冲击波可能会提供到达火星所需的冲击震动

2022-01-07 11:20:00林胜灵导读 施加冲击波可以改善超音速内燃机中流体混合的条件，从而为以比音速快五倍的提供速度飞行奠定了基础。伊万·贝尔梅霍·莫雷诺(Ivan Bermejo-M

施加冲击波可以改善超音速内燃机中流体混合的到达的震动条件，从而为以比音速快五倍的火星速度飞行奠定了基础。

伊万·贝尔梅霍·莫雷诺(Ivan Bermejo-Moreno)喜欢他的所需咖啡，带有一股湍流。冲击但是提供，当涉及到超音速喷气式飞机时，到达的震动不是火星用勺子混合咖啡和奶油，这种飞机的所需飞行速度比声音快五倍，他更喜欢使用空气中的冲击氧气和喷气燃料使用更强的混合气体：冲击波。

飞机发动机中的提供流体混合也遵循类似的原理，在这种情况下，到达的震动空气中的火星氧气必须与燃料混合，以一定速度推动燃料。所需USC维特比航空航天和机械工程系的USC研究人员，包括USC维特比博士的高向宇。最近为自己的论文辩护的学生，以及他的博士生导师伊凡·贝梅霍-莫雷诺(Ivan Bermejo-Moreno)助理教授，正在研究如何实现高速高效混合。更好的混合可以使超音速内燃机(气流大于声速)的长度保持较短，同时使车辆超音速行驶。实现此目的的一种方法是使用冲击波。

冲击波的特征在于介质的压力，温度和密度的突然变化，并且其移动速度快于局部声速。Bermejo-Moreno说：“不施加冲击波，就会像在咖啡和奶油中那样发生混合，但是会花费更长的时间。” “冲击波会放大湍流(类似于咖啡示例中的勺子)，并且湍流越多，混合的速度就越快。”

研究人员最近在《流体力学杂志》上发表了一项研究，该研究分享了可能发生这种快速混合(支持更快，更高效的车辆)的条件。一旦产生了冲击波(介质中突然而强烈的扰动)，流经它的流体的速度就会大大降低，从而也有更多的时间进行混合。研究人员说，这使燃料和空气处于更好的燃烧状态，并会提高温度，使其更易于自燃。

在可以充分有效地处理混合动力以支持高超音速飞行器的情况下，存在许多影响，包括用于太空探索的商业应用。

贝尔梅霍·莫雷诺说：“想象一下，有没有更轻更小的东西，而不是火箭，可以带我们一路到达火星。超燃冲压发动机和旋转爆震发动机的结合，都是基于冲击波和湍流，也许有一天会做到这一点。 ”。

该研究小组还包括马里兰大学机械工程副教授约翰·拉森(Johan Larsson)。研究人员在USC的高性能计算中心和Argonne实验室的超级计算机上进行了大规模并行的数值模拟研究。

流程的基本组成部分

这项研究通过使用基本的几何设置(基本上是盒子)并消除了与流体或气流性质有关的表面摩擦力相关的变量，从而隔离了研究人员感兴趣的物理学。在研究中，流体将从盒子的一侧进入，并遇到通过小心控制盒子内部压力而产生的冲击波。然后，它从盒子的另一侧退出，贝尔梅乔-莫雷诺说。

Bermejo-Moreno说：“通过这种方式，我们隔离了湍流和冲击波之间的相互作用。” 在过去人们研究湍流和冲击波的纯粹相互作用时，研究人员说，只有很少的研究集中在这种结构的混合上。Bermejo-Moreno说，冲击波是由空气在遇到进气口时的大(超音速)速度产生的。像拐角一样的几何变形通常足以产生冲击波。

与以前的研究相比，研究人员还研究了更大范围的参数，包括气流进入速度的变化。研究人员还研究了不同程度的湍流。

Bermejo-Moreno说：“为使湍流可视化，请考虑使用水龙头。” “当水龙头刚打开时，水流缓慢，透明且光滑-被称为层流。但是当您继续打开水龙头时，水的流速增加。水流变得模糊且不再透明-这就是您所要的我们将在高超音速飞行器中讨论的空气以及空气和燃料的混合物中也会发生同样的事情。”

研究人员说，他们对湍流最感兴趣，因为它们最能代表现实中发生的事情。就像将牛奶添加到咖啡中而不搅拌一样，没有冲击波会增加湍流，混合会发生，但是会花费更长的时间。在这项研究中，研究人员发现，虽然与混合水平相关的一些量在一定程度的湍流放大后将饱和，但其他一些将继续增加，这表明随着湍流的增加，混合继续改善。

接下来，研究人员希望研究其他几何形状，并观察它们如何影响混合。“将来，我们要研究的元素之一是不同形状的湍流结构(称为涡流)如何影响混合。例如，管状结构如何对燃料和空气的传输和混合产生不同的影响。 Bermejo-Moreno说：“如果您知道在混合中占主导地位的湍流结构的类型，那么您可能想生产更多的这种结构。”