Silnik rakietowy wykorzystujący zjawisko wirującej detonacji (ang. RDE – rotary detonation engine) to bardzo obiecujący rodzaj napędu, w którym dochodzi do ciągłej detonacji paliwa, wędrującej dookoła pierścieniowej komory spalania. Czoło płomienia porusza się przy tym z prędkością ponaddźwiękową, tworząc falę uderzeniową. Z tego względu, w odróżnieniu od spalania w konwencjonalnych silnikach rakietowych, w ramach detonacji w silniku RDE nie dochodzi do ekspansji gazów, co skutkuje wzrostem ciśnienia, a w konsekwencji – zwiększeniem wydajności nawet o 25%.
W październiku 2021 roku na poligonie Wojskowego Instytutu Technicznego Uzbrojenia w Zielonce przeprowadzono pierwszy na świecie start rakiety, napędzanej silnikiem RDE na paliwo płynne (ciekły propan i podtlenek azotu), zbudowanej przez inżynierów z Instytutu Lotnictwa.
Ze względu na gwałtowny charakter reakcji, modelowanie zjawisk fizycznych, zachodzących podczas detonacji, jest bardzo skomplikowane, a ich symulacja wymaga wielkich zasobów obliczeniowych. Nawet przy użyciu superkomputera, symulacja jednej milisekundy detonacji w silniku RDE zajmowała nawet trzy dni, utrudniając przebieg procesu konstrukcyjnego.
Dzięki zastosowaniu algorytmu uczenia maszynowego, równolegle przetwarzającego zredukowane modele, zapewniające szybkie, lecz wystarczająco precyzyjne aproksymacje w oparciu o szerokie spektrum danych, obejmujących ciśnienie, prędkość, objętość i temperaturę, udało się ograniczyć czas symulacji do trzynastu sekund.
Połączenie danych analitycznych, dotyczących dynamiki silników RDE, zgromadzonych przez Air Force Research Laboratory z algorytmem, wykorzystującym zredukowane modele obliczeniowe, pozwoliło znacznie przyspieszyć badania symulacyjne, prowadzone przy użyciu superkomputera w Texas Advanced Computing Center, dysponującego ponad dwoma tysiącami rdzeni. Opracowana strategia symulacyjna może stać się początkiem nowego etapu rozwoju nowej generacji napędów rakietowych.
utexas.edu
