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5倍音速,每小时6000公里,这样的飞行器真的可以实现吗

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发表于 2021-5-16 18:12:45 来自手机 | 显示全部楼层 |阅读模式

想一想,假如有一种飞行器,能让你从北京到三亚(大约3000公里)只需要花上半个小时,以致还能直接上太空,这听起来是不是有点像科幻影戏?

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目前来说简直是如许的,不过,在不远的将来,或许这就要酿成实际了。科学家指出:使用一种名叫爆震的原理,就可以实现这种超音速飞行。

所谓的爆震,指的是使用激波与燃烧波相耦合,并以超音速传播的一种燃烧情势,这种燃烧情势有很多上风,好比燃烧服从高、能量开释速率快等。

爆震可以产生非常强大的推力,以至于让飞行器可以达到5倍音速,也就是接近6000公里的时速,远远凌驾了如今的飞机。但问题在于,爆震对于目前的科学家们来说,仍然是很难控制的,它可以或许持续的时间以致都很难凌驾1微秒。因此,虽然早就意识到这是一种极佳的引擎模式,但科学家们始终苦于无法将它酿成实际。

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上一次爆震出如今公众眼前,就是客岁8月份黎巴嫩贝鲁特港的惨烈爆炸,信赖很多人都还记得那条新闻,数千人伤亡的惨状,令人触目惊心。来自于中佛罗里达大学的机器和航空航天工程副传授Kareem Ahmed指出,贝鲁特港的这次爆炸,其实就是一次爆震。显然 ,它再一次以摆脱人类控制的引爆,证实白它的威力。

Ahmed说道:“我们如今所做的,就是要掌控爆震,将它固定在空中,从而使用这种能量。我不希望让它像你看到的那样在黎巴嫩摧毁修建物,而是要使用它,依附这股力量产生推力。假如我们取得成功,那就可以实现超高速观光了。”

他希望开发的,就是所谓的爆震发动机。

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顾名思义,爆震发动机就是爆震的原理,实现飞行设备的超音速飞行的。根据爆震构造情势的不同,爆震发动机又可以分为三类,分别是脉冲爆震发动机、连续爆震发动机以及斜爆震发动机。而Ahmed团队希望实现的,就是此中的斜爆震发动机。

在斜爆震发动机中,由空气和燃料构成的混合气体在来流中已经充分预混,这对于燃烧服从是一种有用的保证,以至于接近100%的燃料都可以燃烧。此时在燃烧室入口处使用斜激波诱导燃烧大概爆震,就可以产生出惊人的推力。

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(图片说明:斜爆震发动机概念图)

正如我们前面所说的,在一瞬间实现爆震是可以实现的,问题在于如何让它维持足够长的时间,究竟飞机不大概只飞一瞬间。Ahmed先容,斜爆震发动机的难点,就在于爆震和燃料源的位置。假如爆震向燃料源上方移动,就大概会对发动机造成严重的陵犯。假如向下方移动,也会导致反应瞬间结束。

更尴尬的是,此前科学家们实现的爆震所持续的时间都很短,最多也只有几毫秒。且不说如许的时长能不能实际应用,它以致根本不敷以确定爆震是否稳定。在1毫秒的爆震过程中,你没看到偏差,不一定代表着偏差不存在,大概只是还不敷以被观察到。假如持续几秒钟,或许就会出现巨大的偏差了。

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为了实现稳定的爆震,Ahmed和他的团队建造了一个长度大约为2.5英尺(约合0.76米)的一系列腔体。在这里,空气和氢气会起首混合并被加热,然后加速到超音速状态,这是斜爆震发动机的根本要求。

然后,研究人员反复测试了空气-燃料的混合比例、气体来流速度以及斜坡的角度,找到了相对适合的组合模式,终极实现了在一个固定位置上持续了3秒的爆震。

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虽然这个时间也还没有特别长,但也已经足以证实爆震被稳定在一个固定的位置上了。这意味着,他们已经找到了开端将斜爆震发动机从理论转变为大概的第一步路了。

Ahmed随后还说,他们之所以只举行了几秒钟的实验,是由于爆震比力间隔,以至于测试舱四周的玻璃都已经被损坏了。在将来真正开发斜爆震发动机的时间,自然会用一些金属质料来代替,从而得到更长的爆震持续时间。不过,这只是他们最初的实验,因此只能用玻璃包裹,以便研究人员观察和分析。

他还指出:他们举行测试的布局,就已经和完备的斜爆震发动机几乎一样了。也就是说,假如爆震过程稳定,那么投入使用也不会太远。接下来的工作,就是继续改变上面提到的三个参数,寻找更完善的设置,并且扩大尺寸,从而办理工程上的难题。

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德克萨斯大学阿灵顿分校的机器和航空航天工程传授Frank Lu评价道:Ahmed等人的研究可以说是一次非常重大的突破。他们已经做得非常好了,他期待着研究人员们可以或许取得更大的突破。他以为,在接下来的工作中,研究人员需要考虑的,就是让如许的爆震在一定的速度和高度范围内稳定运行,同时还要接近空气和燃料之间混合不匀称大概会导致的燃烧问题。

假如斜爆震发动机可以或许开发成功,那么根据爆震的特性,飞行器达到5倍音速将不再只是理想,以致最高可以将飞机推进到17倍音速,也就是接近每秒6公里!如许的速度,别说在地球上飞行,上太空都可以!

因此,在将来,或许有些航天使命都可以摆脱火箭,而是直接使用装有斜爆震发动机的飞机就可以了,这也将大大提拔人类的航天使命服从。

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由此可见,爆震发动机的研究,简直非常重要。Ahmed等人非常自信,假如他们用更加可靠的质料来举行测试,会得到更好的结果。我们也期待着爆震发动机投入使用的那一天,届时,人类上太空也将变得更加容易了。


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