?

2023 yılında birkaç kez duyduğumuz RDE motorların tamamı roketler ve mevcut jet motoru türleri de dahil olmak üzere mevcut tahrik sistemlerinin menzil ve hız sınırlamalarını aşarak yüksek miktarda itki üretmek için kullanılacak. Bununla birlikte, eğer şirketler bu motorları çalıştırmakta başarılı olurlarsa, Rotating Detonation Engine (RDE- Dönen Detonasyon Motoru) havacılıkta çok daha geniş bir role sahip olabilir. Örneğin süpersonik hava yolculuğu bu motorlar ile canlandırılabilir.

Rotating Detonation Engine (RDE- Dönen Detonasyon Motoru) nedir?

RDE motorları sesüstü hızda akış içinde yanma prensibi ile çalışan basınç artışlı yanma motorları olarak tanımlanabilir. Basınç artışlı yanma motorları, geleneksel roket ve gaz türbini motorlarının aksine daha verimli bir şekilde çalışırlar. Pistonlu motorlara benzer bir şekilde yanma reaksiyonu sabit bir hacimde çok daha hızlı bir şekilde gerçekleşir.

Peki bu motorlar nasıl çalışıyor?

Havacılıkta yanma, gerçekleşme hızına göre ikiye ayrılır. Ses hızından düşük hızlarda gerçekleşen yanma “deflagrasyon”, sesüstü hızlarda gerçekleşen yanma ise “detonasyon” olarak adlandırılıyor.

Geleneksel bir jet motoru çok sayıda hareketli parça kullanır. Dönen kanatlar havayı çeker ve bir yanma odasında yakıtla tutuşturmadan önce sıkıştırarak hızla genişleyen sıcak gazlar oluşturur ve bu gazlar arkadan dışarı fırlar. En nihayetinde de fırlayan hazlar bir tahrik üretir yani uçağın havada itilmesi sağlanır. Ancak bir RDE motoru çok daha basittir. Yakıt bu alana pompalandığında, havadaki oksijenle karışır ve patlayarak boşluğun etrafında dönen ve arkadan çıkan süpersonik bir şok dalgası yaratır. Bir kez başladığında, patlama kendi kendine devam eder. Yani burada sabit ve yüksek güçlü bir süreklilik söz konusu.

Ramjetler ve darbeli detonasyon motoru (Pulse Detonation Engine – PDE) gibi bazı jet türevleri de kompresörler ve türbinler olmadan çalışırlar ancak bunlarda motorun eksenel olarak uzun olması gerekiyor. RDE motorlarda ise geçiş dairesel yönde olduğu için daha kompakt ürünler ortaya konabiliyor.

Ne kadar hızlı olacaklar?

Basit ve ve kompakt olan bir RDE’nin yapımının da ucuz ve yakıt verimli olacağı belirtiliyor. Bu bağlamda ilk RDE’ler ile füzelerin ses hızının 5 (Mach 5 yada 6,125 km/s) katına kadar hızlarda uçması sağlanabilir.

Ancak RDE motorları tek başına kullanmaya gerek yok. Mesela GE Aerospace’in versiyonu Mach 5’ten daha hızlı uçan hipersonik füzeleri hızlandırmak için bir ramjet ile kullanılmak üzere tasarlandı. Çin, Mach 16 diyor ancak bu motor için bilgiler oldukça sınırlı. Bu hıza nasıl ulaşılacağı belirsiz.

Öte yandan mühendisler uzunca bir süre RDE motorları inşa etmek için gerekli araçlardan yoksundu. Bilgisayar modellemesindeki gelişmeler, aşırı sıcaklıklara dayanabilen yeni alaşımlar ve 3 boyutlu baskı olarak bilinen eklemeli üretimle bu durum değişti.

Bir uçağa güç sağlamak için RDE motoru kullanılacaksa öncelikle detonasyon sürecinin başlaması için motora yeterli miktarda havanın girmesi gerekecek. Bunun anlamı şu: kalkışta ve belirli bir hıza ulaşana kadar yardıma ihtiyaç var. Bu devasa bir sorun değil, zira hibrit çözüm örnekler bulunuyor.

Soğuk savaş sırasında uçurulan yüksek irtifa Amerikan casus uçağı Lockheed SR-71 Blackbird, bir çift geleneksel jet motorundan güç alıyordu. Çoğu hızlı jetin yaptığı gibi art yakıcılarını çalıştırarak süpersonik hızlara ulaşabiliyordu. Yaklaşık Mach 2’de motorların ön tarafına giren havanın bir kısmı art yakıcılarda yakılmak üzere doğrudan arka tarafa yönlendirilerek Blackbird’ü Mach 3’ün üzerine çıkarıyordu.

Dolayısıyla geleneksel bir jetin içine RDE yerleştirebilecek bir düzenleme de mümkün olmalı. Ekstra olarak RDE, art yakıcıdan da daha az yakıt tüketecek. Hatta önemli ölçüde de daha sessiz olacak. Bu durum askeri kullanım için büyük bir sorun teşkil etmese de sivil kullanım için önemli. İlk ve tek ticari süpersonik uçağı olan Concorde‘un bu yüksek sesi onun ticari hayatının sonunu getirmişti.

Şimdilerde Boom, yakında küçük bir prototipi test uçuşuna hazırlanıyor. Başarılı olması halinde firma, Mach 1.7 hız yapabilen Overture adında 80 kişilik bir uçak inşa edecek. Boom bunu Concorde’dan daha ekonomik ve sessiz bir şekilde, art yakıcılara ihtiyaç duymayan özel olarak tasarlanmış girişlere ve egzoz nozullarına sahip geleneksel jetler kullanarak yapabileceğini iddia ediyor. Bu uçakta kullanılacak motor hakkında ilgili Overture haberimizde bilgilere yer vermiştik.

Aşılması gereken engeller var

Benzer şekilde, modern tasarım teknikleriyle bir RDE’nin sesi de azaltılabilir. Ancak ses hızından daha hızlı hareket eden bir uçağın arkasından gelen kaçınılmaz sonik patlama ile başa çıkmak başka bir konu. Araştırmacılar bunun da azaltılabileceğine ancak tamamen engellenemeyeceğine inanıyor. Mühendisler, bir uçağın gövdesi ve kanatlarında değişiklik yaparak, ses patlamasının aşağıdaki zemin üzerindeki etkisini azaltabileceklerine inanıyorlar.

Bu tür çalışmalar, gelecekteki süpersonik yolcu uçaklarının Concorde gibi sadece okyanuslar üzerinde ses hızının ötesinde uçmakla sınırlı kalıp kalmayacağının belirlenmesine yardımcı olacak diyebiliriz. Ancak havacılıkta şimdiye kadar yapılan çoğu gelişmenin öncelikle askeri alanda kullanıldığını da unutmamalıyız. Jet motorları ilk olarak 1940’larda savaş uçaklarında kullanılmaya başlanmıştı ancak sivil havacılıktaki pervaneli uçakların yerini büyük ölçüde almaları 1950’lerin sonlarını bulmuştu.

Peki Türkiye?

Yazımızın son kısmında ise “Türkiye bu konuda nerede?” diyenlerin sorusunu cevaplayalım.

Türkiye’den açık bir şekilde RDE motorlu bir ürünün yolda olduğunu söyleyen bir kurum bulunmuyor ancak bu alanda çalışmalar da yok değil. Bu alanda TÜBİTAK SAGE ve ROKETSAN’ın çalışmaları var. Sadece RDE motorlarda değil, Sramjet gibi hipersonik motorlar üzerinde de çalışmalar var. Birkaç yıl önce Roketsan Scramjet motorlar için yanma odası geliştirdiğini açıklamıştı. Ayrıca hipersonik seyir füzelerinde RDE motorların kullanılabileceğini belirtmişti. Ancak bu konularda yeni bilgiler yok.

Daha da önemlisi ve somut olan gelişme ise geçtiğimiz yıl… 2022 yılında TÜBİTAK SAGE’de gerçekleşti. TÜBİTAK SAGE, Sürekli Döngülü Detonasyon Motoru (SDDM) Testi ile RDE alanında önemli bir başarıma ulaştıklarını açıklamıştı. Bu testte gerçekleştirilen ateşlemenin 10 saniye sürdüğü belirtilmişti.