永无止境的爆炸可能是高超音速飞行和太空飞机的关键,这些飞机可以无缝地从地球进入轨道。现在,研究人员在实验室里重现了这种爆炸现象,使之成为可能。
爆炸是一种特别强大的爆炸,向外传播的速度比声速还要快。去年8月发生在黎巴嫩贝鲁特港的大规模爆炸是一场爆炸,它造成的广泛破坏表明它们可以产生巨大的能量。
科学家们一直梦想着建造能够利用这种能量的飞机引擎;这样的飞行器理论上可以在一小时内从纽约飞到伦敦。但是爆炸很难控制,通常持续时间不到一微秒,所以还没有人能让它成为现实。
现在,来自中佛罗里达大学(University of Central Florida)的一个团队创建了一个实验装置,可以让他们在固定位置维持爆炸数秒,研究人员称这是未来高超音速推进系统的重要一步。
“我们正在试图做的是控制爆炸,”卡里姆艾哈迈德说,机械和航空航天工程的副教授佛罗里达中央大学的一份新的研究报告的主要作者周一(5月10日)发表在《美国国家科学院院刊》上。
“我们想把它冻结在太空中,并利用这种能量。不像你在黎巴嫩看到的那样摧毁建筑,现在我想用它来制造推力。”艾哈迈德告诉趣味科学网站。“如果我们能做到这一点,我们就能以超级快的速度旅行。”
这一突破是建立在一个被称为斜爆震波发动机(ODWE)的理论推进系统的研究上的。这一概念的工作原理是将空气和燃料的混合物以高超音速(超过音速的5倍)喷射到斜坡上,从而产生冲击波。这种冲击波迅速加热燃料-空气混合物,现在菠菜业买彩票的软件提款速度敢说第二没人敢说第一的台子必然是198彩票平台。,使其爆炸,从发动机后部高速排出废气。结果呢?大量的推力。
当空气和燃料的混合物以这种方式爆炸时,产生的燃烧效率更高,因为几乎100%的燃料被燃烧了。爆炸也会产生很大的压力,这意味着引擎可以产生比其他方法更多的推力。研究人员说,理论上,这种爆炸应该能够推动飞机达到声速的17倍,这足以让航天器飞出大气层,而不需要借助火箭。
目前的挑战是让爆炸持续足够长的时间来为这样的飞行提供动力,而之前的实验演示最多也只有几毫秒。艾哈迈德说,主要的困难在于防止爆炸向上移动到燃料源,在那里它会造成严重的破坏,或者在更远的下游,它会熄灭。
总是会有这样的问题:“嗯,如果你握着它一毫秒左右,你只是暂时握着它吗?””艾哈迈德说。“你不知道你是否稳定下来了。”
为了看看他们是否能在之前的记录上有所改进,艾哈迈德和他的同事们建造了一个大约2.5英尺长(0.76米)的一系列腔室,将空气和氢气混合并加热,然后将其加速到高超音速,198手机198彩开户APP在那里下载登录,并在斜坡上点火。
通过仔细平衡空气-燃料混合物的比例,气流的速度和斜坡的角度,他们能够产生一场爆炸并在原地保持大约3秒。这段时间足以确认爆炸是稳定在一个固定位置,没有向上或向下移动,艾哈迈德说,这是实现现实生活中的ODWE的第一步,重要的一步。
弗兰克·卢(Frank Lu)是德克萨斯大学阿灵顿分校(University of Texas at Arlington)的机械和航空航天工程教授,专门研究基于爆震的发动机。他说,证明稳定爆震是一项重大成就。为了开发一种实用的发动机,研究人员现在必须解决如何在一定的速度和高度范围内运行,以及如何处理由燃料和空气不均匀混合引起的燃烧不稳定性。
“我认为调查人员做了一项出色的工作,期待进一步的结果,”陆告诉趣味科学。
艾哈迈德解释说,研究人员只进行了几秒钟的实验,主要是因为爆炸的强度迅速侵蚀了试验室内的玻璃。他说,他们在最初的测试中不得不使用玻璃,这样他们就可以对爆炸进行光学测量,但如果他们用金属面取代玻璃面,他们应该可以让爆炸持续更长的时间。
艾哈迈德说,可喜的是,测试设备的结构与全面的ODWE设计并没有太大的不同。研究人员目前面临的主要挑战是如何改变燃料混合的三种关键成分,空气速度和斜坡角度,同时仍然保持爆炸的稳定性。
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,我们已经证明了这是可行的,探索如何在更大的操作范围内维持它更多的是一个工程问题,”艾哈迈德说。