1960’lardan bu yana dünyanın dört bir yanındaki mühendisler Rotating Detonation Engine (RDE), ismi verilen yeni bir jet çeşidiyle uğraşıyor, lakin bu motorlar hiçbir vakit deneysel etaptan öteye geçemedi. Dünyanın en büyük jet motoru üreticilerinden biri olan GE Aerospace, kısa bir mühlet evvel çalışan bir versiyon geliştirdiğini duyurdu. Bu yılın başlarında Amerika’nın İleri Savunma Araştırma Projeleri Ajansı (DARPA), bir diğer büyük havacılık kümesi olan RTX’in bir modülü olan Raytheon ile Gambit isimli bir RDE geliştirmek üzere 29 milyon dolarlık bir mukavele imzaladı. NASA, derin uzay misyonları için geliştirdiği RDE motorunu 2023’ün başarında test etti. Kısa bir mühlet evvel Çin, Mach 16 suratına erişebilen RDE motoru geliştirdiğini duyurdu. Pekala bu motorlar tam olarak nedir? 2023 yılında birkaç sefer duyduğumuz RDE motorların tamamı roketler ve mevcut jet motoru cinsleri de dahil olmak üzere mevcut tahrik sistemlerinin menzil ve sürat sınırlamalarını aşarak yüksek ölçüde itki üretmek için kullanılacak. Bununla birlikte, şayet şirketler bu motorları çalıştırmakta başarılı olurlarsa, Rotating Detonation Engine (RDE- Dönen Detonasyon Motoru) havacılıkta çok daha geniş bir role sahip olabilir. Örneğin süpersonik hava seyahati bu motorlar ile canlandırılabilir.
Rotating Detonation Engine (RDE- Dönen Detonasyon Motoru) nedir?
RDE motorları sesüstü süratte akış içinde yanma prensibi ile çalışan basınç artışlı yanma motorları olarak tanımlanabilir. Basınç artışlı yanma motorları, klâsik roket ve gaz türbini motorlarının bilakis daha verimli bir formda çalışırlar. Pistonlu motorlara misal bir formda yanma tepkisi sabit bir hacimde çok daha süratli bir halde gerçekleşir.
Peki bu motorlar nasıl çalışıyor?
Havacılıkta yanma, gerçekleşme suratına nazaran ikiye ayrılır. Ses suratından düşük süratlerde gerçekleşen yanma “deflagrasyon”, sesüstü süratlerde gerçekleşen yanma ise “detonasyon” olarak isimlendiriliyor.
Klâsik bir jet motoru çok sayıda hareketli modül kullanır. Dönen kanatlar havayı çeker ve bir yanma odasında yakıtla tutuşturmadan evvel sıkıştırarak süratle genişleyen sıcak gazlar oluşturur ve bu gazlar geriden dışarı fırlar. En nihayetinde de fırlayan hazlar bir tahrik üretir yani uçağın havada itilmesi sağlanır. Lakin bir RDE motoru çok daha kolaydır. Yakıt bu alana pompalandığında, havadaki oksijenle karışır ve patlayarak boşluğun etrafında dönen ve geriden çıkan süpersonik bir şok dalgası yaratır. Bir kere başladığında, patlama kendi kendine devam eder. Yani burada sabit ve yüksek güçlü bir süreklilik kelam konusu. Ramjetler ve darbeli detonasyon motoru (Pulse Detonation Engine – PDE) üzere birtakım jet türevleri de kompresörler ve türbinler olmadan çalışırlar lakin bunlarda motorun eksenel olarak uzun olması gerekiyor. RDE motorlarda ise geçiş dairesel istikamette olduğu için daha kompakt eserler ortaya konabiliyor.
Ne kadar süratli olacaklar?
Basit ve ve kompakt olan bir RDE’nin imalinin da ucuz ve yakıt verimli olacağı belirtiliyor. Bu bağlamda birinci RDE’ler ile füzelerin ses suratının 5 (Mach 5 yada 6,125 km/s) katına kadar süratlerde uçması sağlanabilir.
Ancak RDE motorları tek başına kullanmaya gerek yok. Mesela GE Aerospace’in versiyonu Mach 5’ten daha süratli uçan hipersonik füzeleri hızlandırmak için bir ramjet ile kullanılmak üzere tasarlandı. Çin, Mach 16 diyor lakin bu motor için bilgiler epeyce sonlu. Bu sürate nasıl ulaşılacağı belgisiz.
Öte yandan mühendisler uzunca bir mühlet RDE motorları inşa etmek için gerekli araçlardan yoksundu. Bilgisayar modellemesindeki gelişmeler, çok 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 kâfi ölçüde havanın girmesi gerekecek. Bunun manası şu: kalkışta ve belli bir sürate ulaşana kadar yardıma muhtaçlık var. Bu devasa bir sorun değil, çünkü hibrit tahlil örnekler bulunuyor.
Soğuk savaş sırasında uçurulan yüksek irtifa Amerikan casus uçağı Lockheed SR-71 Blackbird, bir çift klâsik jet motorundan güç alıyordu. Birden fazla süratli jetin yaptığı üzere arka yakıcılarını çalıştırarak süpersonik suratlara ulaşabiliyordu. Yaklaşık Mach 2’de motorların ön tarafına giren havanın bir kısmı art yakıcılarda yakılmak üzere direkt art tarafa yönlendirilerek Blackbird’ü Mach 3’ün üzerine çıkarıyordu. Dolayısıyla klâsik bir jetin içine RDE yerleştirebilecek bir düzenleme de mümkün olmalı. Ekstra olarak RDE, arka yakıcıdan da daha az yakıt tüketecek. Hatta kıymetli ölçüde de daha sessiz olacak. Bu durum askeri kullanım için büyük bir sorun teşkil etmese de sivil kullanım için değerli. Birinci 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 sürat yapabilen Overture isminde 80 kişilik bir uçak inşa edecek. Boom bunu Concorde’dan daha ekonomik ve sessiz bir halde, arka yakıcılara gereksinim duymayan özel olarak tasarlanmış girişlere ve egzoz nozullarına sahip klâsik jetler kullanarak yapabileceğini argüman ediyor. Bu uçakta kullanılacak motor hakkında ilgili Overture haberimizde bilgilere yer vermiştik.
Aşılması gereken mahzurlar var
Benzer halde, çağdaş tasarım teknikleriyle bir RDE’nin sesi de azaltılabilir. Lakin ses suratından daha süratli hareket eden bir uçağın gerisinden gelen kaçınılmaz sonik patlama ile başa çıkmak diğer bir husus. Araştırmacılar bunun da azaltılabileceğine lakin büsbütün engellenemeyeceğine inanıyor. Mühendisler, bir uçağın gövdesi ve kanatlarında değişiklik yaparak, ses patlamasının aşağıdaki yer üzerindeki tesirini azaltabileceklerine inanıyorlar.
Bu tıp çalışmalar, gelecekteki süpersonik yolcu uçaklarının Concorde üzere yalnızca okyanuslar üzerinde ses suratının ötesinde uçmakla sonlu kalıp kalmayacağının belirlenmesine yardımcı olacak diyebiliriz. Lakin havacılıkta şimdiye kadar yapılan birçok gelişmenin öncelikle askeri alanda kullanıldığını da unutmamalıyız. Jet motorları birinci olarak 1940’larda savaş uçaklarında kullanılmaya başlanmıştı fakat sivil havacılıktaki pervaneli uçakların yerini büyük ölçüde almaları 1950’lerin sonlarını bulmuştu.
Peki Türkiye?
Türkiye’den açık bir formda RDE motorlu bir eserin yolda olduğunu söyleyen bir kurum bulunmuyor lakin bu alanda çalışmalar da yok değil. Bu alanda TÜBİTAK SAGE ve ROKETSAN’ın çalışmaları var. Yalnızca RDE motorlarda değil, Sramjet üzere hipersonik motorlar üzerinde de çalışmalar var. Birkaç yıl evvel Roketsan Scramjet motorlar için yanma odası geliştirdiğini açıklamıştı. Ayrıyeten hipersonik seyir füzelerinde RDE motorların kullanılabileceğini belirtmişti. Fakat bu hususlarda yeni bilgiler yok.
Daha da kıymetlisi ve somut olan gelişme ise geçtiğimiz yıl… 2022 yılında TÜBİTAK SAGE’de gerçekleşti. TÜBİTAK SAGE, Sürekli Döngülü Detonasyon Motoru (SDDM) Testi ile RDE alanında kıymetli bir başarıma ulaştıklarını açıklamıştı. Bu testte gerçekleştirilen ateşlemenin 10 saniye sürdüğü belirtilmişti.
