В новой статье, опубликованной сегодня в журнале Science Magazine, исследователи подробно описали механизмы, которые могут вызвать взрыв, что является ключевым для моделей, которые ученые используют для понимания происхождения Вселенной.
«Мы определили критические критерии, при которых мы можем управлять пламенем для самовыражения собственной турбулентности, самопроизвольного ускорения и перехода в детонацию», – говорит Карим Ахмед, доцент кафедры механической и аэрокосмической техники UCF и соавтор книги учиться.
«Мы используем турбулентность, чтобы усилить смешение реакций до такой степени, что она переходит в эту бурную реакцию и, по сути, приводит к сверхновым, что, проще говоря, взрывает звезды», – говорит Ахмед. "Мы переносим упрощенное пламя туда, где оно реагирует в пять раз быстрее звука."
Исследователь раскрыл критерии создания взрыва типа Большого взрыва, исследуя методы гиперзвуковой реактивной тяги.
«Мы исследуем эти сверхзвуковые реакции на движение, и в результате мы натолкнулись на этот механизм, который выглядел очень интересным», – сказал он. "Когда мы начали копать глубже, мы поняли, что это связано с чем-то столь же глубоким, как происхождение Вселенной."
Ключ заключается в применении правильного количества турбулентности и перемешивания к неограниченному пламени до тех пор, пока оно не станет самовоспроизводящимся, и в этот момент пламя начинает сжигать поглощенную энергию, что приводит к взрыву гиперзвуковой сверхновой со скоростью 5 Маха.
Приложения для открытия могут включать более быстрые воздушные и космические путешествия и улучшенное производство энергии, в том числе реакции, которые производят нулевые выбросы, поскольку все продукты, используемые при сгорании, преобразуются в энергию.
Открытие было сделано с использованием уникальной турбулентной ударной трубы, которая позволяла создавать и анализировать взрывы в замкнутой среде. Сверхскоростные лазеры и камеры использовались для измерения взрывов и помогли указать, какие факторы были необходимы для достижения точки, в которой пламя превращается в гиперзвуковую, бурную реакцию.
Лаборатория двигательных и энергетических установок UCF, где проводились исследования, имеет единственную в стране турбулентную ударную трубу для тестирования гиперзвуковых реакций.
Соавторами исследования выступили Алексей Юрьевич. Полудненко, доцент кафедры машиностроения Университета Коннектикута и ведущий автор исследования; Джессика Чемберс, докторант кафедры механической и аэрокосмической техники UCF; Вадим Н. Гамезо, с Военно-морской исследовательской лабораторией; и Брайан Д. Тейлор, из Исследовательской лаборатории ВВС.
Исследование поддержано Управлением научных исследований ВВС США.
Вычислительные ресурсы предоставлены U.S. Программа модернизации высокопроизводительных вычислений Министерства обороны в рамках проекта Frontier и Лаборатории военно-морских исследований.
Ахмед получил докторскую степень в области машиностроения в Университете Буффало – Государственный университет Нью-Йорка. Он работал в Pratt & Whitney Military Engines и Университете Олд-Доминион до того, как в 2015 году поступил на работу на факультет механической и аэрокосмической инженерии UCF, входящий в Колледж инженерии и информатики.
Он является преподавателем Центра перспективных исследований турбомашин и энергетики, младшим научным сотрудником Американского института аэронавтики и астронавтики, научным сотрудником факультета AFRL и членом кластера преобразования энергии и движения UCF.