دانش بالا از ابر صوت احتراق احتراق در Ramjet Engines

موتورهای رامjet یکی از زیباترین و خواستار مفاهیم محرک در مهندسی هوافضا را نشان می دهند، بر خلاف توربوجت های معمولی، یک ramjet هیچ تیغه کمپرسور متحرک ندارد: به جای آن، به طور کامل بر حرکت رو به جلو وسیله نقلیه برای فشرده سازی هوا و جلوگیری از آن، این طراحی آن را به طور استثنایی در سرعت فوق صوت کارآمد می کند، اما همچنین یک تنگنا حیاتی ایجاد می کند: حفظ کامل هنگامی که موتور احتراق و سرعت احتراق قوی است، بدون اینکه سرعت شعله های شعله های عصبی را کاهش دهد، و یا سرعت شعله های عصبی را کنترل می تواند آسیب برساند.

فیزیک منحصر به فرد احتراق سوپر صوتی در یک رامjet

برای درک چالش ها، ابتدا باید درک کنید که چگونه یک نوار شانه ای کار می کند.هوا وارد داخل ورودی در سرعت مافوق صوت می شود، از طریق یک سری امواج برش مایع و شوک طبیعی، و سپس وارد آسانسور در جریان صوتی یا کم ابر صوتی بسته به طراحی موتور (jet در مقابل جت معمولی)، با این حال احتراق جریان سوخت بالا (هواپیما) است.

زمان اقامت هوا در یک شانه مافوق صوت می تواند به اندازه چند میلی ثانیه کوتاه باشد.در طول آن پنجره، سوخت باید تزریق، اتم، بخار، مخلوط با جریان هوا، و شعله ور شود - همه در حالی که حفظ یک جبهه شعله پایدار در برابر نیروهای مخرب لایه های هلیوم، امواج شوک و هر انحراف می تواند منجر به شعله ور شدن یا آسیب های خشونت آمیز شود.

چالش های عمده ثبات در سوپر صوت های ابر

۱- فشار و نوسانات دمایی

امواج شوک یک ویژگی اجتناب ناپذیر از جریان مافوق صوت است.در یک شانه پیچ و تاب، شوک ها می توانند دیوارها را منعکس کنند، با منطقه شعله ارتباط برقرار کنند و باعث تغییرات ناگهانی در فشار استاتیک و دما شوند، این شوک ها باعث ایجاد شیب های شیب دار می شوند که می تواند شعله را با تغییر نسبت های شوک محلی یا با ایجاد مناطق محلی از انقراض نوسان، بی ثبات کننده و آسیب پذیری های اولیه را تشدید کند.

۲) مخلوط کردن و زنگ زدن شعله

در یک شانه مافوق صوت، تزریق سوخت باید مخلوط سریع با هوا تولید کند، با این حال، حرکت بالا از جریان هوا باعث می شود که جت های سوخت برای نفوذ و مخلوط کردن کامل مشکل باشند. مخلوط کردن ضعیف باعث ایجاد جیب های غنی از سوخت و مناطق ضعیف می شود، که باعث ایجاد آلودگی ناقص و غیر دانشگاهی می شود.این غیر مادی می تواند سرعت های شعله ور شدن شعله و ضربه محلی را تغییر دهد، علاوه بر این، باعث ایجاد شعله های احتراق بیش از حد می شود - جلوگیری از حد شعله ور شدن شعله های آتش سوزی یا شعله ور شدن شعله ور شدن آن است که باعث شعله های آتش سوزی می شود.

۳- محدودیت های حرارتی و مواد

دمای داخل یک شانه سوپر صوت می تواند بیش از 2500 ° C ( 4500 ° F)، به ویژه هنگامی که استفاده از سوخت های هیدروکربنی یا هیدروژن است، این دما فراتر از نقاط ذوب سوپرکارهای معمولی نیکل مبتنی بر نیکل است، دیوارهای موتور باید به طور فعال با استفاده از سوخت به عنوان یک شوک خنک کننده یا از طریق کانال های خنک کننده مجدد خنک کننده سرد شوند، اما خنک کننده می تواند بر توسعه حرارتی متمرکز شود و روند، و انعطاف پذیری، و روند، و روند، نیاز به انتقال جریان احتراق حرارتی و انتقال جریان گرما و انتقال جریان، و روند.

۴- انعقاد و انعقاد شعله در سرعت های بالا

اضافه کردن یک جریان مافوق صوت به سادگی افزودن یک پلاگین جرقه نیست، با سرعت بالا، سرعت شعله مخلوط سوخت هوا باید بیشتر از سرعت جریان ورودی برای انتشار بالادستی باشد.برای سوخت های مبتنی بر نفتن، سرعت شعله های آشفته اغلب بسیار پایین تر از سرعت جریان ابر صوتی است، به این معنی که احتراق باید با استفاده از آتش خلبان، مشعل یا گرما بالا، حتی نیاز به متعادل کردن شعله های مداوم داشته باشد.

۵- مکانیسم های بازدارنده و محدودیت های آنها

دستگاه های معمول پوشش شامل حفره ها، مراحل و طارع ها.هلاکت ها یک منطقه ی تنظیم کننده ی زیر صوتی را در داخل جریان هوای مافوق صوت ایجاد می کنند که به محصولات داغ اجازه می دهد تا سوخت های حرارتی را بازسازی و شعله ور کنند، با این حال، حفره ها می توانند نوسانات کم فرکانسی ایجاد کنند اگر به درستی تزریق های خزنده را اندازه گیری نکنند، که به جریان جریان تبدیل می شوند و یک مشکل حرارتی را تقویت می کنند، اما بارگیری یک لایه های حرارتی قابل اعتماد به جوش دادن یک لایه های حرارتی هستند و بارگیری یک لایه های حرارتی هستند.

استراتژی ها و نوآوری ها برای بهبود ثبات

تکنیک های پیشرفته تزریق سوخت

طرح های مدرن ramjet پورت های تزریق زاویه دار، تزریقات و مفاهیم تزریق آئرودینامیک را که از امواج شوک برای افزایش مخلوط استفاده می کنند، به عنوان مثال، تزریق سوخت فقط پایین موج شوک می تواند از افزایش فشار شوک برای نفوذ عمیق تر به داخل جریان هوا استفاده کند. Pulsed تزریق یا تزریق صحنه (استفاده از بالادستی و پایین تزریق) می تواند توزیع سوخت را با سرعت جریان فشار و زمان بندی دقیق از انتقال سیگنال های پردازش سیگنال های پردازش شده در حال حاضر.

طراحی سایت Flameholder Design Optimization

دینامیک مایع محاسباتی (CFD) محققان را قادر به کشف هزاران هندسه حفره و عمق استراحت برای پیدا کردن تنظیمات است که به حداکثر رساندن عقب نشینی در حالی که به حداقل رساندن کشیدن و نوسانات. ترکیب حفره با کانال های خنک کننده زمین و استفاده از تزریق سوخت ترانسی می تواند آسیب پذیری های ماخ را سرکوب کند. برخی از آنها از یک مفهوم "تراب" استفاده می کنند که حفره ای را تثبیت می کند که یک موتور های احتراق مداوم را به عنوان یک منبع احتراق ثابت می کند و به ویژه در این روش های احتراق ثابت می کند.

کنترل فعال تداخلات موج شوک - Flame

یک استراتژی نوظهور شامل کنترل بازخورد فعال است. سنسورهای فشار قرار داده شده در امتداد دیواره شانه، شروع نوسانات یا حرکت شوک را تشخیص می دهند.در پاسخ، نرخ تزریق سوخت یا مکان های تزریق برای تنظیم توزیع انتشار گرما تنظیم می شوند، این کنترل حلقه بسته می تواند آسیب پذیری ها را قبل از اینکه آنها به دامنه های خطرناک تبدیل شوند، کاهش دهد.

علوم مواد و مدیریت حرارتی

سرامیک های با درجه حرارت بالا، کامپوزیت های ماتریس سرامیک (CMCs)، و کامپوزیت های کربن کربن در حال حاضر برای مقاومت در برابر بارهای حرارتی شدید استفاده می شود، به عنوان مثال، مواد کربن ضد کربن پوشش کربن پوشش کربن پوشش های پیشرفته سوخت، علاوه بر این، خنک کننده مجدد با استفاده از سوخت (دیگر خنک کننده) حیاتی است.

مدل سازی و شبیه سازی پیشرفت

قدرت محاسباتی بهبود یافته به محققان اجازه می دهد تا شبیه سازی های بزرگ-فیدلانه (LES) جریان های واکنش مافوق صوت را اجرا کنند.این شبیه سازی ها تعاملات پیچیده بین آشفتگی، امواج شوک و واکنش های شیمیایی را ضبط می کنند.آنها می توانند حاشیه های ضربه زدن را پیش بینی کنند، فرکانس های رزونین را شناسایی کنند و قرار دادن تزریق کننده های سوخت را با اعتبار تجربی در تونل های باد صوتی هدایت کنند، این ابزار های طراحی قوی هستند.

آینده چشم انداز: جاده برای اطمینان از Hypersonic Propulsion

تلاش برای احتراق مافوق صوت پایدار نه تنها یک ورزش آکادمیک است. [۱] توسعه موشک های مافوق صوت، وسایل نقلیه پرتاب قابل استفاده مجدد و بالقوه هواپیماهای تجاری با سرعت بالا را نشان می دهد ] ایالات متحده نیاز به عملیات احتراق بیشتر مانند جت ۱ دارد و DARPA [F:33 برنامه های مداوم برای نشان دادن عملیات احتراق هوا دارند.

یکی دیگر از موتورهای نویدبخش دوگانه (DMR) است که می تواند به عنوان یک تراموا در تعداد کم ماخ و انتقال به حالت پدمjet در سرعت بالاتر عمل کند، این موتورها باید ثبات احتراق را در طیف گسترده ای از شرایط داخله حفظ کنند، که نیاز به هندسه یا استراتژی های کنترل پیشرفته دارد، احتمالاً شامل یادگیری ماشین، می تواند زمان حالت را برای جلوگیری از بی ثباتی واقعی تنظیم کند.

تحقیقات در مورد سوخت های جایگزین، مانند هیدروکربن های با چگالی بالا با گرایش های واکنش سریع تر، همچنین ممکن است چالش های مخلوط و احتراق را کاهش دهد، علاوه بر این، ادغام احتراق کمک به پلاسما - جایی که تخلیه الکتریکی رادیکال های واکنشی تولید می کند - می تواند پاکت عملیاتی پایدار را گسترش دهد.

مسیر رو به جلو طراحی شبیه سازی محور، آزمایش زمینی در تونل های مافوق صوت و آزمایش های پرواز افزایشی را ترکیب می کند.هر افزایش در استحکام ثبات احتراق باعث می شود که بشر به نیروی محرکه هوای مافوق صوت نزدیک تر شود.برای مهندسان و دانشمندانی که در این زمینه کار می کنند، هر میلی ثانیه شعله پایدار در یک شانه ابر صوتی، پیروزی بر محدودیت های طبیعت است.