爆震是一種什么現象,爆震是怎么引起的?

想一想,如果有一種飛行器,能讓你從北京到三亞(大約3000公里)只需要花上半個小時,甚至還能直接上太空,這聽起來是不是有點像科幻電影?

爆震是一種什么現象,爆震是怎么引起的?


目前來說的確是這樣的,不過,在不遠的將來,或許這就要變成現實了 ??茖W家指出:利用一種名叫爆震的原理,就可以實現這種超音速飛行 。所謂的爆震,指的是利用激波與燃燒波相耦合,并以超音速傳播的一種燃燒形式,這種燃燒形式有很多優勢,比如燃燒效率高、能量釋放速率快等 。爆震可以產生非常強大的推力,以至于讓飛行器可以達到5倍音速,也就是接近6000公里的時速,遠遠超過了現在的飛機 。但問題在于,爆震對于目前的科學家們來說,仍然是很難控制的,它能夠持續的時間甚至都很難超過1微秒 。因此,雖然早就意識到這是一種極佳的引擎模式,但科學家們始終苦于無法將它變成現實 。
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上一次爆震出現在公眾面前,就是去年8月份黎巴嫩貝魯特港的慘烈爆炸,相信很多人都還記得那條新聞,數千人傷亡的慘狀,令人觸目驚心 。來自于中佛羅里達大學的機械和航空航天工程副教授Kareem Ahmed指出,貝魯特港的這次爆炸,其實就是一次爆震 。顯然,它再一次以擺脫人類控制的引爆,證明了它的威力 。Ahmed說道:“我們現在所做的,就是要掌控爆震,將它固定在空中,從而利用這種能量 。我不希望讓它像你看到的那樣在黎巴嫩摧毀建筑物,而是要利用它,憑借這股力量產生推力 。如果我們取得成功,那就可以實現超高速旅行了 。”他希望開發的,就是所謂的爆震發動機 。
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顧名思義,爆震發動機就是爆震的原理,實現飛行設備的超音速飛行的 。根據爆震組織形式的不同,爆震發動機又可以分為三類,分別是脈沖爆震發動機、連續爆震發動機以及斜爆震發動機 。而Ahmed團隊希望實現的,就是其中的斜爆震發動機 。在斜爆震發動機中,由空氣和燃料組成的混合氣體在來流中已經充分預混,這對于燃燒效率是一種有效的保證,以至于接近100%的燃料都可以燃燒 。此時在燃燒室入口處利用斜激波誘導燃燒或者爆震,就可以產生出驚人的推力 。
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(圖片說明:斜爆震發動機概念圖)正如我們前面所說的,在一瞬間實現爆震是可以實現的,問題在于如何讓它維持足夠長的時間,畢竟飛機不可能只飛一瞬間 。Ahmed介紹,斜爆震發動機的難點,就在于爆震和燃料源的位置 。如果爆震向燃料源上方移動,就可能會對發動機造成嚴重的損害 。如果向下方移動,也會導致反應瞬間結束 。更尷尬的是,此前科學家們實現的爆震所持續的時間都很短,最多也只有幾毫秒 。且不說這樣的時長能不能實際應用,它甚至根本不足以確定爆震是否穩定 。在1毫秒的爆震過程中,你沒看到偏差,不一定代表著偏差不存在,可能只是還不足以被觀察到 。如果持續幾秒鐘,或許就會出現巨大的偏差了 。
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為了實現穩定的爆震,Ahmed和他的團隊建造了一個長度大約為2.5英尺(約合0.76米)的一系列腔體 。在這里,空氣和氫氣會首先混合并被加熱,然后加速到超音速狀態,這是斜爆震發動機的基本要求 。然后,研究人員反復測試了空氣-燃料的混合比例、氣體來流速度以及斜坡的角度,找到了相對適合的組合模式,最終實現了在一個固定位置上持續了3秒的爆震 。

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