UCF-onderzoekers zeggen dat ze voor het eerst een aanhoudende explosieve ontploffing hebben opgevangen, die op zijn plaats is vastgezet, en zijn enorme kracht kanaliseren in stuwkracht in een nieuwe schuine golf-detonatiemotor die een vliegtuig tot 17 keer de snelheid van het geluid kan voortstuwen en mogelijk zelfs sneller kan slaan. de scramjet als hypersonische voortstuwingsmethode.

Deflagratie – het op hoge temperatuur verbranden van brandstof met zuurstof – is een relatief langzame, veilige en gecontroleerde manier om chemische energie vrij te geven en in beweging te zetten. Daarom ligt deze mooie, vreedzame vorm van verbranding ten grondslag aan een groot deel van onze transporttechnologie. Maar als je de maximaal mogelijke energie uit een eenheid brandstof wilt halen, krijg je veel meer waar voor je geld met... nou ja, een knal.

Ontploffing is snel, chaotisch en vaak destructief. Er is niet noodzakelijkerwijs zuurstof voor nodig, slechts een enkel explosief materiaal en een soort energetische por die groot genoeg is om de chemische bindingen te verbreken die een toch al instabiel molecuul bij elkaar houden. Het creëert exotherme schokgolven die met supersonische snelheden naar buiten versnellen, waarbij enorme hoeveelheden energie vrijkomen.

Mensen proberen al meer dan zestig jaar de brute kracht van ontploffing – de krachtigste vorm van verbranding – te benutten, maar een bom in toom houden is uiterst moeilijk gebleken. Pulsdetonatiemotoren creëren een reeks herhaalde explosies op een manier die vergelijkbaar is met een pulsjet, en deze zijn al getest in vliegtuigen – met name in de Geschaalde composieten Long-EZ “Borealis” project gebouwd door het US Air Force Research Laboratory en Innovative Scientific Solutions Incorporated in 2008.

Roterende detonatiemotoren, waarin de schokgolven van één detonatie zijn afgestemd om verdere detonaties binnen een ringvormig kanaal te veroorzaken, werden als onmogelijk op te bouwen beschouwd totdat onderzoekers van de University of Central Florida (UCF) doorgingen en demonstreerde vorig jaar een prototype in duurzaam bedrijf. Om rond 2025 met een raketlancering te kunnen testen, zouden roterende detonatiemotoren efficiënter moeten zijn dan pulsdetonatiemotoren, simpelweg omdat de verbrandingskamer niet tussen de detonaties door hoeft te worden leeggemaakt.

Een ander team van UCF, waaronder een aantal van dezelfde onderzoekers die vorig jaar de roterende detonatiemotor hebben gebouwd, zegt dat het een eerste demonstratie ter wereld heeft weten te realiseren van een ongrijpbaar derde type detonatiemotor die ze allemaal zou kunnen overtreffen, waardoor in theorie een enorme explosie zou kunnen ontstaan. route naar vliegtuigen die vliegen met snelheden tot 13,000 km/u, oftewel 21,000 keer de geluidssnelheid.

De staande golf, of schuine golf-detonatiemotor (OWDE), heeft tot doel een continue detonatie te produceren die stabiel en vast in de ruimte is, wat zorgt voor een meedogenloos efficiënt en controleerbaar voortstuwingssysteem dat aanzienlijk meer kracht genereert en minder brandstof verbruikt dan de huidige technologie mogelijk maakt.

Het UCF-team beweert dat het met succes een detonatiegolf heeft gestabiliseerd onder hypersonische stromingsomstandigheden, door hem op zijn plaats te houden in plaats van hem stroomopwaarts te laten bewegen (waar hij de brandstofbron zou kunnen laten ontploffen) of stroomafwaarts (waar hij zijn explosieve voordeel zou verliezen en zou uitsterven). tot een deflagratie).

University of Central Florida

Om dit te doen, bouwde het team een ​​experimenteel prototype dat het de High-Enthalpy Hypersonic Reacting Facility – of kortweg HyperReact – noemde. De HyperReact is minder dan een meter lang en kan losjes worden omschreven als een holle buis, verdeeld in drie secties, elk met een nauwkeurig gevormd interieur.

Het eerste gedeelte is een mengkamer van 350 mm (13.8 inch), een kanaal met vierkante doorsnede en zijden van 45 mm (1.8 inch). Hier ontsteekt een voorverbrander een straal waterstofbrandstof, vooraf gemengd met lucht. Vier extra luchtkanalen rond de voorbranderstraal versnellen de stroom tot de juiste snelheden.

De tweede sectie is een convergerend-divergerend (CD) mondstuk, met een asymmetrische vierkante dwarsdoorsnede helemaal naar beneden. De hoofdbrandstofinjector voegt 99.99 procent ultrazuivere waterstofbrandstof toe aan de hete, snelle lucht onder hoge druk die door de buis stroomt net voordat deze het CD-mondstuk binnengaat, dat snel taps toeloopt tot een diameter van 9 mm (0.35 inch). -hoge keel voordat het weer divergeert naar een vierkant van 45 mm. Deze vorm is ontworpen om het mengsel te versnellen tot Mach 5.0 voordat het naar het laatste ‘testgedeelte’ gaat, waar de ontploffing plaatsvindt.

Het testgedeelte neemt dat hypersonische lucht/brandstofmengsel op en voert het een helling op met een hoek van 30 graden aan de onderkant van de vierkante buis. Door de stroomsnelheid en het lucht/brandstofmengsel af te stemmen, kon het team parameters vinden die de drukgolfinteracties in de kamer manipuleerden om het ondenkbare te produceren: een stabiele, continue explosie die vrijwel stil bleef en licht fluctueerde in een cyclisch patroon, over de hele tijd. voorste lip van de oprit.

University of Central Florida

Vergeleken met de omstandigheden gemeten terwijl de hoofdbrandstofinjector uitgeschakeld was, was de piekdruk 2.7 keer hoger achter de oprit en de uitlaatdruk van het mondstuk 10.5 keer hoger. De stroomsnelheid werd berekend op 99.7 procent van de theoretische detonatiegolfsnelheid voor een zich vrij voortplantende, normale explosie in het gegeven mengsel.

"Dit is de eerste keer dat is aangetoond dat een detonatie experimenteel wordt gestabiliseerd", zegt Kareem Ahmed, universitair hoofddocent bij de afdeling Werktuigbouwkunde en Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek van UCF, en een van de auteurs van het nieuwe onderzoeksartikel. “We zijn eindelijk in staat de detonatie in de ruimte vast te houden in de vorm van een schuine detonatie. Het is bijna alsof je een intense explosie in de fysieke ruimte bevriest.”

Waar een ontploffing doorgaans slechts een kwestie van micro- of milliseconden duurt, slaagde het UCF-team erin deze ontploffing experimenteel vol te houden totdat de brandstof na ongeveer drie seconden werd uitgeschakeld. Dat is lang genoeg om te bewijzen dat het apparaat werkt. Ahmed vertelde WordsSideKick.comen als het team de brandstof nog langer had laten stromen, zouden de kwartsvensters aan de zijkanten van de testsectie zijn vernietigd, die daar waren om optische beeldvorming van de tests mogelijk te maken. Door het testgedeelte te vervangen door iets dat volledig uit metaal bestaat, zou de ontploffing veel langer kunnen aanhouden.

Volgens Ahmed komt het prototypeontwerp redelijk dicht in de buurt van hoe een OWDE op volledige schaal eruit zou zien. De uitdaging zal nu zijn om te leren hoe je het brandstofmengsel, de stroomsnelheid en de hellingshoek dynamisch kunt veranderen om een ​​detonatie stabiel, betrouwbaar en controleerbaar te houden over een breed scala aan bedrijfsomstandigheden en controle-inputs.

University of Central Florida

De Er wordt al een tijdje theoretisch gesproken over OWDE, als een potentieel superieure vorm van hypersonische voortstuwing voor de scramjet. Scramjets hebben de neiging hun efficiëntie te verliezen naarmate de luchtsnelheid stijgt, en bereiken mogelijk een top rond Mach 14. De experimentele resultaten vrijgegeven door UCF wijzen in de richting van een “Sodramjet” (staande ramjet met schuine detonatie) die tussen Mach 6 en Mach 17 kan vliegen.

Wat betekent het allemaal? Welnu, hypersonische vliegreizen met snelheden tot Mach 17 zullen niet alleen de deur openen voor potentiële vluchten van minder dan 30 minuten tussen New York en Los Angeles. Het zal ruimtevliegtuigen ook in staat stellen zichzelf efficiënt de ruimte in te vliegen zonder zichzelf vast te binden aan raketboosters. En er kunnen uiteraard enkele belangrijke gevolgen zijn voor de nationale veiligheid en het mondiale nucleaire machtsevenwicht.

Zoals onze eigen David Szondy in deze geweldige opmerkte hypersonische vluchtuitleg uit 2017 is er op dit moment geen radar- of raketafweersysteem ter wereld dat een hypersonische raket aankan. Bovendien zou je er niet eens een kernkop op nodig hebben om een ​​niveau van verwoesting te veroorzaken dat vergelijkbaar is met dat van een atoombom. “Al die snelheid en al die traagheid maken van elk onderzoeksplatform, verkenningseenheid of passagiersvliegtuig een potentieel kinetisch wapen”, schrijft Szondy. 'Ze hebben geen explosieven nodig om een ​​doelwit te vernietigen. Het enige wat ze hoeven te doen is erop te slaan. Met andere woorden: elk hypersonisch voertuig is een intrinsiek wapen, gegeven de juiste aanpassingen.”

Het onderzoek werd niet alleen gefinancierd door de National Science Foundation en het NASA Florida Space Grant Consortium, maar ook door het Air Force Office of Scientific Research. Deze explosiemotoren in flessen zijn dus duidelijk een kwestie van militair belang.

Het artikel is open access op PNAS.

Bron: University of Central Florida

Coinsmart. Beste Bitcoin-beurs in Europa
Bron: https://newatlas.com/aircraft/oblique-wave-detonation-engine-hysonic-ucf/