Исследователи утверждают, что сверхбыстрые воздушные и космические путешествия стали реальнее

NASA

Детонации - это особенно мощный вид взрыва, который движется наружу со скоростью, превышающей  скорость звука. Мощный взрыв, сотрясший порт Бейрута в Ливане в августе прошлого года, был детонацией, и вызванные им широкомасштабные разрушения демонстрируют огромное количество энергии, которое они могут произвести.

Ученые давно мечтают создать авиационные двигатели, которые могли бы использовать эту энергию; теоретически такой корабль мог долететь из Нью-Йорка в Лондон менее чем за час. Но взрывы невероятно трудно контролировать и обычно длятся менее микросекунды, поэтому никто еще не смог воплотить их в жизнь. 

Теперь команда из Университета Центральной Флориды создала экспериментальную установку, которая позволяет им выдерживать детонацию в фиксированном положении в течение нескольких секунд, что, по словам исследователей, является важным шагом к будущим гиперзвуковым двигательным установкам.

"Мы пытаемся контролировать этот взрыв", - сказал Карим Ахмед, доцент кафедры механической и аэрокосмической техники Университета Центральной Флориды и ведущий автор новой статьи об исследовании, опубликованной в понедельник (10 мая) в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

"Мы хотим заморозить его в космосе и использовать эту энергию. Вместо того, чтобы разрушать здания, как вы видели в Ливане, теперь я хочу использовать его и создавать с его помощью тягу", - сказал Ахмед.

"Если мы сможем это сделать, мы сможем путешествовать очень быстро".

Этот прорыв был основан на десятилетиях исследований теоретической силовой установки, называемой двигателем с наклонной детонационной волной (ODWE).

Концепция работает путем направления смеси воздуха и топлива на гиперзвуковой скорости (более чем в пять раз превышающей скорость звука) к аппарели, которая создает ударную волну. Эта ударная волна быстро нагревает топливно-воздушную смесь и заставляет ее взорваться, выбрасывая выхлопные газы из задней части двигателя на высокой скорости. Результат? Большая тяга.

Когда смесь воздуха и топлива взрывается таким образом, результирующее сгорание становится более эффективным, так как сгорает почти 100 процентов топлива. Детонация также создает большое давление, а это означает, что двигатель может создавать гораздо большую тягу, чем другие подходы.

По словам исследователей, теоретически этот взрыв должен приводить в движение самолет со скоростью, в 17 раз превышающей скорость звука, что могло бы быть достаточно быстрым, чтобы космический корабль просто вылетел из  атмосферы , вместо того, чтобы тянуть ракеты.

Задача состоит в том, чтобы выдержать детонацию достаточно долго, чтобы обеспечить такой полет, а предыдущие экспериментальные демонстрации достигли максимума всего за несколько миллисекунд. Основная трудность, по словам Ахмеда, заключается в том, чтобы не допустить распространения детонации вверх по потоку к источнику топлива, где она может нанести серьезный ущерб, или дальше вниз по потоку, где она выдохнется.

"Всегда был вопрос: Ну, если вы держите его в течение миллисекунды или около того, вы просто держали его временно? - сказал Ахмед. - Вы не знаете, стабилизировались вы или нет".

Чтобы увидеть, могут ли они улучшить предыдущий рекорд, Ахмед и его коллеги построили серию камер длиной примерно 0,76 метра, которые смешивают и нагревают воздух и  газообразный водород,  прежде чем разгонять его до гиперзвуковых скоростей и запускать на рампе.

Тщательно уравновешивая пропорции топливовоздушной смеси, скорость газового потока и угол наклона аппарели, они смогли произвести детонацию, которая оставалась фиксированной в течение примерно 3 секунд.

Этого достаточно, чтобы подтвердить, что детонация стабилизировалась в фиксированном положении и не двигалась вверх или вниз по течению, сказал Ахмед, что является первым важным шагом на пути к реализации реального ODWE.

Фрэнк Лу, профессор механической и аэрокосмической техники Техасского университета в Арлингтоне, специализирующийся на детонационных двигателях, сказал, что демонстрация стабильной детонации является значительным достижением. Чтобы разработать практический двигатель, исследователи теперь должны будут выяснить, как работать в диапазоне скоростей и высот и бороться с нестабильностью горения, вызванной такими вещами, как неравномерное смешивание топлива и воздуха.

"Я думаю, что исследователи проделали отличную работу, и с нетерпением жду дальнейших результатов", - сказал Лу.

По словам Ахмеда, исследователи провели свой эксперимент всего несколько секунд, главным образом потому, что интенсивность детонации быстро разрушает стеклянные стенки испытательной камеры. Они должны были использовать стекло в своих первоначальных испытаниях, чтобы они могли проводить оптические измерения детонации, но если бы они заменили их металлическими стенками, они могли бы проводить детонацию намного дольше, сказал он.

Ахмед сказал многообещающе, что структура тестового устройства не сильно отличается от конструкции полномасштабного ODWE. Основная задача для исследователей сейчас состоит в том, чтобы решить, как они могут изменить три ключевых ингредиента: топливную смесь, скорость воздуха и угол наклона, сохраняя при этом стабильность детонации.

"Теперь мы продемонстрировали, что это выполнимо, это скорее инженерная проблема, чтобы изучить, как поддерживать это в более крупной операционной области", - сказал Ахмед.

Напомним, ранее сообщалось, что физики создали самый быстрый двигатель во Вселенной.

techno.bigmir.net

Хочешь узнать больше - читай отзывы