超音速爆轟試驗讓人類距離超高速航空和太空旅行又近了一步
你可能想像不到，永不停歇的「爆炸」可能是高超音速飛行和太空飛機的關鍵，這可以使航天器無縫地從地球直接進入太空軌道。現在，研究人員在實驗室里重新創造了這種「爆炸」現象，使之成為可能。
爆轟是一種特彆強大的爆炸，向外傳播的速度比聲速還要快。去年8月發生在黎巴嫩貝魯特港的大規模爆炸就是一場爆轟，它造成的廣泛破壞表明其產生的巨大的能量。
科學家們長期以來一直夢想製造能夠利用這種能量的飛機發動機。從理論上講，這種飛行器可以在一小時內從紐約飛到倫敦。但爆轟非常難以控制，通常持續時間不到1微秒，所以還沒有人能夠使其成為現實。
現在，來自中佛羅里達大學（University of Central Florida）的一個團隊創建了一個實驗裝置，可以讓他們在固定位置維持爆轟數秒，研究人員稱這是未來高超音速推進系統的重要一步。
主持研究的科學家解釋道：「我們正在試圖做的是控制爆轟。我們想把它凍結在太空中，並利用這種能量。而不是像在貝魯特港看到的那樣摧毀建築，現在我想用它來製造推力。如果我們能做到這一點，人類就能以超級快的速度旅行。」
實際上，這一突破是在對一種稱為「斜爆轟波發動機（ODWE）」的理論推進系統進行了幾十年的研究基礎上取得的。
這一概念的工作原理是：將空氣和燃料的混合物以高超音速（超過音速的五倍）輸送到斜坡上，從而產生衝擊波。這種衝擊波迅速加熱燃油-空氣混合物並使其引爆，以高速將廢氣從發動機後部噴出。其結果就是：大量的推力。
當空氣和燃料的混合物以這種方式爆炸時，產生的燃燒效率更高，因為幾乎100%的燃料被燃燒了。爆炸也會產生很大的壓力，這意味著引擎可以產生比其他方法更多的推力。
研究人員說，理論上，這種爆轟應該能夠推動飛機達到聲速的17倍，這足以讓航天器飛出大氣層，而不需要藉助火箭。
目前的挑戰是，如何讓爆轟持續足夠長的時間來為這樣的飛行提供動力，而之前的實驗演示最多也只有幾毫秒。科學家說，主要的困難在於阻止爆炸向上傳播到燃料源，在那裡它可能會造成嚴重的損害，或者在更下游，它會在那裡熄滅。
科學家們建造了一個大約2.5英尺長（0.76米）的一系列腔室，將空氣和氫氣混合併加熱，然後將其加速到高超音速，並在斜坡上點火。
通過仔細地平衡空氣-燃料混合物的比例、氣流的速度和斜坡的角度，他們能夠產生一種在大約3秒內保持不動的爆轟。
這段時間足以確認爆轟是穩定在一個固定位置，沒有向上或向下移動，科學家說，這是實現現實生活中的「斜爆轟波發動機（ODWE）」的第一步，重要的一步。
一些並沒有參與此項研究的科學家認為，能夠證明穩定爆轟就是一項重大成就。為了開發一種實用的發動機，研究人員現在必須解決如何在一定的速度和高度範圍內運行，以及如何處理由燃料和空氣不均勻混合引起的燃燒不穩定性。這是一項很出色的工作，很期待進一步的結果。
主持研究的科學家表示，研究人員只進行了幾秒鐘的實驗，主要是因為爆炸的強度迅速侵蝕了試驗室內的玻璃斜坡。研究人員在最初的測試中使用玻璃，是因為他們需要對爆轟進行光學測量，但如果他們用金屬斜坡取代玻璃斜坡，應該就可以讓爆轟持續更長的時間。
令人充滿希望的是，這次測試設備的結構與全尺寸ODWE的設計沒有太大不同。研究人員現在面臨的主要挑戰是，如何在保持爆轟穩定性的同時改變燃料組合、空速和坡角這三個關鍵成分。
不管怎樣，現在，科學家已經證明了這是可行的，探索如何在更大的操作領域維持它，更多的是一個工程問題。
如果朋友們喜歡，敬請關注「知新了了」！
