[ad_1]

پرواز هایپرسونیک معمولاً توانایی پرواز با سرعتی به مراتب سریعتر از سرعت صدا خوانده می شود و مجموعه ای استثنایی از چالش های فنی است. به عنوان نمونه ، هنگامی که یک کپسول فضایی دوباره وارد جو زمین می شود ، به سرعت های مافوق صوت – بیش از پنج برابر سرعت صدا – می رسد و در سطح خارجی آن دمای بالاتر از 4000 درجه فارنهایت ایجاد می کند. طراحی یک سیستم حفاظت حرارتی برای ایمن نگه داشتن فضانوردان و محموله ها نیازمند درک درستی از سطح مولکولی فیزیک پیچیده ای است که در گازی که در اطراف خودرو جریان دارد.

تحقیقات اخیر در دانشگاه Illinois at Urbana-Champaign دانش جدیدی در مورد پدیده های فیزیکی که هنگام لرزش ، چرخش و برخورد اتم ها در این محیط شدید اتفاق می افتد ، اضافه کرده است.

“به دلیل سرعت نسبی جریان اطراف خودرو ، در مقابل کپسول ضربه وارد می شود. وقتی مولکول های گاز از برخورد عبور می کنند ، برخی از خصوصیات آنها تقریباً بلافاصله تغییر می کند. در عوض ، دیگران فرصت کافی برای تنظیم تغییرات ناگهانی را ندارند و به تعادل خود نمی رسند. مقادیر قبل از رسیدن آنها به سطح خودرو. سپس لایه بین ضربه و سپر حرارتی عدم تعادل است. موارد بسیاری وجود دارد که ما هنوز از واکنش هایی که در این نوع جریان رخ می دهد نمی فهمیم. ” وی دانش آموخته تحصیلات تکمیلی با مارکو پانزی در گروه مهندسی هوافضا در UIUC است.

ونتوری توضیح داد که آنها نمی توانند جریان را به همان روش جریان فشرده در آیرودینامیک با سرعت پایین تر توصیف کنند ، که خصوصیات عمومی جریان را در نظر می گیرد. شارهای فراصوت در سطح میکروسکوپی مورد بررسی قرار می گیرد تا نحوه تعامل مولکول ها و اتم ها و در نهایت نحوه مدل سازی این فعل و انفعالات مورد بررسی قرار گیرد.

ونتوری گفت: “این مسئله با تعداد پدیده هایی كه همزمان اتفاق می افتد ، پیچیده تر می شود – عدم تعادل فقط یكی از آنهاست.” “به عنوان مثال ، تشعشع نتیجه پیامدهای الکترونیکی برانگیخته است. در عین حال ، جریان با گازهای حاصل از فرسایش سطح کپسول برهم کنش می کند.”

این مطالعه عدم تعادل را از نظر ارتعاش و چرخش مولکولهای موجود در جریان اطراف وسیله نقلیه یا روبربراسیون بررسی می کند ، کلمه ای که اغلب در مطالعه های مربوط به ابرشخصی ها و فیزیک کوانتوم استفاده می شود.

ونتوری گفت: “مشارکت در شبیه سازی های ما از اولین اصول فیزیک کوانتوم حاصل می شود. ما به اتم ها در مجموعه ای از فواصل نسبی نگاه می کنیم و انرژی برهم کنش حاصل از حل معادله شرودینگر را محاسبه می کنیم.” “این راه حل فقط با یک مجموعه گسسته از نقاط همراه است. یادگیری ماشین به ما کمک می کند تا یک سطح مداوم را جمع کنیم و ایجاد کنیم – چیزی که ما آن را سطح با انرژی بالقوه می نامیم.”

در سال های اخیر ، محققان شروع به جستجوی شبکه های عصبی برای ایجاد سطحی بین این نقاط کرده اند.

ونتوری گفت: “ما با گسترش شبکه های عصبی از طریق یادگیری ماشین احتمالی ، سطح دیگری از پیچیدگی را اضافه کردیم.” “این نه تنها به ما امکان توصیف دقیق تر فعل و انفعالات اتمی را می دهد ، بلکه عدم قطعیت موجود بر روی این اجسام را نیز کمی می کند. ما به جای فقط یک سطح ، توزیعی از سطوح ایجاد کرده ایم ، زیرا پیش بینی حاصل از این مدل ها فقط یک مورد نیست. مقدار ، اما توزیع مقادیر. بنابراین ، این یک تخمین با عدم اطمینان در مورد مقدار است. نتیجه یک جواب دقیق نیست ، بلکه یک توزیع پاسخ است. “

ونتوری گفت که از آنجا که آنها انرژی متقابل بین مولکول ها و اتم ها را نشان می دهند ، میلیاردها برخورد را شبیه سازی می کنند.

“ما می دانیم که برای مجموعه کوچکی از نقاط فضایی چه اتفاقی می افتد و سپس از معادله مکانیک کلاسیک استفاده می کنیم. معادلات همان معاملات حاکم بر برخورد توپهای بیلیارد هستند. تفاوت در این است که ما از این فعل و انفعالات ، این فعل و انفعالات کوانتومی به عنوان نیروهای محرک استفاده می کنیم. این عارضه لازم است. از مقیاس اتمی مسئله ، زیرا ذرات حتی در مواقعی که فاصله دارند می توانند یکدیگر را احساس کنند. با تعداد زیادی برخورد می توان احتمال بروز برخی واکنش ها را دریافت کرد. ما از این احتمالات واکنش در پویایی محاسباتی مایعات با هدف نهایی برای پیش بینی جریان ها استفاده می کنیم و صفحه های حرارتی ایمن تری را طراحی کنید. “

اگرچه آنها اولین کسانی نبودند که از یادگیری ماشین برای ساختن سطوحی با انرژی بالقوه استفاده کردند ، ونتوری گفت: “ما اولین کسانی بودیم که در مورد این مقادیر عدم اطمینان یافتیم. این روشی برای تأیید صحت یادگیری ماشین است که برای ایجاد این پتانسیل ها به کار رفته است. “

در پروژه تحقیقاتی دوم ، ونتوری گفت که آنها اکنون اطلاعات بیشتری در مورد پویایی تفکیک در جریانهای فراصوت دارند ، یعنی. چگونه مولکولها پیوندهای خود را می شکند و در نتیجه برخورد شدید به دو اتم جداگانه تبدیل می شوند.

ونتوری گفت: “دمای شدید حالت های مافوق صوت ، فیزیك بسیار ویژه ای ایجاد می كند.” “این تفاوت بین ارتعاشات و چرخش مولکولها را غیرممکن می کند. شما نمی توانید آنها را از هم جدا کنید زیرا آنها به شدت به هم پیوسته اند. ما دریافته ایم که این اثر عواقب مهم مکانیسم های تفکیک دارد.

ونتوری گفت: “این جالب است ، نه تنها از نظر شیمیایی ، بلکه از نظر مهندسی نیز. واکنش های شیمیایی که پس از برخورد مولکول های گاز و اتم ها اتفاق می افتد یا انرژی را در جریان آزاد می کنند و یا انرژی را از آن خارج می کنند.” “بنابراین اگر می خواهیم شار حرارتی را که مانع محافظت از حرارت می شود کمی کنیم ، باید پیش بینی کنیم که چه مقدار انرژی در جریان اطراف خودرو ذخیره می شود. تفکیک مولکول ها در جو چیزی نیست که ما معمولاً در دمای اتاق مشاهده کنیم. فقط در دمای بالاتر از 4500 درجه فارنهایت برای اکسیژن و 7000 درجه فارنهایت برای ازت. این یک پدیده جالب است و ما اکنون اطلاعات بیشتری در مورد آن داریم. “

[ad_2]

منبع: unbox-news.ir