현재 우주 탐사 시대에 게임 이름은“비용 효율적”입니다. 우주 항공사 및 민간 항공 우주 회사 (일명 NewSpace)는 개별 발사와 관련된 비용을 줄임으로써 우주에 대한 접근성이 더 커지고 있습니다. 발사 비용과 관련하여 가장 큰 비용은 추진 비용입니다. 간단히 말해서, 지구의 중력을 해소하려면 많은 로켓 연료가 필요합니다!
이를 해결하기 위해 최근 워싱턴 대학의 연구원들은 새로운 발사 메커니즘의 작동을 설명하는 수학적 모델 인 회전식 폭발 엔진 (RDE)을 개발했습니다. 이 경량 설계는 연료 효율이 높고 구성이 덜 복잡합니다. 그러나 현재 서비스를 제공하기에는 너무 예측할 수 없다는 다소의 균형이 있습니다.
그들의 연구를 설명하는 연구 ( "모드-락 회전 뇌파 : 실험 및 모델 방정식")가 최근 저널에 실렸다. 물리적 검토 E. 이 연구팀은 항공 및 우주 비행 분야의 UW 박사 학생 인 제임스 코흐 (James Koch)가 이끌었고 미쓰루 쿠로 사카 (Mitsuru Kurosaka)와 UW 항공 및 우주 비행 교수 인 칼 놀렌 (Carl Knowlen); 응용 수학의 UW 교수 인 J. Nathan Kutz.
종래의 로켓 엔진에서, 추진제는 점화 챔버에서 연소 된 후 노즐을 통해 등으로부터 흘러 나와 추력을 발생시킨다. RDE에서 Koch가 UW 뉴스 릴리스에서 설명했듯이 상황이 다르게 작동합니다.
“회전하는 폭발 엔진은 추진제를 연소시키는 방법에 대해 다른 접근법을 취합니다. 동심원 통으로 만들어졌습니다. 추진제는 실린더 사이의 갭에 흐르고, 점화 후 급속 열 방출은 충격파, 즉 압력과 온도가 현저히 높은 가스의 강한 펄스로 인해 소리 속도보다 빠르게 움직입니다.
이는 RDE를 기존 엔진과 차별화시켜 연소 반응을 가속하고 제어 할 수 있도록 연소 반응을 지시하고 제어하는 많은 기계를 필요로합니다. 그러나 RDE에서 점화에 의해 생성 된 충격파는 추가 엔진 부품없이 자연스럽게 추력을 생성합니다.
그러나 코흐 (Koch)가 지적한 바와 같이, 회전식 폭발 엔진 분야는 아직 초기 단계에 있으며 엔지니어들은 여전히 그들이 할 수있는 것이 확실하지 않습니다. 따라서 그와 그의 동료들이 사용 가능한 데이터를 다시 변환하고 패턴 형성을 살펴 보는 개념을 테스트하기로 결정한 이유는 무엇입니까? 먼저, 그들은 실린더 사이의 틈새의 크기와 같은 다른 매개 변수를 제어 할 수있는 실험적인 RDE (아래 그림 참조)를 개발했습니다.
그런 다음 고속 카메라로 연소 프로세스 (매번 완료하는 데 0.5 초만 소요)를 기록했습니다. 카메라는 초당 240,000 프레임의 속도로 모든 점화를 기록하여 팀이 반응을 슬로우 모션으로 전개하는 것을 볼 수 있습니다. Koch가 설명했듯이 그와 그의 동료들은 엔진이 실제로 잘 작동한다는 것을 알았습니다.
“이 연소 과정은 말 그대로 폭발 (폭발)이지만이 초기 시동 단계 뒤에는 사용 가능한 추진제를 계속 소비하는 여러 가지 안정적인 연소 펄스 형태가 보입니다. 이로 인해 고압과 온도가 발생하여 엔진의 후면을 고속으로 배기시켜 추력을 발생시킬 수 있습니다.
다음으로 연구원들은 실험에서 관찰 한 것을 모방하기 위해 수학적 모델을 개발했습니다. 최초의이 모델을 통해 팀은 RDE가 안정적인지 여부를 처음으로 결정할 수있었습니다. 이 모델은 아직 다른 엔지니어가 사용할 준비가되지 않았지만 다른 연구팀이 특정 RDE의 성능을 평가할 수 있습니다.
언급 한 바와 같이, 엔진 설계에는 예측할 수없는 특성 인 단점이있다. 한편으로, 연소-구동 충격의 과정은 자연적으로 연소실에 의한 충격의 압축으로 이어지고, 추력을 초래한다. 다른 한편으로, 일단 시작되면 폭발은 폭력적이고 통제되지 않습니다. 로켓과 관련하여 완전히 받아 들일 수없는 것입니다.
그러나 Koch가 설명했듯이이 연구는이 엔진 설계를 테스트하고 그 동작을 정량적으로 측정한다는 점에서 성공했습니다. 이것은 좋은 첫 단계이며 RDE의 실제 개발 및 실현을 향한 길을 닦는 데 도움이 될 수 있습니다.
"여기서 나의 목표는 우리가 본 펄스의 동작을 재현하는 것입니다. 모델 출력이 실험 결과와 유사하다는 것을 확인했습니다."라고 Koch는 말했습니다. “주요 물리학과 이들이 상호 작용하는 방식을 확인했습니다. 이제 내가 한 일을 가져 와서 정량적으로 만들 수 있습니다. 거기서 더 나은 엔진을 만드는 방법에 대해 이야기 할 수 있습니다.”
Koch와 그의 동료 연구는 미 공군 과학 연구실과 해군 연구실에서 제공 한 자금 덕분에 가능해졌습니다. 너무 빨리 말할 수는 없지만,이 연구가 의미하는 바는 광범위 할 수 있으며, 로켓 엔진은 생산하기 쉽고 비용 효과적입니다. 필요한 것은 엔진 설계 자체가 안전하고 신뢰할 수 있도록하는 것입니다.
