UCF startet neues Projekt zur Untersuchung der Wirkung von Regen auf Hyperschallreisen

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Forscher der University of Central Florida sind Teil eines neuen 1-Millionen-Dollar-Projekts, das vom Air Force Office of Scientific Research finanziert wird, um besser zu verstehen und vorherzusagen, wie und warum Regentropfen beeinflusst werden, wenn sie eine Hyperschall-Schockwelle passieren.

Hyperschallgeschwindigkeiten liegen bei Mach 5 und darüber, fünfmal so schnell wie der Schall. Die Vereinigten Staaten arbeiten derzeit an der Entwicklung von Hyperschallsystemen für Verteidigung und Reise.

Das neue Projekt ist von Bedeutung, da die Kollision mit etwas so Leichtem wie einem einzelnen Regentropfen bei Überschallgeschwindigkeit großen Schaden anrichten könnte. Die Arbeit wird den Forschern Aufschluss darüber geben, ob der Regentropfen seine einzelne Tröpfchenform beibehält oder in Dutzende viel kleinerer Tröpfchen zerfällt.

„Wenn Sie einen Regentropfen mit einem Durchmesser von einem Zehntel Zoll haben und ihn mit Mach 8 treffen, kann er eine Last erzeugen, die so schwer ist wie das Gewicht eines Elefanten“, sagt Michael Kinzel, Mitforscher des Projekts und Assistenzprofessor an der UCF Fakultät für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik. „Sie können also keinen Elefanten auf die Tragfläche eines Flugzeugs setzen, und er nimmt ihn, oder? Es ist eine riesige Belastung. Und diese würden alle Teile des Fahrzeugs treffen.

Die Kenntnis der Auswirkungen von Regentropfen unterschiedlicher Größe auf Hyperschallflugzeuge und Raketen hilft bei der Vorhersage, wann man fliegen sollte, da leichte Gewitter die Reise möglicherweise nicht so stark beeinträchtigen wie schwere Stürme.

Die Forscher wollen klären, welche Bedingungen eine sichere Hyperschallfahrt im Regen ermöglichen. Solches Wissen könnte Schäden verhindern und die Genauigkeit von Hyperschallraketen verbessern, die durch Regen und Wolken abgefeuert werden, sagte Kinzel.

„Diese Arbeit wird zur strukturellen Integrität bei der Konstruktion von Hyperschallfahrzeugen beitragen“, sagte Kinzel. „Und es entwickelt einen Rahmen, um zu verstehen, wie man in diesem Kontext entwirft, und um die Grenzen des Hyperschallflugs in Bezug auf bestimmte Wetterbedingungen zu verstehen.“

Kinzel wird sich bemühen, die Auswirkungen von Regentropfen auf Hyperschallreisen mithilfe von Computersimulationen zu modellieren.

Subith Vasu, Professor an der Fakultät für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik der UCF und Mitforscher, wird Experimente mit einem Schockrohr durchführen, um die Auswirkungen von Hyperschall-Stoßwellen auf Tröpfchen zu untersuchen, beispielsweise das Verhalten und die Zeitskala des Bruchs.

Abgebildet sind Mitglieder des Hyperschall-Regentropfen-Experimentalteams.
Das Forschungsteam von Professor Subith Vasu für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik wird Experimente mit einem Schockrohr durchführen, um die Auswirkungen von Hyperschall-Stoßwellen auf Tröpfchen zu untersuchen. Abgebildet sind die Teammitglieder von links nach rechts: Nicolas Berube, Subith Vasu, Artem Arakelyan, Jacklyn Higgs, Daniel Dyson, Sydney Briggs und Farhan Arafin.

Einzigartige Testeinrichtungen in Kombination mit hochmodernen optischen und Laserdiagnosesystemen werden verwendet, um die Wechselwirkung von Tröpfchen und Stoßwellen zu verstehen, sagt Vasu.

„Die Arbeit ist wichtig für die Abschreckung und die nationale Sicherheit der Vereinigten Staaten, und wir sind stolz darauf, an dieser prestigeträchtigen Anstrengung beteiligt zu sein“, sagte Vasu. „Das aus der Hyperschallforschung gewonnene Wissen könnte auch andere Anwendungen haben, einschließlich der Weltraumforschung.“

Die Boston University leitet das Projekt und wird eng mit Kinzel und Vasu zusammenarbeiten, um zu verstehen, wie sich Tröpfchen verhalten, wenn sie mit Überschallgeschwindigkeit auftreffen. UCF wird ungefähr 560.000 $ für das dreijährige Projekt erhalten. UCF wird mit Ingenieuren und Wissenschaftlern des Air Force Research Laboratory und von Lockheed Martin zusammenarbeiten, die beide eng an der Entwicklung einer Vielzahl von Hyperschallfahrzeugen beteiligt sind.

Das Projekt unterstreicht die Expertise von UCF auf dem Gebiet des Hyperschallantriebs.

Kinzel promovierte in Luft- und Raumfahrttechnik an der Pennsylvania State University und kam 2018 zur UCF. Er ist nicht nur Mitglied der UCF-Abteilung für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik, die Teil des College of Engineering and Computer Science der UCF ist, sondern arbeitet auch mit der UCF zusammen. Turbomachinery and Energy Advanced Research Center.

Vasu promovierte in Maschinenbau an der Stanford University und trat dem Department of Mechanical and Aerospace Engineering der UCF im Jahr 2012 bei Raumfahrt und Mitglied der Energy Task Force der Internationalen Energieagentur. Vasu ist Empfänger des DARPA Director’s Fellowship, des DARPA Young Faculty Award, des Young Investigator Fellowship der Defense Threat Reduction Agency, des Doctoral New Investigator der American Chemical Society, des Dilip Ballal Early Career Award der American Society of Mechanical Engineers und der Society of Automotive Ingenieure SAE. Ralph R. Teetor Bildungspreis. Er hat viele der höchsten Auszeichnungen von UCF erhalten, darunter die UCF Luminary und Reach for the Stars Awards.