На это требуется много топлива, чтобы что-то запустить в космос. Отправка космического корабля НАСА на орбиту требуется более 3,5 миллиона фунтов топлива, которая примерно в 15 раз тяжелее, чем Синий кит.
Но новый тип двигателя-называется вращающейся детонации двигателя — обещает сделать ракеты не только более экономичными, но и более легкий и менее сложным для строительства. Есть только одна проблема: сейчас этот двигатель слишком непредсказуема, чтобы быть использованы в реальной ракеты.
Исследователи из Университета Вашингтона разработали математическую модель, которая описывает, как эти двигатели работают. С помощью этой информации, инженеры могут, впервые, разработать тесты для улучшения этих систем и сделать их более стабильными. Команда опубликовала эти результаты января. 10 в натуральном обзор
«Вращающегося поля детонационный двигатель все еще находится в зачаточном состоянии. У нас есть тонны информации об этих двигателях, но мы не понимаем, что происходит», — сказал ведущий автор Джеймс Кох, докторант Университета аэронавтики и астронавтики. «Я постарался изложить наши результаты, глядя на узор образований вместо того, чтобы просить инженерный вопрос-как сделать самый производительный двигатель — а потом бац, и оказалось, что это работает».
Обычный ракетный двигатель работает за счет сжигания топлива, а затем выталкивая его из задней части двигателя для создания тяги.
«Спиновый детонационный двигатель использует другой подход к тому, как он сгорает топливо», — сказал Кох. «Она состоит из концентрических цилиндров. Потоки топлива, расположенный в зазоре между цилиндрами, и, после зажигания, быстрое тепловыделение образует ударную волну, сильный импульс газа с существенно более высокое давление и температура, что движется быстрее, чем скорость звука.
«Этот процесс сгорания-это в буквальном смысле детонация — взрыв — но за этим начальным этапом запуска, мы видим ряд стабильных импульсов сгорания, которые продолжают потреблять топлива. Это создает высокое давление и температуру, что сводит выхлоп из задней части двигателя на высоких скоростях, которые может генерировать тягу».
Обычные системы используют много машин с целью управления и контроля за реакцией горения так, что он генерирует работу, необходимую для приведения в движение двигателя. Но в спиновый детонационный двигатель, ударная волна, естественно, делает все без дополнительной помощи от деталей двигателя.
«Горение-управляемые амортизаторы, естественно, сужу, как они путешествуют вокруг камеры сгорания», — сказал Кох. «Минусом является то, что эти взрывы имеют собственное мнение. Как только вы что-то взорвать, он просто идет. Он такой сильный».
Чтобы попытаться быть в состоянии описать, как эти двигатели работают, ученые впервые разработана экспериментальная спиновый детонационный двигатель, где они могли бы контролировать различные параметры, такие как размер зазора между цилиндрами. Затем они записали процессов горения с помощью высокоскоростной камеры. Каждый эксперимент брали только 0,5 секунды для завершения, но ученые записали эти эксперименты в 240.000 кадров в секунду, чтобы они могли видеть, что происходит в замедленной съемке.
Оттуда, исследователи разработали математическую модель, чтобы имитировать то, что они увидели в видео.
«Это единственная модель, в литературе в настоящее время в состоянии описывать разнообразной и сложной динамики этих ротационных детонационных двигателей, которые мы наблюдаем в экспериментах,» сказал соавтор Ж. Натан Куц, в университете профессор прикладной математики.
Модель позволила исследователям определить, впервые ли такой двигатель будет стабильным или нестабильным. Это также позволило им оценить, насколько хорошо конкретный двигатель совершал.
«Этот новый подход отличается от общепринятой в данной области, и ее широкое применение и новые выводы были для меня полной неожиданностью», — сказал соавтор Карл Knowlen, в ию исследования адъюнкт-профессор аэронавтики и астронавтики.
Сейчас модель не совсем готова для инженеров.
«Моя цель здесь была исключительно для того, чтобы воспроизвести поведение импульсов мы видели, чтобы удостовериться, что выходные данные модели похожи на наши экспериментальные результаты», — сказал Кох. «У меня выявлены доминирующие физики и их взаимодействие. Теперь я могу взять то, что я сделал здесь и сделать его количественные. Оттуда мы можем говорить о том, как сделать лучше».
Мицуру Куросака, профессор Университета аэронавтики и астронавтики, является также соавтором на бумаге. Это исследование финансировалось управлением ВВС США научных исследований и Управления военно-морских исследований.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!