پس از 60 سال انفجار-مجهز به موشک در حال نزدیک اینجا

چرخش انفجار موتور می تواند موشک سبک تر و سریع تر و ساده تر است. اول تصور در 1950s در حال حاضر آنها تقریبا آماده برای پرواز.

برای بسیاری هوافضا مهندسین یک انفجار در یک موتور موشک یک فاجعه است. اما برای کریم احمد آن را تمام نقطه است. به عنوان مدیر نیروی محرکه و انرژی آزمایشگاه تحقیقاتی در دانشگاه مرکزی فلوریدا, Ahmed صرف چند سال گذشته در حال توسعه نسل بعدی موتور موشک که با استفاده از انفجار کنترل شده برای افزایش مسائل به فضا است. آن را به نام یک چرخش انفجار موتور و این وعده را به راکت سبک تر و سریع تر و ساده تر است. اما قبل از آن همیشه سر به فضا مهندسان و فیزیکدانان نیاز به یک درک بهتر از نحوه جهنم کار می کند.

“چالش شده است در تلاش برای درک آنچه واقعا اتفاق می افتد در داخل و قادر به پیش بینی عملکرد” احمد می گوید. “ما می خواهیم به آنها را به نقطه که در آن آنها به عنوان قابل پیش بینی به عنوان یک سنتی موتور.”

چرخش انفجار موتورهای یا اد و صدا مانند چیزی است که از داستان های علمی تخیلی است اما این مفهوم است که در مورد به عنوان قدیمی به عنوان فضای سن خود را. در اواخر دهه 1950 و اوایل 60s هوافضا مهندسین مشغول کار بر روی موتور موشک پیش بینی RDEs به عنوان یک راه به نوبه خود یک مشکل به یک راه حل است. “گاهی اوقات این موشک موتور را دریافت کنید بد واقعی بی ثباتی و شما می خواهم یک انفجار” پیشگام آرتور Nicholls به یاد می آورد در یک دانشگاه میشیگان مصاحبه در مدت کوتاهی قبل از مرگ او. “پس از آن منجر به این ایده—اگر ما استفاده از آن؟”

اد و اساسا همان است که در دیگر موتورهای موشک سوخت و اکسیدایزر مشتعل و به عنوان آنها به سرعت در حال گسترش هستند تحت فشار قرار دادند از یک نازل در سرعت های بالا که انفجار موشک در جهت مخالف است. اما شیطان که همیشه در جزئیات است. در مایع معمولی موتور موشک مانند نوع مورد استفاده توسط SpaceX سوخت و اکسیدایزر هستند تحت فشار و تغذیه به محفظه احتراق با استفاده از حجیم turbopumps و دیگر پیچیده ماشین آلات. یک چرخش انفجار موتور نیاز نیست این فشار سیستم به دلیل شوک از انفجار فشار می کند.

در RDE طراحی و توسعه توسط احمد و همکارانش هیدروژن و اکسیژن تغذیه می شوند به محفظه احتراق. یک لوله کوچک استفاده می شود برای ارسال یک شوک به مجلسی که باعث انفجار است. به عنوان موج فشار حرکت را از طریق اتاق آن برخورد بیشتر هیدروژن و اکسیژن تغذیه به جلوی موتور توسط ده ها تن از کوچک انژکتور. زمانی که موج انفجار بازدید تازه سوخت و اکسیدایزر آن به سرعت در حال افزایش دما و فشار گازها. این باعث می شود آنها را به فرآیندها و ارسال یک شعله عکسبرداری از موتور موشک.

ما عادت به فکر کردن در یک انفجار به عنوان یک رویداد—چیزی ضربات ، اما عملکردی RDE نیاز به حفظ اولیه انفجار, که جایی است که “چرخش” بخشی در می آید. سوخت تغذیه به موتور از طریق طراحی تزریق صفحه با ده ها تن از سوراخ کوچک که عمل مانند یک مسیر مسابقه برای انفجار موج اجازه می دهد آن را به چرخش در اطراف سیلندر. چرخش موج تغذیه جدید سوخت و تولید جدید انفجار امواج در یک حلقه بی پایان تا زمانی که وجود دارد هیچ سوخت بیشتر جریان به اتاق.

در اوایل این ماه احمد و یک تیم از محققان از دانشگاه مرکزی فلوریدا و نیروی هوایی ایالات متحده منتشر شده نتایج آزمون از اولین چرخش انفجار موتور به استفاده از هیدروژن و اکسیژن برای سوخت. این ترکیب شیمیایی است که به طور منظم مورد استفاده قرار گیرد به حرکت به مرحله بالایی از یک موشک در آخرین مرحله از سفر خود به مدار. اما احمد می گوید که بسیاری از مهندسین معتقد بودند این ماده شیمیایی مخلوط بیش از حد فرار مورد استفاده قرار گیرد در یک چرخش انفجار موتور. “هیدروژن یک دیوانه سوخت,” او می گوید. “بسیاری معتقد بودند امکان پذیر نبود به منفجر کردن هیدروژن و اکسیژن به دلیل آن که تمایل به deflagrate مانند یک نمونه موتور موشک به جای یک انفجار موتور است.”

تعداد امواج تولید شده توسط موتور تعیین می شود چقدر سوخت است که پمپ به سیستم. موتور ساخته شده توسط احمد و همکاران او تا به حال پنج امواج, اما, دیگر RDEs داشته اند تا هشت. این هنوز مشخص نیست چه تعداد از امواج بر عملکرد موتور که نیاز به یک درک بهتر از امواج خود را. به مطالعه امواج تولید شده توسط یکی از این موتورهای محققان باید برای اضافه کردن یک ماده شیمیایی تحقیقی به سوخت و فیلم موتور با استفاده از یک دوربین سرعت نورد در بیش از 200 ، 000 فریم در هر ثانیه است. در نتیجه به نظر می رسد مانند یک throbber این چرخ نخ ریسی بر روی کامپیوتر شما است که به شما می گوید زمانی که یک برنامه رایانه ای آویزان است.

احمد تخمین می زند که از بین بردن تمام turbopump ماشین آلات می تواند به کاهش یک موشک با وزن حدود 30 درصد است. آن همچنین می خواهم با موتور به مراتب کمتر پیچیده و بیشتر سوخت کارآمد تر از معمولی یکی است.

مهار انفجار و آنها را به فضا به نظر می رسد سرد در نظریه اما فوق العاده چالش برانگیز در عمل است. بزرگترین چالش باقی مانده است گرفتن یک درک اساسی واکنش رخ می دهد که در موتور. “ترین پدیده موج انفجار به نظر می رسد به درک ضعیف” ویلیام Hargus که منجر نیروی هوایی آزمایشگاه تحقیقاتی را چرخش انفجار موتور پژوهش نوشت: در یک سال 2018 کاغذ توصیف برنامه. او به این نتیجه رسیدند که RDEs “نیاز به پیشرفت های قابل توجهی در درک اساسی برای تعیین اینکه آیا آنها می تواند به بهبود عملکرد به موشک نیروی محرکه جامعه است.”

اما آنها دشوار است برای مطالعه به دلیل انفجار فرایند فوق العاده خشونت آمیز و سریع می گوید: James کخ موقت پژوهشگر فوق دکترا در ریاضیات کاربردی در دانشگاه واشنگتن است. اولیه انفجار که کارکرد موتور ایجاد یک شوک است که سفر به 4000 مایل در هر ساعت در سراسر فاصله فقط یک سانتی متر یا بیشتر. و هنگامی که موتور آغاز شده است, آن را دشوار است به انتخاب کردن سیگنال ضعیف از چرخش انفجار امواج از بقیه شعله.

پس از اولیه موجی از تحقیقات در اواخر دهه 1950 و دهه 60 نصب پیچیدگی های درگیر با کنترل یک انفجار منجر ناسا و دیگر آژانس های فضایی به تمرکز توجه خود را بر بهبود موتورهای معمولی به جای. از آن پس تحقیقات در چرخش انفجار موتورهای دارای پختند در پس زمینه و در طول چند سال گذشته این ایده دوباره به رواج است. Hargus می گوید نیروی هوایی آزمایشگاه تحقیقاتی شده است بررسی چرخش انفجار موتور به طور مداوم از سال 2009 و در سه سال گذشته یک گروه کوچک از محققان در پایگاه نیروی هوایی ادواردز در کالیفرنیا مشغول به تحصیل بوده باشد RDEs به طور خاص برای پیشرانش موشک. موتور طراحی و توسعه توسط احمد را تیم یک نتیجه از این برنامه است. Hargus می گوید: نیروی هوایی در حال برنامه ریزی برای شروع یک زمین تست برنامه تا سال 2025 و این برنامه ممکن است به اولین پرواز نمایشی از یک RDE.

“تمرکز نیروی هوایی آزمایشگاه تحقیقاتی پژوهش تعيين شرايط بهينه استخراج مزایای انفجار احتراق در یک RDE,” Hargus گفت: سیمی در ایمیل. “در حال حاضر کار ما نشان داده دوار انفجار موشک موتور عملکرد برای تعدادی از ماموریت های فضایی از جمله افزایش مرحله بالایی و نیروی محرکه فضاپیما.”

برای غلبه بر چالش های کار در اد و مهندسین تکیه بر دینامیک سیالات محاسباتی برای ایجاد دقیق شبیه سازی انفجار روند. این همان محاسبات روش مورد استفاده برای طراحی جدید هواپیما, زیردریایی و موشک اما مدل سازی یک چرخش انفجار موتور هل یک ابر رایانه به محدودیت های آن است. “این بسیار nitty-ریگ دار brute force رویکرد می گوید:” کخ. “وزارت دفاع شده و در حال اجرا شبیه سازی در چرخش انفجار موتور است که منظور از سه هفته تا یک ماه خود را در پیشرو ابر رایانه ها است.”

کخ بود مصمم به پیدا کردن یک راه بهتر برای مدل انفجار امواج بنابراین او تبدیل به شاخه ای از ریاضیات به نام غیر خطی امواج و الگوی پویایی است که با استفاده از ریاضی برای ایجاد مدل های که توصیف چگونه الگوهای فرم. وقتی کخ و همکارانش از کار اخراج یک چرخش کوچک انفجار موتور آنها ساخته شده در آزمایشگاه کخ یافت که اساسی فرآیندهای فیزیکی اتفاق می افتد در این موتور می تواند توصیف خود را با مدل های ریاضی—بدون ابر رایانه ها لازم است. “این رویکرد کار واقعا خوب” کخ می گوید. “من می تواند اجرای یک شبیه سازی بر روی لپ تاپ من که شاید 30 ثانیه به تولید نتایج است که شبیه به آنچه در زمان DOD 3 هفته.”

کخ می گوید که او تکنیک جدید است “امواج” در پژوهش, جامعه, اما که آن را به احتمال زیاد به جای مدل سازی از طریق ابر رایانه در هر زمان به زودی. آن را نیز هنوز انتزاعی به این معنا که نمی توان آن را مورد استفاده برای مدل های خاص RDEs. کخ فقط می توانید پلاگین در تعداد انژکتور نوع سوخت قطر موتور و پارامترهای دیگر و وارد در یک شبیه سازی از یک موتور خاص. “ما سال ها دوری از چیزی شبیه به آن است,” او می گوید. اما این مدل ریاضی یک گام مهم به سوی درک فیزیک بنیادی از گرم و صابون به خوبی به اندازه کافی به آن اتفاق می افتد.

اد و ممکن است خیلی بیشتر به ارائه بیش از بهبود راکت. وزارت انرژی آمریکا در حال سرمایه گذاری در تحقیقات در مورد استفاده از توپ برای ثابت تولید برق و شرکت هایی مانند جنرال الکتریک در حال بررسی درخواست خود را به موتورهای جت. اما احمد می گوید: این سیستم برای اولین بار خواهد بود را به استفاده عملی در راکت ها به دلیل زیادی وجود دارد برای به دست آوردن وزن کاهش می یابد و بهره وری سوخت. پس از 60 سال تلاش انفجار موشک موتورهای ممکن است فقط در مورد آماده به انفجار خاموش است.

به روز شده 5-6-2020, 7:30 AM: این داستان به روز شد با نظر از نیروی هوایی ایالات متحده برای روشن شدن جدول زمانی برای اولین تظاهرات پرواز.


بزرگ تر سیمی داستان
  • برای اجرای بهترین ماراتن در سن 44 من تا به حال به پیشی جستن گذشته من
  • آمازون کارگران توصیف روزانه خطرات در یک بیماری همه گیر
  • استفان ولفرام شما را دعوت به حل فیزیک
  • باهوش رمزنگاری می تواند به حفاظت از حریم خصوصی تماس-برنامه ردیابی
  • همه چیز شما نیاز به کار از خانه مانند یک حرفه ای
  • 👁 AI آشکار بالقوه Covid-19 درمان است. به علاوه: دریافت آخرین اخبار AI
  • 🏃🏽♀️ می خواهید بهترین ابزار برای دریافت سالم است ؟ ما را بررسی کنید دنده تیم میدارد برای تناسب اندام بهترین انتقالها دنده در حال اجرا (از جمله کفش و جوراب) و بهترین هدفون

tinyurlis.gdv.gdv.htu.nuclck.ruulvis.nettny.im