موتور ساده و کارآمد موشک با مدل‌سازی رایانه‌ای

ايسنا/ محققان با استفاده از مدل‌سازي‌هاي رايانه‌اي يک موتور انفجاري دوار آزمايشگاهي توسعه داده‌اند که در آن مي‌توانند پارامترهاي مختلفي مانند اندازه شکاف بين سيلندرها را کنترل کنند. مهندسان دانشگاه واشنگتن در حال کار بر روي نوع جديدي از موتور موشک هستند که وعده ساخت موتورهاي سبکتر، کارآمدتر و ساده‌تر را نسبت به موشک‌هاي رايج سوخت مايع کنوني مي‌دهد. يکي از بزرگترين موانع عملي کردن اين موتور موسوم به "موتور انفجاري چرخشي(RDE)، ايجاد مدل‌هاي رياضي است که بتواند چگونگي طراحي بسيار غيرقابل پيش‌بيني موتور موشک را توصيف کند تا پايدارتر شود. موتور "RDE" يک موتور موشک است که شبيه به موتورهاي "تپ جت" است که موشک کروز بدنام آلماني موسوم به "V1" در جنگ جهاني دوم از آن بهره مي‌برد. اين موشک از يک محفظه احتراق ساده با لوله اگزوز در انتها و ميله‌هاي ارتجاعي نصب شده در قسمت جلويي استفاده مي‌کرد. در حين کار، هوا از طريق شکافها وارد مي‌شود، با سوخت مخلوط و پس از آن منفجر مي‌شود و نيرو توليد مي‌کند. "تپ‌جت"(Pulsejet) نوعي موتور جت هوادمشي است که در آن هوا به‌طور متناوب و ضربان‌گونه وارد محفظه احتراق مي‌شود و پس از درآميختن با سوخت مشتعل مي‌شود. اکنون "RDE" اين ايده را يک قدم جلوتر برده است. "جيمز کوخ"، دانشجوي دکتراي رشته هوانوردي و فضانوردي در دانشگاه واشنگتن مي‌گويد: يک موتور انفجاري چرخشي روش ديگري را براي چگونگي احتراق در پيش مي‌گيرد. اين موتور از سيلندرهاي متحدالمرکز ساخته شده است. سوخت در شکاف بين سيلندرها جريان مي‌يابد و پس از احتراق، انتشار سريع گرما موج شوک را ايجاد مي‌کند و يک ضربه قوي از گاز با فشار و درجه حرارت قابل توجهي که سرعت بيشتري نسبت به سرعت صوت دارد، موج را به حرکت در مي آورد. وي افزود: اين روند احتراق به معناي واقعي کلمه يک انفجار است. اين انفجار، فشار و درجه حرارت بالايي را ايجاد مي‌کند که باعث حرکت سريع موشک مي‌شود. به عبارت ساده، آنچه اتفاق مي‌افتد، اين است که وقتي موج شوک برقرار شد، بدون نياز به سيستم‌هاي پشتيباني پيچيده‌اي که موتورهاي موشک‌هاي معمولي براي کنترل چگونگي مخلوط کردن و سوخت پيشرانه‌ها نياز دارند، عمل مي‌کند. اين بدان معني است که RDE از نظر مکانيکي مي‌تواند بسيار ساده‌تر باشد. نکته جالب اين است که انفجارهايي که موج شوک را تشکيل مي‌دهند و حفظ مي‌کنند، بسيار پيچيده و غيرقابل پيش‌بيني هستند. به همين منظور براي درک بهتر آنچه در جريان است، محققان يک RDE آزمايشي ساختند تا نحوه عملکرد آن و نقش پارامترهاي مختلف را در يکسري آزمايشات که توسط يک دوربين پرسرعت با سرعت ۲۴۰ هزار فريم در ثانيه ضبط مي‌کند، بررسي کنند. داده‌هاي اين بررسي به محققان کمک مي‌کند تا يک مدل رياضي را براي تعيين اينکه آيا موتور از نظر پيکربندي پايدار است، ايجاد کنند. با اين حال هنوز راه زيادي تا ساخت يک موتور RDE بهبود يافته و کامل مانده است. "کوخ" مي‌گويد: هدف ما اين است که اطمينان حاصل کنيم که خروجي مدل، مشابه نتايج آزمايشي ما است. من فيزيک غالب و نحوه تعامل آنها را شناسايي کرده‌ام. اکنون مي‌توانم با اين نمونه اوليه، ساخت موتور را به خوبي پيش ببرم. اين مطالعه در مجله Physical Review E منتشر شده است. ما را در کانال «آخرين خبر» دنبال کنيد