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计算机建模如何帮助华盛顿大学工程师，打造更加高效稳定的旋转爆震火箭发动机？
华盛顿大学的工程师们，正在研究一种新型的火箭发动机。长期以来，研究人员们一直在数学模型的开发上面临很大的困难。
不过在计算机建模的帮助下，这种旋转爆震发动机（RDE）有望实现比常规液体燃料火箭更轻、更高效，制造上也更加容易。
据悉，该模型可描述非常难以预测的发动机设计，以及如何让它工作起来更加稳定。
【这台 RDE 实验机可控制包括气缸间隙在内的不同参数。来自：James Koch】
RDE 火箭发动机的基础，类似于二战期间臭名昭著的德国 V1 巡航导弹上的脉冲喷气发动机。
其包含了一个简单的燃烧室，一端带有排气管，正面则装有弹簧板条。运行时，空气可从板条处进入、与燃料混合、然后被引爆，以产生推力脉冲。
不过 RDE 的研发工程团队，希望在设计上更进一步。威斯康星大学航空与航天专业博士生 James Koch 称，旋转爆震发动机在燃烧的利用上采取了不同的控制方法。
其由同心圆柱体制成，推进剂在汽缸之间的间隙中流动，并在点火后迅速释放热量，以形成冲击波。这是一种强烈的气体脉冲，压力和温度都明显超过音速。
换言之，RDE 的燃烧过程，实际上是一种爆炸。但在度过了初始的启动阶段之后，即可利用更加稳定的燃烧脉冲形式。
随着推进剂的不断消耗、以及高压和高温的产生，RDE 可将废气排出燃烧室。发动机的高速运转，可提供强劲的推力。
棘手的是，爆炸冲击波的形成和维持很是不可预测。为更好地了解正在发生的事情，华盛顿团队构建了一套实验性的 RDE 装置。
该装置能够在一系列半秒实验期间执行不同的运行参数，然后通过 24 万 fps 的高速相机来拍摄记录。
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【Ignition, deflagration-to-detonation】
基于这些数据，团队打造了一套数学模型，以确定发动机是否按照既定配置在稳定运行。即便如此，想要确定 RDE 的整体性能，仍有很长一段路要走。
Koch 表示，当前目标仅是重现已观察到的脉冲行为，以确保输出模型与实验结果相似（已经确定主要的物理学及其相互作用）。后续任务是将研究成果定量化，以研究如何打造更好的火箭发动机。
有关这项研究的详情，已经发表在近日出版的《物理评论 E 刊》（Physical Review E）上。原标题为：
《Mode-locked rotating detonation waves: Experiments and a model equation》
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