Исследование поверхностных повреждениях транспортных средств, движущихся с гиперзвуковой скоростью

Транспортных средств, движущихся с гиперзвуковой скоростью засыпали кристаллов льда и частиц пыли в окружающую атмосферу, делая поверхность материала уязвимы для повреждений, таких как эрозии и распыления с каждым незначительное столкновение. Исследователи из Университета штата Иллинойс в Урбана-Шампейн изучал это взаимодействие одной молекулы в то время, чтобы понять процессы, затем масштабировать данные, чтобы сделать его совместимым с моделями, которые требуют более широких масштабах.

Аспирант Нил Мехта работать с проф. Дебора Левин посмотрел на двух различных материалов, которые обычно используются на наружных поверхностях стройные тела, гладкой графена и грубее кварца. В модели, эти материалы были атакованы агрегатов, состоящих из атомов аргона и кремния и атомов кислорода для имитации льда и частицы пыли, попав в две поверхности материалов. Эти исследования молекулярной динамики научил их, что прилипло к поверхности, нанесенном ущербе, и продолжительность времени, которое потребовалось, чтобы вызвать повреждения — все в размер одного Ангстрема, который является в основном длину атома.

Почему так мало? Сказал Мехта важно, чтобы начать, глядя на «первые принципы», чтобы детально разобраться в эрозионного воздействия льда и кремния в графене и поверхности кварца. Но те, кто имитируют гидродинамике использовать длины в несколько Милли-метров микрометра см — так что расширение физики модели MD был срочно нужен. Волнение по поводу этой работы является то, что она была первой, кому удалось сделать это в этом приложении.

«К сожалению, вы не можете просто взять результаты от этого очень маленький уровень Ангстрем и использовать его в аэрокосмической технике повторный расчет автомобиля», — сказал Мехта. «Вы не можете напрямую перейти от молекулярной динамики для вычислительной гидродинамики. Это займет еще несколько шагов. Применяя строгости кинетического Монте-Карло методы, мы забрали детали в очень маленький масштаб и проанализированы доминирующие тенденции, так что больше моделирования методы могут использовать их в моделировании программы, моделирующие эволюцию поверхностных процессов, протекающих при гиперзвуковом полете, таких как эрозии, распыления, изъязвление.

«С какой скоростью пойдут эти процессы происходят и с какой вероятностью эти типы повреждений происходят ключевые особенности, которые никакой другой кинетического Монте-Карло или масштаб преодоление использовал раньше», — сказал он.

По словам Мехта, работа является уникальной, поскольку она включена экспериментальных наблюдений газовая поверхность взаимодействия и молекулярно-динамическое моделирование для создания «первых принципов» правило, которое может применяться для всех этих поверхностей.

«Например, лед имеет склонность к образованию чешуек, кристаллов льда. Это создает фрактальный узор, потому что лед любит придерживаться другого льда, поэтому более вероятно, что водяной пар будет конденсироваться рядом с ледяной частицы, что уже на поверхности и создают трельяжи-как особенность. В то время как песок просто рассеивается. Он не имеет каких-либо предпочтений. Так одно правило заключается в том, что лед любит придерживаться другой лед.

«Аналогичным образом, для деградации, правила графена является то, что повреждения чаще возникает рядом с уже существующие повреждения», — сказал Мехта. «Есть несколько правил, в зависимости от того, какой материал вы используете, что вы можете изучать то, что происходит от атомного уровня до микрометра пейзаж, а затем использовать результаты для реализации в вычислительной гидродинамике или любого длинного, масштабное моделирование,» Мехта.

Одна заявка на этом работа по исследованию как проектировать системы тепловой защиты для стройных средствами и малых спутников на высотах около 100 км.

сделать разницу: спонсорские возможности