科技工作者之家
科技工作者之家APP是专注科技人才，知识分享与人才交流的服务平台。
研究人员开发的“旋转爆轰发动机”实验测试装置。
将飞行器送入太空需要消耗大量燃料。例如，将美国宇航局（NASA）的航天飞机送入轨道需要使用350多万磅燃料，这大约是蓝鲸质量的15倍。为此，研究人员设计了一种新型旋转爆轰引擎。搭载这种引擎的火箭不仅更加省油，而且质量更轻、结构更简单。然而，这款引擎的性能难以预测，还不具备实际应用的可行性。
《物理评论E辑》报道，为了预测爆轰引擎的性能，美国华盛顿大学的研究人员建立了一个数学模型描述其工作情况。在模型信息的帮助下，工程师们能够启动测试程序进行引擎改进，使其更加稳定。华盛顿大学研究人员、论文作者James Koch说：“旋转爆轰引擎的研究仍处于起步阶段。虽然我们已经收集了大量与引擎相关的数据，但我们还是不清楚到底会出现怎样的状况。因此，我们希望通过模型分析改善引擎性能。”
传统的火箭引擎是通过燃烧和排出推进剂来产生推力的。而旋转爆轰引擎采用了不同的方式来燃烧推进剂。Koch说：“旋转爆轰引擎是同心圆结构，推进剂在气缸间隙中流动。点火后，迅速释放的热量形成强烈的高压、高温气体脉冲，其速度远超声速。旋转爆轰引擎中的燃烧过程实际上是一次爆炸过程。在初始启动阶段之后，我们观察到了稳定的燃烧脉冲。由此产生的高压和高温，可以产生强大的推力。”
传统引擎需要大量机械结构控制燃烧反应，才能产生发动机需要的功率。而在旋转爆轰引擎中，冲击波能够自然完成所有事情，不需要引擎部件的额外帮助。Koch说：“燃烧产生的冲击波在流经燃烧室时会自然压缩气流。但不利的一面是，爆炸难以预测和控制。”
为了描述旋转爆轰引擎的工作情况，研究人员开发了一款实验原型机。原型机的参数，例如气缸的间隙尺寸，可以由研究人员控制。随后，研究人员用高速摄像机记录了燃烧过程。每组实验只需要0.5秒就能完成。最后，研究人员能够用慢放模式和数学模型仔细分析记录下来的情况。
华盛顿大学应用数学教授、论文作者J. Nathan Kutz说：“这是目前唯一能够描述旋转爆轰发动机的多样化和复杂动力学的模型。由此，我们终于能够评估发动机的性能了。”
目前，模型仍在继续优化中。Koch说：“之前，我们的目标仅仅是重现脉冲行为，以确保模型输出与实验结果相似。我们已经确定了主要物理参数之间的相互作用。现在，我们可以将研究对象设置成变量，并讨论如何制造出更好的引擎。”
科界原创
编译：雷鑫宇
审稿：alone
责编：唐林芳
期刊来源：《物理评论E辑》
期刊编号：2470-0045
原文链接：
https://techxplore.com/news/2020-02-simple-fuel-efficient-rocket-enable-cheaper.html
版权声明：本文由科界平台原创编译，中文内容仅供参考，一切内容以英文原版为准。转载请注明来源科技工作者之家—科界App。
微信
科技工作者之家
京公网安备11010202008424号
