Rotating Detonation Engine (RDE), geleneksel itki sistemlerinden farklı olarak, kimyasal enerjiyi yüksek basınç ve sıcaklıktaki detonasyon dalgaları yoluyla itkiye dönüştüren yenilikçi bir motor türüdür. Klasik jet motorları ve roketlerde kullanılan deflagrasyon (yanmanın subsonik ilerlemesi) yerine, RDE'ler detonasyon (yanma dalgasının ses üstü hızla ilerlemesi) prensibini kullanır. Bu yaklaşım, teorik olarak daha yüksek termal verim, özgül itki ve daha az yakıt tüketimi potansiyeli sunar.

RDE teknolojisi 1960'lı yıllardan beri bilinmekte ve üzerinde çalışılmaktaydı fakat bu zamana kadar kompozit teknolojisinin gelişmesi için beklenmiştir. Son dönemde İngiltere, Fransa ve Çin de dahil olmak üzere GE ve NASA da aktif olarak bu proje üzerinde çalışmaktadır.

Çalışma Prensibi

RDE’ler, halka (annular) şeklinde tasarlanmış bir yanma odasına sahiptir. Bu odada, döner şekilde ilerleyen sürekli bir detonasyon dalgası oluşturularak çalışılır. Yanma odasında iç içe geçmiş iki silindir bulunur ve patlama işlemi bu iki silindir arasındaki boşlukta gerçekleşir. Ateşleme, döngüsel bir sırayla yapılır ve sıkıştırılmış havanın silindirler arasında dönmesine neden olur. Bu döner dalga sürekli olarak patlamaya devam eder.

Patlamanın oluşturduğu yüksek enerji, şok dalgaları şeklinde egzozdan çıkar. Bu yüksek basınçlı, kısa süreli yanma süreci sayesinde enerji çok daha verimli bir şekilde itkiye dönüştürülür. Geleneksel motorlara göre aynı güç, %25–30 oranında daha az yakıtla elde edilebilir.

Yapısal Özellikler ve Zorluklar

RDE tasarımı, sabit hacimli yanma etkisi sağlayarak pistonlu veya türbinli sistemlerdeki karmaşık mekanik parçalara ihtiyaç duymaz. Bu sayede daha kompakt bir yapı elde edilir. Hareketli parça içermemesi, teorik olarak güvenilirliği artırır. Ancak bu yapının tek parça üretimi, özellikle kompozit malzeme teknolojileri açısından oldukça zorludur ve maliyetlidir.

Bir diğer teknik zorluk, hava emişinin sağlanmasıdır. RDE’lerde hava emişi için iç sistemde hareketli parça olmadığından, dışarıdan kompresör benzeri bir sistem gerekebilir. GE, bu sorunu çözmek için ön kısmına kompresör yerleştirilen hibrit bir çözüm geliştirmiştir. Bu sistem, başlangıçta turbofan gibi çalışıp hızlanma sonrası kapatılabilir veya bir roket motoruyla desteklenebilir.

Endüstriyel Gelişmeler ve Testler

Connecticut, ABD’deki bir laboratuvarda, mühendisler bir RDE motorunu test etmeyi başardılar. Motorun geliştirilme çalışmaları, RTX Teknoloji Araştırma Merkezi'nde başlamış ve merkezde 2011 yılından beri RDE üzerine aktif çalışmalar yürütülmektedir. Pratt & Whitney, Raytheon (füze teknolojileri firması) ile birlikte ortaklık kurarak bir RDE prototipi üzerinde çalışmalara başlamıştır.

Pratt & Whitney'nin GatorWorks ekibinden Chris Hugill, test sonuçlarının beklentilerin üzerinde olduğunu belirtmiştir. Hugill’e göre, RDE; yüksek verimlilik, güç yoğunluğu, kompakt boyut, ek yakıt/sensör/faydalı yük için yer kazanımı gibi avantajlar sunmakta ve bu sayede sistem menzilini artırmaktadır. Aynı zamanda daha az parça içerdiği için bakım ve üretim kolaylığı da sağlamaktadır.

^{Yanmanın gerçekleştiği kapalı bir hazne - RTX}

^{Uçuş sırasında hızlı hareket eden havanın hazneye çekilmesi ve hassas bir yakıt karışımı elde edilmesi - RTX}

^{Enjeksiyon, yakıtla beraber patlama dalgasının ateşlenmesi - RTX}

^{Enerjinin itme gücüne dönüştürülmesi - RTX}

Turbo EXPO 2024 kapsamında yayımlanan "Operation of a Fully Integrated Rotating Detonation Combustor in a T63 Gas Turbine Engine" başlıklı çalışmada, RDE teknolojisinin bir turboşaft motora entegrasyonu incelenmiştir.

Bu bağlamda, Rolls-Royce T63 turboşaft motorunda ana yanma odasının yerini alması için AFRL (Air Force Research Laboratory) tarafından bir Rotating Detonation Combustor (RDC) geliştirilmiştir. Sistem, gaz fazında hidrojen ile çalıştırılmış ve tüm test boyunca istikrarlı şekilde çalıştığı gözlemlenmiştir.

6 dakikalık testler boyunca RDC, başlangıçta deflagratif yanma (subsonik), ardından hava ve yakıt debileri arttıkça detonatif yanma (supersonik) geçişi göstermiştir. Bu, pratikte RDE’nin değişen rejimlerde kararlı şekilde çalışabileceğini ortaya koymuştur.

Tasarımsal ve Fiziksel Zorluklar

Pratt & Whitney’in Gelişmiş Askerî Motorlar Baş Mühendisi Steven Burd, RDE tasarımının sade görünmesine rağmen, fiziksel olarak çalıştırılmasının oldukça zor olduğunu vurgulamıştır. En büyük zorluklardan biri yakıt enjeksiyonudur. Etkili bir detonasyon dalgası elde edebilmek için hava ve yakıtın çok hassas şekilde karıştırılması ve uygun şartlarda verilmesi gerekir.

Bu nedenle üretim sürecinde katmanlı üretim teknolojileri ön plana çıkmaktadır. Burd, RDE'nin kariyeri boyunca üzerinde çalıştığı "en yıkıcı (disruptive) teknolojilerden biri" olduğunu da ifade etmiştir.

Termodinamik Avantajlar ve PGC Kavramı

RDE’ler, detonatif yanmayı birincil mekanizma olarak kullandıkları için termodinamik çevrim açısından önemli avantajlar sunar. Bu, klasik deflagratif sistemlerin aksine, durgunluk basıncının artması gibi olumlu etkiler yaratır.

Bu kavram, literatürde basınç kazançlı yanma (Pressure Gain Combustion – PGC) olarak bilinir. Bu sayede motor, daha az kompresör basamağıyla aynı performansı elde edebilir; bu da hem motorun boyutunu hem de ağırlığını azaltır.

Ancak bir gaz türbin sistemine RDE entegre etmek bazı riskler taşır. En büyük soru işaretlerinden biri, türbinlerin bu tür düzensiz ve yüksek frekanslı şok dalgalarına nasıl tepki vereceğidir. Türbinler genellikle sabit ve düzgün bir akış bekleyecek şekilde tasarlanmıştır. Oysa RDE içinde, 1–2 km/s hızlarla dönen şok dalgaları halka içinde dolaşır ve karmaşık akış koşulları oluşturur.

AFRL, bu sorunu çözebilmek adına 2013 yılından bu yana çeşitli türbin adaptasyon çalışmaları yürütmektedir.

^{Havacılığın geleceği RDE teknolojisinde mi? (Youtube - Ayhan Tarakçı)}