يمكن أن تؤدي التفجيرات التي لا تنتهي أبدًا إلى انفجار مركبات تفوق سرعتها سرعة الصوت في الفضاء

بالعربي/ يمكن أن يكون التفجير اللامتناهي هو المفتاح لرحلة تفوق سرعة الصوت وطائرات فضائية يمكنها الطيران بسلاسة من الأرض إلى المدار. والآن ، أعاد الباحثون إنشاء الظاهرة المتفجرة في المختبر التي يمكن أن تجعلها ممكنة.

تعتبر التفجيرات نوعًا قويًا بشكل خاص من الانفجارات التي تتحرك للخارج أسرع من سرعة الصوت . الانفجار الهائل الذي هز ميناء بيروت في لبنان في آب (أغسطس) الماضي كان بمثابة تفجير ، والدمار الواسع الذي أحدثه يدل على الكميات الهائلة من الطاقة التي يمكن أن تنتجها.

لطالما حلم العلماء ببناء محركات طائرات يمكنها تسخير هذه الطاقة ؛ يمكن أن تطير هذه المركبة نظريًا من نيويورك إلى لندن في أقل من ساعة. لكن من الصعب للغاية التحكم في التفجيرات ، وعادة ما تستمر لأقل من جزء من الثانية ، لذلك لم يتمكن أحد حتى الآن من جعلها حقيقة واقعة. 

الآن ، أنشأ فريق من جامعة سنترال فلوريدا إعدادًا تجريبيًا يتيح لهم الحفاظ على تفجير في موضع ثابت لعدة ثوانٍ ، والتي يقول الباحثون إنها خطوة رئيسية نحو أنظمة الدفع فوق الصوتية في المستقبل.

قال كريم أحمد ، الأستاذ المشارك في الهندسة الميكانيكية وهندسة الطيران بجامعة سنترال فلوريدا ، والمؤلف الرئيسي لورقة بحثية جديدة نُشرت يوم الإثنين (10 مايو): “ما نحاول القيام به هنا هو السيطرة على هذا التفجير”. ) في مجلة وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.

قال أحمد لـ Live Science: “نريد تجميدها في الفضاء وتسخير هذه الطاقة. بدلاً من تدمير المباني ، كما رأيتم في لبنان ، أريد الآن استخدامها وإنتاج قوة دفع بها”. “إذا تمكنا من القيام بذلك ، يمكننا السفر بسرعة فائقة.”

بُني هذا الاختراق على عقود من البحث في نظام دفع نظري يسمى محرك موجة التفجير المائل (ODWE). يعمل هذا المفهوم من خلال توجيه مزيج من الهواء والوقود بسرعات تفوق سرعة الصوت (أكثر من خمسة أضعاف سرعة الصوت) نحو منحدر ، مما يؤدي إلى حدوث موجة صدمة. تعمل موجة الصدمة هذه على تسخين خليط الوقود والهواء بسرعة وتتسبب في انفجاره ، مما يؤدي إلى تفجير غازات العادم من الجزء الخلفي من المحرك بسرعة عالية. النتائج؟ الكثير من الدفع.

عندما ينفجر خليط من الهواء والوقود بهذه الطريقة ، يكون الاحتراق الناتج أكثر كفاءة حيث يتم حرق ما يقرب من 100٪ من الوقود. يولد التفجير أيضًا الكثير من الضغط ، مما يعني أن المحرك يمكن أن يولد قوة دفع أكثر بكثير من الطرق الأخرى. من الناحية النظرية ، يجب أن يكون هذا التفجير قادرًا على دفع طائرة تصل إلى 17 ضعف سرعة الصوت ، كما يقول الباحثون ، والتي يمكن أن تكون بالسرعة الكافية للمركبة الفضائية لتطير ببساطة من الغلاف الجوي ، بدلاً من الحاجة إلى رفع الصواريخ. .

يكمن التحدي في استمرار التفجير لفترة كافية لتشغيل مثل هذه الرحلة ، وقد تجاوزت العروض التجريبية السابقة بضع أجزاء من الألف من الثانية. قال أحمد ، إن الصعوبة الرئيسية تكمن في منع التفجير من التحرك في اتجاه المنبع نحو مصدر الوقود ، حيث يمكن أن يتسبب في أضرار جسيمة ، أو مزيد من المصب ، حيث يتلاشى.

قال أحمد: “لطالما كان هناك سؤال ،” حسنًا ، إذا كنت تحتفظ به لمدة ملي ثانية أو نحو ذلك ، فهل احتفظت به مؤقتًا؟ لا تعرف ما إذا كنت قد استقرت أم لا. “

لمعرفة ما إذا كان بإمكانهم تحسين الرقم القياسي السابق ، قام أحمد وزملاؤه ببناء سلسلة من الغرف يبلغ طولها 2.5 قدمًا (0.76 مترًا) تقريبًا والتي تمزج وتسخن الهواء وغاز الهيدروجين قبل تسريعها إلى سرعات تفوق سرعة الصوت وإطلاقها على منحدر .

من خلال الموازنة الدقيقة بين نسب خليط الهواء والوقود وسرعة تدفق الغاز وزاوية المنحدر ، تمكنوا من توليد تفجير ظل ثابتًا في موضعه لمدة 3 ثوانٍ تقريبًا. قال أحمد إن هذه فترة طويلة بما يكفي لتأكيد أن الانفجار كان مستقرًا في موقع ثابت ولم يكن يتحرك لأعلى أو في اتجاه مجرى النهر ، وهي خطوة أولى وكبيرة نحو تحقيق ODWE الواقعي.

قال فرانك لو ، أستاذ الهندسة الميكانيكية والفضائية في جامعة تكساس في أرلينغتون والمتخصص في المحركات القائمة على التفجير ، إن إظهار استقرار التفجير يعد إنجازًا مهمًا. لتطوير محرك عملي ، سيتعين على الباحثين الآن العمل على كيفية العمل على مجموعة من السرعات والارتفاعات والتعامل مع عدم استقرار الاحتراق الناتج عن أشياء مثل الاختلاط غير المتكافئ بين الوقود والهواء.المحتوى ذي الصلة

قال لو لـ Live Science: “أعتقد أن المحققين قاموا بعمل ممتاز ونتطلع إلى مزيد من النتائج”.

أوضح أحمد أن الباحثين أجروا تجربتهم لبضع ثوانٍ فقط لأن شدة الانفجار تؤدي إلى تآكل الجوانب الزجاجية لغرفة الاختبار بسرعة. وقال إنهم اضطروا إلى استخدام الزجاج في اختباراتهم الأولية حتى يتمكنوا من إجراء قياسات بصرية للانفجار ، ولكن إذا استبدلوهم بجوانب معدنية ، فيجب أن يكونوا قادرين على تشغيل التفجير لفترة أطول.

ومن الأمور الواعدة ، قال أحمد إن هيكل جهاز الاختبار لا يختلف كثيرًا عن تصميم ODWE واسع النطاق. يتمثل التحدي الرئيسي للباحثين الآن في كيفية تغيير المكونات الرئيسية الثلاثة لمزيج الوقود وسرعة الهواء وزاوية المنحدر مع الحفاظ على ثبات التفجير.

قال أحمد: “لقد أثبتنا الآن أنه ممكن ، إنها مشكلة هندسية أكثر لاستكشاف كيفية استدامتها على نطاق تشغيل أكبر”.

المصدر/ livescience.comالمترجم/barabic.com