UCFの研究者は、航空機を音速の最大17倍の速度で推進し、潜在的に打撃を与える可能性のある新しい斜め波爆轟エンジンで、その巨大な力を推力に向けて、所定の位置に固定された持続的な爆発性爆轟を初めて閉じ込めたと述べています極超音速推進法としてのスクラムジェット。

爆燃（酸素による燃料の高温燃焼）は、化学エネルギーを放出して運動に変えるための比較的遅く、安全で制御された方法です。そのため、この素晴らしく平和な燃焼形態が、私たちの輸送技術の多くを支えています。 しかし、燃料の単位から可能な限り最大のエネルギーを放出したい場合は、…まあ、強打からはるかに良い価値を得ることができます。

爆発は速く、混沌とし、しばしば破壊的です。 それは必ずしも酸素を必要とせず、ただ単一の爆発性物質と、すでに不安定な分子を一緒に保持している化学結合を破壊するのに十分な大きさのある種のエネルギッシュな突く。 それは、超音速で外側に加速する発熱衝撃波を生成し、膨大な量のエネルギーを放出します。

人々は60年以上もの間、最も強力な燃焼形態である爆発の生の力を利用しようと試みてきましたが、爆弾に手綱をかけることは非常に困難であることが証明されています。 パルスデトネーションエンジンは、パルスジェットと同様の方法で一連の繰り返し爆発を引き起こします。これらは、航空機、特に航空機ですでにテストされています。 スケールドコンポジットロング-EZ「ボレアリス」 2008年に米国空軍研究所とInnovativeScientific SolutionsIncorporatedによって構築されたプロジェクト。

回転デトネーションエンジンある爆発からの衝撃波がリング状のチャネル内でさらに爆発を引き起こすように調整されているが、セントラルフロリダ大学（UCF）の研究者が先に進み、 昨年、持続運転でプロトタイプを実演しました。 2025年頃までにロケット発射でテストするため、爆発の合間に燃焼室を掃除する必要がないという理由だけで、回転デトネーションエンジンはパルスデトネーションエンジンよりも効率的であるはずです。

さて、昨年回転デトネーションエンジンを作った同じ研究者の何人かを含むUCFの別のチームは、理論的にはそれらすべてを打ち負かすことができるとらえどころのない第13,000のタイプのデトネーションエンジンの世界初のデモンストレーションを管理したと言います最大21,000mph（17 km / h）、つまり音速のXNUMX倍の速度で飛行する航空機への経路。

定在波または斜め波爆轟エンジン（OWDE）は、安定して宇宙に固定された連続爆轟を生成することを目的としており、現在の技術よりもはるかに多くの電力を生成し、少ない燃料を使用する、容赦なく効率的で制御可能な推進システムを実現します。

UCFチームは、極超音速の流れの条件下で爆発波を安定させ、上流（燃料源を爆発させる可能性がある場所）または下流（爆発の利点を失い、爆発する可能性がある場所）に移動させるのではなく、所定の位置に維持したと主張しています。爆燃に）。

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そのために、チームは、高エンタルピー極超音速反応施設（略してHyperReact）と呼ばれる実験的なプロトタイプを作成しました。 長さが3.3メートル（XNUMXフィート）未満のHyperReactは、XNUMXつのセクションに分割され、それぞれが正確な形状の内部を備えた中空のチューブとして大まかに説明できます。

最初のセクションは、350 mm（13.8インチ）の混合チャンバー– 45 mm（1.8インチ）の側面を持つ正方形セクションのチャネルです。 ここで、プレバーナーは、空気と事前に混合された水素燃料のジェットに点火します。 プレバーナージェットの周りにさらにXNUMXつの空気チャネルが流れを適切な速度に加速します。

99.99番目のセクションは、収束-発散（CD）ノズルで、軸対称の正方形の断面がずっと下にあります。 メイン燃料インジェクターは、9パーセントの超高純度水素燃料をCDノズルに入る直前にチューブを下って来る高温、高速、高圧の空気に追加します。CDノズルは、0.35 mm（45インチ）まで急速に減少します。 -再び5.0mmの正方形に分岐する前の高い喉。 この形状は、爆発が発生する最後の「テストセクション」に進む前に、マッハXNUMXまで混合を加速するように設計されています。

テストセクションは、その極超音速の空気/燃料混合物を取り込み、四角いチューブの下側で30度の角度でランプを上っていきます。 流速と空気/燃料混合を調整することで、チームはチャンバー内の圧力波の相互作用を操作して考えられないものを生成するパラメーターを見つけることができました：ほぼ静止したままで、周期的なパターンでわずかに変動する安定した連続爆発。ランプのフロントリップ。

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メイン燃料噴射装置をオフにして測定した条件と比較して、ピーク圧力はランプの後ろで2.7倍高く、ノズル出口圧力は10.5倍高かった。 流速は、与えられた混合物中で自由に伝播する通常の爆発について、理論上の爆発波速度の99.7パーセントで計算されました。

「爆発が実験的に安定することが示されたのはこれが初めてです」と、UCFの機械航空宇宙工学科の准教授であり、新しい研究論文の著者のXNUMX人であるKareemAhmedは述べています。 「私たちはついに、宇宙での爆発を斜めの爆発の形で保持することができました。 まるで物理的な空間で激しい爆発を起こすようなものです。」

爆発が通常マイクロまたはミリ秒の問題でしか続かない場合、UCFチームは、約XNUMX秒後に燃料がオフになるまで、これを実験的に維持することができました。 これは、デバイスが機能することを証明するのに十分な長さですが、 アーメドはLiveScienceに語った、そしてチームが燃料の流れをこれ以上続けた場合、テストの光学的イメージングを可能にするためにそこにあったテストセクションの側面にある石英窓が破壊されたでしょう。 テストセクションを完全に金属面のものに置き換えると、爆発をはるかに長く持続させることができます。

Ahmedによると、プロトタイプの設計は、本格的なOWDEの外観にかなり近いとのことです。 ここでの課題は、燃料混合、流速、ランプ角度を動的に変更して、広範囲の動作条件と制御入力にわたって爆発を安定させ、信頼性が高く、制御可能に保つ方法を学ぶことです。

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　 OWDEは理論的にはしばらくの間話されてきました、スクラムジェットよりも極超音速推進の潜在的に優れた形態として。 スクラムジェットは、対気速度が上がると効率が低下する傾向があり、マッハ14付近で最高になる可能性があります。UCFが発表した実験結果は、マッハ6とマッハ17の間を飛行できる「ソドラムジェット」（直立斜め爆発ラムジェット）航空機を示しています。

それはどういう意味ですか？ まあ、マッハ17までの速度での極超音速の空の旅は、ニューヨークとロサンゼルスの間の潜在的な30分未満の飛行への扉を開くだけではありません。 また、スペースプレーンは、ロケットブースターに縛られることなく、効率的に軌道に乗ることができます。 そしてもちろん、国家安全保障と世界の核勢力均衡にいくつかの重要な影響がある可能性があります。

私たち自身のDavidSzondyがこの素晴らしい中で指摘したように 極超音速飛行説明 2017年以降、現時点で極超音速ミサイルに対応できるレーダーやミサイル防衛システムは世界にありません。 さらに、核爆弾に匹敵するレベルの荒廃を引き起こすために弾頭を搭載する必要さえありません。 「そのすべての速度とすべての慣性は、あらゆる研究プラットフォーム、偵察ユニット、または旅客機を潜在的な動的兵器に変えます」とSzondyは書いています。 「彼らはターゲットを破壊するために高い爆発物を必要としません。 彼らがしなければならないのはそれを打つことだけです。 言い換えれば、極超音速機は、適切な改造が施された固有の武器です。」

実際、この研究は、全米科学財団とNASAフロリダ宇宙助成コンソーシアムだけでなく、空軍科学研究局からも資金提供を受けました。 したがって、これらのボトル入り爆発エンジンは明らかに軍事的関心の問題です。

論文はでオープンアクセスです PNAS.

情報源： セントラルフロリダ大学

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出典：https：//newatlas.com/aircraft/oblique-wave-detonation-engine-hypersonic-ucf/