En un motor a reacción el flujo de aire se ralentiza para aumentar la temperatura y la presión para la combustión; la quema de combustible con la proporción correcta de combustible y aire para conquistar la resistencia permite la aceleración.

Pero en los motores supersónicos que logran la velocidad de flujo correcta, producir la proporción correcta de combustible evaporado y provocar la ignición en el momento adecuado es más complejo. Con líquido que se evapora en una cámara de combustión, hay más en juego que solo la gravedad y la resistencia, especialmente con ondas de choque supersónicas en la ecuación.

Los vórtices, las estructuras dinámicas creadas en un flujo turbulento, se ven afectados por la onda de choque. Esto cambia la forma en que se quema el combustible y multiplica el número de posibilidades de cómo se pueden comportar las partículas. Para profundizar nuestra comprensión de la dinámica del flujo supersónico, los investigadores buscan modelos numéricos para calcular la gran variedad de resultados posibles en este sistema modificado.

En su estudio, publicado esta semana en Física de fluidos , Zhaoxin Ren, Bing Wang y Longxi Zheng vieron la combustión supersónica en una serie de tiempo a través de modelos numéricos. Esto les permitió ver cómo las variables cambiantes, como combustible de carga masiva, la intensidad de la onda de choque, y los tipos de ondas reflectantes y transmitidas creadas en diferentes puntos en el tiempo afectarán la ignición.

Pudieron caracterizar cuantitativamente la influencia de una onda de choque oblicua incidente en vórtices de cizallamiento a gran escala y reacciones exotérmicas. mapear matemáticamente la influencia de las variables y los tipos de ondas resultantes que se crean en un gas en shock. Su análisis establece un método de simulación confiable para la combustión supersónica utilizando herramientas de modelado matemático específicamente diseñadas para este propósito.

"En la actualidad, ningún software comercial puede simular el problema de la combustión supersónica porque requiere esquemas numéricos de alto orden para calcular flujos supersónicos con choques evolucionados complicados, así como modelos corregidos para describir la dinámica de las gotas, los cuales consideramos cuidadosamente en nuestros códigos de simulación internos, "Wang dijo, coautor del estudio. "La simulación numérica directa puede capturar todas las escalas de los flujos involucrados en la interacción choque-vórtice".

Usando una combinación de códigos de simulación personalizados y el método Euleriano-Lagrangiano comúnmente aplicado a flujos de dos fases cargados de partículas, los autores pudieron ejecutar una amplia gama de simulaciones y proporcionar una serie de casos de prueba que informan el diseño del motor scramjet. Su análisis reveló dos modos de combustión inducida, incluyendo un modo de cuasi detonación local que ocurre debido a la formación de una onda refractada junto con la reacción química.

"El motor scramjet es la opción más favorable para vuelos de alta velocidad a Mach seis o más, "Dijo Wang." Comprender el complicado mecanismo físico de la combustión supersónica y el impacto de las ondas de choque incidentes podría ayudar a los ingenieros a elegir la mejor combinación de mezcla y combustión mediante la instalación de componentes móviles en la cámara de combustión ".