Полеты на скорости до 16 Махов могут стать реальностью

Исследователи из Университета Центральной Флориды развивают технологии, которые могут проложить путь к гиперзвуковым полетам, таким как путешествие из Нью-Йорка в Лос-Анджелес менее чем за 30 минут.

В своем последнем исследовании, опубликованном в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, исследователи обнаружили способ стабилизации детонации, необходимой для гиперзвуковой тяги, путем создания специальной гиперзвуковой реакционной камеры для реактивных двигателей.

«В настоящее время усиливаются международные усилия по разработке надежных силовых установок для гиперзвукового и сверхзвукового полета, которые позволили бы летать через нашу атмосферу на очень высоких скоростях, а также обеспечили бы эффективный вход и выход из планетных атмосфер», – говорит соавтор исследования Карим Ахмед, научный сотрудник. профессор кафедры машиностроения и аэрокосмической техники UCF.

«Открытие стабилизации детонации – самой мощной формы интенсивной реакции и высвобождения энергии – может произвести революцию в гиперзвуковых двигательных и энергетических системах».

Система может обеспечить воздушное путешествие со скоростью от 6 до 17 Маха, что составляет от 4600 до 13000 миль в час (7400-20921 км/ч). Технология использует мощь наклонной детонационной волны, которую они сформировали, используя наклонную рампу внутри реакционной камеры, чтобы создать вызывающую детонацию ударную волну для движения.

В отличие от вращающихся детонационных волн, которые крутятся, наклонные детонационные волны стационарны и стабилизированы.

Эта технология повышает эффективность двигателя реактивного движения, так что при использовании меньшего количества топлива вырабатывается больше энергии, чем в традиционных двигательных установках, что снижает топливную нагрузку и снижает затраты и выбросы.

В дополнение к более быстрому воздушному путешествию эта технология также может быть использована в ракетах для космических миссий, чтобы сделать их легче, потребляя меньше топлива, путешествовать дальше и гореть более чисто.

Детонационные двигательные установки изучались более полувека, но не увенчались успехом из-за использованного химического топлива или способов их смешивания. Предыдущая работа группы Ахмеда позволила преодолеть эту проблему, тщательно сбалансировав скорость пропеллента водорода и кислорода, выделяемых в двигатель, чтобы создать первое экспериментальное свидетельство вращающейся детонации.

Однако короткая продолжительность детонации, часто происходящая всего лишь на микросекунды или миллисекунды, делает их трудными для изучения и непрактичными для использования.

Однако в новом исследовании исследователи UCF смогли поддерживать продолжительность волны детонации в течение трех секунд, создав новую гиперзвуковую реакционную камеру, известную как гиперзвуковая высокоэнтальпийная реакция, или HyperREACT. Установка содержит камеру с наклонной аппарелью 30 градусов рядом с камерой смешения ракетного топлива, которая стабилизирует наклонную детонационную волну.

«Это первый опыт экспериментальной стабилизации детонации», – говорит Ахмед. «Мы наконец-то можем удерживать детонацию в космосе в наклонной форме детонации. Это почти как замораживание интенсивного взрыва в физическом пространстве».

Габриэль Гудвин, аэрокосмический инженер Центра космических технологий Военно-морской исследовательской лаборатории и соавтор исследования, говорит, что их исследование помогает ответить на многие фундаментальные вопросы, связанные с двигателями с наклонной детонационной волной.

Роль Гудвина в исследовании заключалась в том, чтобы использовать коды вычислительной гидродинамики Морской исследовательской лаборатории для моделирования экспериментов, проводимых группой Ахмеда.

«Исследования, подобные этому, имеют решающее значение для углубления нашего понимания этих сложных явлений и приближения к разработке систем инженерного масштаба», – говорит Гудвин.

«Эта работа захватывающая и раздвигает границы как моделирования, так и экспериментов», – говорит Гудвин. «Для меня большая честь быть частью этого».

Ведущим автором исследования является Даниэль Розато ’19 ’20MS, научный сотрудник и получатель президентской докторской стипендии UCF.

Розато работал над проектом с тех пор, как был студентом аэрокосмической инженерии, и отвечал за разработку, изготовление и эксплуатацию экспериментов, а также за анализ данных с помощью Мэйсона Тортона, соавтора исследования и младшего научного сотрудника.

Розато говорит, что следующим шагом к исследованию станет добавление новых диагностических и измерительных инструментов для более глубокого понимания изучаемых явлений.

«После этого мы продолжим изучение дополнительных экспериментальных конфигураций, чтобы более подробно определить критерии, с помощью которых можно стабилизировать наклонную детонационную волну», – говорит Розато.

Исследователи говорят, что в случае успеха в развитии этой технологии гиперзвуковая тяга на основе детонации может быть использована в атмосферных и космических путешествиях человека в ближайшие десятилетия.

Материалы:

• https://www.spacedaily.com/reports/Flying_at_up_to_Mach_16_could_become_reality_with_UCFs_developing_propulsion_system_999.html