首次用X射線進(jìn)行燃燒實(shí)驗(yàn)

科學(xué)家首次在使用X射線的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)?？茖W(xué)家說(shuō)，這些數(shù)據(jù)將有助于推進(jìn)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)，從而提高功率密度和效率。美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室的無(wú)人駕駛飛機(jī)系統(tǒng)推進(jìn)中心首次在使用X射線的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)?？茖W(xué)家說(shuō)，這些數(shù)據(jù)將有助于推進(jìn)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)，從而提高功率密度和效率。這是世界上最強(qiáng)大的X射線源，”伊利諾伊大學(xué)厄巴納 - 香檳分校機(jī)械科學(xué)與工程系副教授Tonghun Lee博士說(shuō)，他最近與ARL合作。

Lee和他的研究生以及來(lái)自ARL UAS推進(jìn)中心的合作伙伴在伊利諾伊州Argonne國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的美國(guó)能源部高級(jí)光子源開(kāi)設(shè)了店鋪，從而進(jìn)行了一項(xiàng)獨(dú)特的實(shí)驗(yàn)，并持續(xù)到4月11日。

“我們將在燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)進(jìn)行與陸軍相關(guān)的噴霧成像，”李說(shuō)。

李說(shuō)他們的實(shí)驗(yàn)?zāi)７铝说湫偷年戃娭鄙龣C(jī)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)發(fā)生的情況。

在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部，燃燒器被供給高壓空氣，該高壓空氣通過(guò)恒定壓力加熱。在加熱之后，空氣從燃燒器通過(guò)噴嘴導(dǎo)向葉片到達(dá)渦輪機(jī)，產(chǎn)生推力。燃燒室在確定發(fā)動(dòng)機(jī)的許多運(yùn)行特性(如功率密度，燃油效率和排放水平)方面起著至關(guān)重要的作用。

“我們正在進(jìn)行燃燒，這是有史以來(lái)第一次在APS進(jìn)行，我們正在使用X射線源對(duì)噴射器尖端的噴霧破碎進(jìn)行成像，”他說(shuō)。“通常，液體破裂的區(qū)域非常密集，很難在那里對(duì)任何東西進(jìn)行成像。”

通過(guò)使用世界上最強(qiáng)大的X射線源，該團(tuán)隊(duì)能夠穿透并了解韌帶或燃燒的燃料束如何分解成小液滴。

“我們正在努力了解燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室內(nèi)究竟發(fā)生了什么，以了解它如何響應(yīng)不同的運(yùn)行條件，”Lee說(shuō)。

在該實(shí)驗(yàn)期間收集的數(shù)據(jù)將成為數(shù)值模擬的初始條件，這將進(jìn)一步了解燃?xì)廨啓C(jī)燃燒器。

“我們?cè)噲D了解物理學(xué)，到目前為止我們一直在猜測(cè)，我們可以真實(shí)地使用這種X射線源進(jìn)行可視化，”他說(shuō)。“我們想要了解我們現(xiàn)在正在做什么，了解燃料的影響。當(dāng)士兵在不同的位置，他們有不同類(lèi)型的燃料時(shí)，它會(huì)如何影響他們的燃燒器?”

該教授表示，從長(zhǎng)期來(lái)看，他希望實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)能夠讓研究人員為未來(lái)設(shè)計(jì)出更優(yōu)化的燃燒室系統(tǒng)。

“在過(guò)去十年左右的時(shí)間里，Advance Photon Source已經(jīng)花費(fèi)了大量的精力去研究噴霧液滴的分解。而且從未在現(xiàn)場(chǎng)燃燒環(huán)境中完成，”Lee說(shuō)。“因此，我們制造硬件以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，這實(shí)際上是第一次在燃燒器中燃燒燃燒的情況下完成。”

Lee雖然還是UIUC的一名教員，但他最近還接受了另一個(gè)位于伊利諾伊州ARL Central實(shí)驗(yàn)室區(qū)域辦事處的研究員職位。陸軍于2017年11月成立了ARL Central，作為其總部位于馬里蘭州的總部的延伸，目標(biāo)是利用區(qū)域科技人才。

“很高興看到一支ARL，UIUC和Argonne研究團(tuán)隊(duì)與先進(jìn)光子源的獨(dú)特能力合作，獲得對(duì)燃料噴射和燃燒過(guò)程的前所未有的洞察力，”ARL中央?yún)^(qū)域負(fù)責(zé)人Mark Tschopp博士說(shuō)。“看到這個(gè)新穎的實(shí)驗(yàn)是非常令人興奮的，因?yàn)樗笳髦鳤RL Central的全部意義 - 合作加速未來(lái)陸軍應(yīng)用的發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新。”

該實(shí)驗(yàn)是該實(shí)驗(yàn)室新的UAS推進(jìn)中心的第一個(gè)成就，它啟動(dòng)了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界之間的大規(guī)模合作。ARL于4月2日為該中心剪彩。

“我很高興在UAS推進(jìn)中心剪彩儀式之后進(jìn)行這一歷史性實(shí)驗(yàn)，”中心創(chuàng)始人Chol-Bum博士“Mike”Kweon說(shuō)道，他也是實(shí)驗(yàn)室的推進(jìn)部門(mén)負(fù)責(zé)人。“我很興奮地實(shí)時(shí)觀察燃?xì)廨啓C(jī)燃燒中噴霧破碎過(guò)程的質(zhì)量，這在這種質(zhì)量下非常難以測(cè)量。”

實(shí)驗(yàn)室車(chē)輛技術(shù)理事會(huì)主任Jaret Riddick博士4月4日親自觀看了這次實(shí)驗(yàn)。

“未來(lái)垂直升力是陸軍六大現(xiàn)代化重點(diǎn)之一，”里迪克說(shuō)。“未來(lái)的戰(zhàn)術(shù)無(wú)人機(jī)將在未來(lái)垂直升降機(jī)的無(wú)人駕駛團(tuán)隊(duì)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。”

他說(shuō)，未來(lái)無(wú)人機(jī)小型發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的突破將使更長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間，更大的有效載荷和靜音運(yùn)行成為可能。

“通過(guò)新成立的UAS推進(jìn)中心的研究合作伙伴關(guān)系，例如我們?cè)诎⒇晣?guó)家實(shí)驗(yàn)室目睹的這一合作伙伴關(guān)系，將使這些突破成為支持未來(lái)垂直升力的陸軍現(xiàn)代化優(yōu)先事項(xiàng)，”他說(shuō)。