I partner della Virginia Tech University condurranno esperimenti e svilupperanno modelli computazionali che descrivono in dettaglio come una varietà di combustibili solidi brucerà in varie condizioni di flusso.
Lo studente del master Ethan Schlussel prepara una camera 2D otticamente accessibile su un rig ramjet a combustibile solido per i test sperimentali presso l’Advanced Propulsion and Power Laboratory. Questo particolare esperimento sta cercando di migliorare le capacità di mantenimento della fiamma di una serie di fonti di combustibile solido. Foto di Jama Green per Virginia Tech.
Il fascino che circonda il volo spaziale e i razzi è ai massimi storici. I siti vicino alle piattaforme di lancio attirano folle di spettatori, ansiosi di assistere al lampo di fuoco e di sentire le vibrazioni mentre il rombo del motore diventa un ruggito.
Le persone, strizzando gli occhi e allungando il collo per guardare il razzo sfrecciare fuori dalla vista, probabilmente non stanno pensando alla scienza dietro la propulsione che rende tutto possibile.
(Sopra) Un’immagine di un test di combustione del carburante, che brucia un materiale chiamato polimetilmetacrilato sull’impianto scramjet a combustibile solido presso l’Advanced Propulsion and Power Laboratory. (Sotto) Young e i suoi studenti testano il polibutadiene a terminazione ossidrile da fonte di combustibile solido sull’impianto ramjet a combustibile solido. Credito immagini: Gregory Young, Virginia Tech
Quali sono gli elementi chiave che influenzano il processo di combustione del carburante? Ci sono vantaggi nell’utilizzare propellenti solidi rispetto a quelli liquidi? La semplicità, il costo inferiore e la facilità di stoccaggio e movimentazione rendono le fonti di combustibile solido ideali per applicazioni militari e spaziali.
Il Dipartimento della Difesa (DOD) ha assegnato 7,5 milioni di dollari a una partnership multiuniversitaria come parte del programma di iniziative di ricerca universitaria multidisciplinare dell’agenzia per far progredire la conoscenza fondamentale di come bruciano i combustibili solidi polimerici.
Il progetto, guidato da Virginia Tech nei prossimi tre anni, riunirà i principali ricercatori e ingegneri di Penn State, Georgia Tech, Iowa State University, Stanford University, University of California Riverside e North Carolina State University per condurre esperimenti e sviluppare sistemi computazionali modelli che descrivono in dettaglio come una varietà di combustibili solidi brucerà in varie condizioni di flusso.
La ricerca sulla combustione di combustibili solidi polimerici ha una lunga storia, ma studi di alto livello hanno rivelato lacune fondamentali nella chimica e nella fisica necessarie per prevedere i risultati per nuovi solidi polimerici e combustori.
Questa ricerca è sponsorizzata dall’Office of Naval Research, poiché i dati raccolti sono rilevanti per la Marina degli Stati Uniti e possono essere applicati allo sviluppo di veicoli ad alta velocità e ipersonici.
dottorato di ricerca il candidato Dominic Gallegos, (a sinistra) e lo studente del master Ethan Schlussel esaminano filmati e dati acquisiti in un esperimento sull’impianto ramjet a combustibile solido. Foto di Jama Green per Virginia Tech.
“Il nostro obiettivo è sviluppare una comprensione unificata della combustione di combustibili solidi per diversi combustibili in una serie diversificata di condizioni di flusso”, ha affermato Virginia Tech. Gregorio Giovane, il ricercatore principale che guida lo sforzo di ricerca multi-istituzionale.
“Attraverso misurazioni e calcoli dettagliati, avremo una migliore comprensione dei processi fondamentali. Questa conoscenza consentirà il futuro sviluppo di combustibili solidi rivoluzionari che possono funzionare in condizioni estreme come velocità e altitudini elevate”.
Young, professore associato nel Kevin T. Crofton Dipartimento di ingegneria aerospaziale e oceanica, è uno dei maggiori esperti di materiali energetici, combustione e propulsione. La sua ricerca nell’ultimo decennio si è concentrata sullo sviluppo, la caratterizzazione e l’ottimizzazione di materiali energetici e propellenti, in particolare per applicazioni in pirotecnica, propulsione a razzo e sistemi di respirazione ad alta velocità come ramjet e scramjet.
La combustione del combustibile solido è fondamentale per i sistemi di propulsione ipersonica e spaziale. I tipi di propellente e i campi di flusso influenzano il processo di combustione, in particolare il trasferimento di calore, la pirolisi, la chimica della fase condensata, la miscelazione e la chimica della fase gassosa.
Utilizzando un approccio multidisciplinare coordinato che coinvolge nuove tecniche sperimentali, teoriche e numeriche, il team di ricerca mira a svelare il comportamento di combustione complesso e altamente accoppiato dei combustibili solidi in un’ampia gamma di condizioni. I ricercatori integreranno quindi le conoscenze ottenute in un modello unificato e affidabile per la combustione di combustibili solidi.
La sperimentazione su larga scala sarà condotta presso le strutture di ricerca della Virginia Tech e della Penn State. Al Virginia Tech, Young e i suoi studenti laureati indagheranno sugli aspetti della combustione di combustibili solidi nei flussi sia subsonici che supersonici al Laboratorio avanzato di propulsione e potenza.
La struttura di ricerca interdisciplinare è dotata di diversi impianti sperimentali all’avanguardia e sistemi di strumentazione diagnostica.
I dati derivati da questo studio consentiranno a scienziati e ingegneri di comprendere meglio le caratteristiche e il comportamento dei processi fisico-chimici nella combustione di combustibili solidi.
Con la conoscenza completa di come combustibili specifici bruciano ad altitudini più elevate e velocità accelerate, i ricercatori saranno in grado di utilizzare il modello per fare previsioni per fonti rivoluzionarie di combustibili solidi man mano che vengono sviluppate.
“Questi sono problemi complessi e saremo uno dei primi gruppi ad affrontare questo problema con questo livello di dettaglio”, ha affermato Young.
Una comunità di esperti in materia
Per espandere l’impatto educativo per gli studenti di tutte le istituzioni, il team formerà attivamente gli studenti tra i vari laboratori.
Ad esempio, gli studenti della Virginia Tech avranno l’opportunità di recarsi presso le università partner per un’esperienza pratica con approcci diagnostici avanzati, mentre gli studenti di altre istituzioni potranno partecipare agli esperimenti su larga scala a Blacksburg.
Allo stesso modo, gli studenti interagiranno e si alleneranno sugli sforzi di modellazione continua e sui miglioramenti della modellazione multiscala.
“Questa formazione incrociata sarà fondamentale per dimostrare il potere della ricerca multidisciplinare”, ha affermato Young. “Speriamo che questa esperienza favorisca un rapporto di collaborazione su cui gli studenti possano costruire mentre entrano insieme nel mondo del lavoro”.
La ricerca coinvolgerà anche collaboratori di laboratori governativi, come il US Naval Research Laboratory; US Naval Surface Warfare Center, Indian Head Division; US Naval Air Warfare Center, China Lake; e l’Air Force Research Laboratory.
Con l’obiettivo di formare la prossima generazione di scienziati e ingegneri per guidare le comunità di aerodinamica, combustione ed energetica, il progetto introdurrà gli studenti alle opportunità di tirocinio presso i laboratori e le strutture DOD.
Il modello sviluppato e le conoscenze acquisite consentiranno al DOD di sviluppare combustibili solidi rivoluzionari per operare in condizioni estreme di altitudine e tempi di permanenza del combustore.
Gli strumenti diagnostici e di modellazione sviluppati miglioreranno gli studi futuri sulla combustione fondamentale e applicata ei modelli cinetici risultanti per i combustibili solidi rappresentano il quadro iniziale per la chimica dei leganti necessaria per sviluppare modelli compositi di propellente solido.
Fonte: VirginiaTech
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
