Noul sistem de propulsie poate permite zborul la viteze de până la 17 Mach

Este prezentat un plan de concept hipersonic, alimentat de un motor de undă de detonare oblică. Credit de imagine de fundal: NASA. Împrumut pentru aeronave și imagini compozite: Daniel Rosato, UCF.

Sistemul de propulsie dezvoltat de UCF ar putea permite viteze de zbor de la 6 la 17 Mach (mai mult de 4600 la 13.000 de mile pe oră) și ar avea aplicații în călătoriile aeriene și spațiale.

Cercetătorii de la Universitatea din Florida Centrală construiesc tehnologii care ar putea deschide calea zborurilor hipersonice, cum ar fi călătoria de la New York la Los Angeles în mai puțin de 30 de minute.

În ultimul lor studiu publicat recent în jurnal Lucrările Academiei Naționale de Științe, cercetătorii au descoperit o modalitate de a stabiliza explozia necesară propulsiei hipersonice prin crearea unei camere speciale de reacție hipersonică pentru motoarele aeronavelor.

“Există un efort internațional intensificat pentru a dezvolta sisteme de propulsie robuste pentru zborul hipersonic și supersonic care să permită zborul prin atmosfera noastră la viteze foarte mari și, de asemenea, să permită intrarea și ieșirea eficientă din atmosferele planetare”, a declarat co-autorul studiului, Kareem Ahmed. profesor asociat în cadrul Departamentului de inginerie mecanică și aerospațială al UCF. „Descoperirea stabilizării unei explozii – cea mai puternică formă de reacție intensă și eliberare de energie – are potențialul de a revoluționa propulsia hipersonică și sistemele energetice.”

Sistemul poate permite deplasarea cu aerul la viteze de 6 până la 17 Mach, care este mai mare de 4.600 până la 13.000 de mile pe oră. Tehnologia valorifică puterea unei unde de explozie oblică, pe care a format-o folosind o deviere unghiulară în interiorul camerei de reacție pentru a crea o undă de șoc care declanșează explozia pentru împingere.

Spre deosebire de undele rotative de explozie care se rotesc, undele explozive oblice sunt staționare și stabilizate.

Tehnologia îmbunătățește eficiența motorului de propulsie pentru a genera mai multă energie în timp ce folosește mai puțin combustibil decât motoarele de propulsie tradiționale, ușurând astfel sarcina de combustibil și reducând costurile și emisiile.

În plus față de călătoriile aeriene mai rapide, tehnologia poate fi utilizată și în rachetele misiunii spațiale pentru a le face mai ușoare, necesitând mai puțin combustibil, călătorii mai lungi și o combustie mai curată.

Sistemele de propulsie explozive au fost studiate de mai bine de jumătate de secol, dar nu au avut succes din cauza combustibililor chimici utilizați sau a modurilor în care au fost amestecați. Lucrările anterioare ale grupului lui Ahmed au depășit această problemă echilibrând cu atenție viteza rotorilor de hidrogen și oxigen eliberate în motor pentru a crea primele dovezi experimentale ale unei explozii rotaționale.

Cu toate acestea, durata scurtă a exploziei, care apare adesea doar pentru micro sau milisecunde, le face dificil de studiat și imposibil de utilizat.

Cu toate acestea, în noul studiu, cercetătorii UCF au reușit să mențină durata unei unde de explozie timp de trei secunde prin crearea unei noi camere de reacție de hipersensibilitate, cunoscută sub numele de reacție de hipersensibilitate cu entalpie ridicată sau obiect HyperREACT. Facilitatea are o cameră cu o abatere a unghiului de 30 de grade lângă camera superioară de amestecare, care stabilizează unda de explozie oblică.

„Este prima dată când s-a demonstrat că o explozie se stabilizează experimental”, spune Ahmed. „În sfârșit suntem capabili să ținem explozia în spațiu sub forma unei explozii oblice. „Este aproape ca și cum ai ridica o explozie intensă în spațiul fizic”.

Gabriel Goodwin, inginer aerospațial în cadrul Marine Center al Marine Space Research Laboratory și coautor al studiului, spune că cercetarea lor ajută la răspunsul la multe dintre întrebările de bază legate de motoarele cu unde de detonare oblică.

Rolul lui Goodwin în studiu a fost de a folosi codurile de dinamică de calcul ale Laboratorului de cercetare marină pentru a simula experimentele efectuate de grupul lui Ahmed.

„Studii de acest gen sunt esențiale pentru a ne înțelege mai bine aceste fenomene complexe și pentru a ne aduce mai aproape de dezvoltarea sistemelor la scară inginerească”, spune Goodwin.

„Această lucrare este interesantă și împinge limitele simulării și experimentării”, spune Goodwin. “Sunt onorat să fac parte din el.”

Autorul principal al studiului este Daniel Rosato ’19 ’20MS, asistent de cercetare absolvent și beneficiar al bursei de doctorat prezidențiale UCF.

Rosato a lucrat la proiect de când era student la ingineria spațiului și este responsabil pentru proiectarea, fabricarea și operarea experimentelor, precum și pentru analiza datelor, cu ajutorul lui Mason Thorton, coautor al studiului și asistent profesor de studii universitare.

Rosato spune că următorii pași pentru cercetare sunt adăugarea de noi instrumente de diagnostic și măsurare pentru a obține o înțelegere mai profundă a fenomenelor pe care le studiază.

„După aceea, vom continua să explorăm mai multe configurații experimentale pentru a defini mai detaliat criteriile prin care un val de explozie oblică poate fi stabilizat”, spune Rosato.

Dacă vor avea succes în avansarea acestei tehnologii, propulsia hipersonică bazată pe detonare ar putea fi aplicată călătoriilor atmosferice și spațiale umane în următoarele decenii, spun cercetătorii.

Referință: „Explozie stabilizată pentru împingerea hipersonică” de Daniel A. Rosato, Mason Thornton, Jonathan Sosa, Christian Bachman, Gabriel B. Goodwin și Kareem A. Ahmed, 10 mai 2021, Lucrările Academiei Naționale de Științe.
DOI: 10.1073 / pnas.2102244118

Studiul a fost finanțat prin sprijinul pe termen lung al portofoliului de energie, combustie și dezechilibru al Biroului de cercetare științifică a forțelor aeriene în domeniul exploziei prin subvenții 16RT0673 / FA9550-16-1-0441 și 19RT0258 / FA9550- 19-0322 ( Manager de program: Chiping Li), Fundația Națională pentru Științe și NASA Florida Space Grant Consortium.

Printre coautori ai studiului se numără Jonathan Sosa ’15 ’18 ’19PhD, cercetător postdoctoral în cadrul Laboratorului de cercetare și energie energetică UCF și în prezent inginer spațial la Laboratorul de cercetare marină din SUA.

Ahmed este profesor asociat la Departamentul de Inginerie Mecanică și Aerospațială de la UCF, parte a Colegiului de Inginerie și Științe ale Calculatoarelor UCF. El este, de asemenea, membru al facultății Centrului pentru Turbocompresie Avansată și Cercetare Energetică și a Centrului pentru Aeropropulsie Avansată din Florida. A slujit mai mult de trei ani ca inginer aero / termo senior la motoarele militare Pratt & Whitney care lucrau la programe și tehnologii avansate pentru motoare. De asemenea, a fost membru al facultății la Old Dominion University și Universitatea de Stat din Florida. La UCF, el conduce cercetările de propulsie și energie cu aplicații pentru generarea de energie și motoare cu turbină cu gaz, motoare de propulsie, siguranță hipersonică și la incendiu, precum și cercetări legate de știința supernova și COVID-19 controlul transmisiei. A obținut un doctorat în inginerie mecanică la Universitatea de Stat din New York din Buffalo. Este membru al Institutului American de Aeronautică și Astronautică și membru al Laboratorului de Cercetare al Forțelor Aeriene din SUA.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Inginerii dezvoltă o nouă tehnologie de tratare a apei care ar putea ajuta și exploratorii Marte

Un catalizator care distruge percloratul din apă poate curăța solul marțian. O echipă condusă de ingineri de la Universitatea din California Riverside a dezvoltat un...

Dezechilibrul energetic al Pământului s-a dublat

Faceți clic pe imaginea pentru a anima: Comparația estimărilor anuale suprapuse la intervale de 6 luni ale fluxului anual net de energie în atmosfera...

Modul în care celulele folosesc „pungile pentru gunoi” pentru a-și transporta deșeurile de reciclare

Descoperirile pot avea implicații importante pentru înțelegerea bolilor legate de vârstă. Oamenii de știință de la Sanford Burnham Prebys au obținut o perspectivă mai profundă...

Cercetătorii iau distribuția cheii cuantice din laborator

Dovezile pe teren arată că simpla funcționare a sistemului DCC cu rețeaua de telecomunicații existentă în Italia. Într-un nou studiu, cercetătorii au demonstrat un sistem...

Știința simplificată: ce sunt rețelele cuantice?

din Departamentul Energiei din SUA 17 iunie 2021 Părțile interesate din guvern, laboratoare naționale, universități și industrie s-au alăturat DOE Internet Quantum Project Workshop pentru a...

Newsletter

Subscribe to stay updated.