Физики нашли способ упорядочить взрыв
Ученые Сколтеха впервые теоретически предсказали эффект синхронизации, своего рода самоупорядочивания, в детонационных волнах. Открытие может помочь обуздать по природе своей хаотичный процесс так, чтобы стабилизировать горение в двигателе с вращающейся детонацией — экспериментальном устройстве, которое могло бы сэкономить значительное количество топлива по сравнению с традиционными ракетными и корабельными двигателями.
Исследование опубликовано в престижном журнале Journal of Fluid Mechanics и признано лучшей теоретической работой года на конференции в Институте химической физики РАН. Разработкой детонационных двигателей занимаются с целью получить экономию топлива за счет более эффективного режима его горения. При детонации продукты горения распространяются со сверхзвуковой скоростью, что в теории повышает эффективность на 25 процентов.
«В двигателе с вращающейся детонацией цилиндр поменьше расположен внутри цилиндра побольше, в полость между ними периодически впрыскивается горючая смесь, и ее горение происходит в режиме непрерывной детонации: волна круг за кругом огибает малый цилиндр.
Но из-за хаотичной природы процесса детонационная волна в общем случае не станет цикл за циклом столь предсказуемо и регулярно себя вести. В частности, скорость распространения волны может довольно сильно и непредсказуемо колебаться во времени, делая двигатель неустойчивым», — объясняет руководитель исследования, доцент Сколтеха Аслан Касимов. В Сколтехе нашли способ обуздать детонационную волну, упорядочив ее колебания. Для этого ученые впервые теоретически продемонстрировали эффект синхронизации в области детонации.
Впервые синхронизацию обнаружил Христиан Гюйгенс в XVII веке. Он наблюдал пару маятниковых часов, которые висят на одной балке и, как выяснилось, из-за этой едва уловимой связи со временем синхронизируют колебания маятников — они начинают двигаться или в фазе, или в противофазе. С тех пор синхронизацию обнаружили не только в механике, но и в самых разных областях химии, медицины, биологии и даже социологии.
«Например, некоторые светлячки мигают с определенной частотой. Когда в одном месте собирается много таких светлячков, то они начинают мигать синхронно за счет весьма слабой связи друг с другом: каждый жук может видеть только ближайших соседей», — рассказывает первый автор работы, аспирант Сколтеха Андрей Голдин, и приводит еще ряд примеров из разных областей.
Так, экспериментально показано, что естественный биоритм каждого человека может иметь периодичность, отличную от 24 часов — это видно, если поместить подопытного в искусственную среду без дня и ночи. Тот факт, что под действием периодического внешнего воздействия (восход, полдень, заход) внутренние ритмы людей и животных подстраиваются под 24-часовой цикл, — это тоже синхронизация.
Кардиостимулятор тоже является подобным периодическим внешним воздействием, которое упорядочивает внутренние колебания сердца — нейтрализует аритмию. С точки зрения синхронизации можно рассмотреть и поворот Луны к Земле всегда одной стороной, и даже зависимость количества жертв серийных убийц от даты. В своей новой работе ученые из Сколтеха впервые продемонстрировали явление синхронизации для детонационной волны.
Природа детонации такова, что детонационная волна даже в идеально однородной среде распространяется «рывками», то есть с переменной скоростью. Это значит, что сама волна является осциллятором, как сердце с аритмией в примере с кардиостимулятором. Причем именно с аритмией, потому что колебания этой волны носят довольно непредсказуемый характер — напомним, именно это мешает работе детонационного двигателя.
«Оказывается, колебания скорости детонационной волны можно упорядочить внешним периодическим воздействием, только это не воздействие в привычном понимании, а закономерные неоднородности среды. Волна распространяется в горючей смеси, которая в случае с двигателем впрыскивается струями в кольцевую полость между двумя цилиндрами.
Неоднородность среды в данном случае можно представить себе как череду областей, больше или меньше насыщенных топливом (полоса воздуха, полоса горючего и так далее), — объясняет Касимов. — Так вот, меняя дизайн двигателя, например расстояние между соседними инжекторами, можно менять характерный масштаб неоднородностей среды, с которыми сталкивается детонационная волна».
Как выяснили исследователи, сложные внутренние колебания детонационной волны способны упорядочиваться за счет синхронизации с «колебаниями» (периодической неоднородностью) среды. Если рассмотреть множество характерных масштабов неоднородности среды, то оказывается, что есть целые непрерывные диапазоны этих масштабов, в которых колебания известной детонационной волны регуляризуются, то есть она продолжает распространяться «рывками», но эти рывки становятся весьма предсказуемыми. Из-за особой формы графика совокупность таких диапазонов называют языками Арнольда — в области детонации они описаны впервые.
Открытие синхронизации и языков Арнольда в детонационных волнах закладывает основу для дальнейших исследований, которые в перспективе должны дать ответ на вопрос, какой дизайн двигателя позволит обуздать детонационную волну за счет контроля ее скорости. Пока ученые выполнили расчеты в одном измерении; в двигателе процесс происходит сразу в трех.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые РТУ МИРЭА и Сибирского федерального университета создали программный комплекс, который анализирует учебные планы вузов быстрее секунды и находит в них слабые места. Большинство учебных планов содержат скрытые противоречия, дублирования и неочевидные перекосы в подготовке специалистов. Это важно, потому что от качества учебного плана напрямую зависит, какие реальные навыки получат студенты и насколько они будут востребованы работодателями.
Ученые обнаружили один из самых убедительных примеров гибели звезды редчайшего типа — взрыв светила оказался настолько мощным, что полностью уничтожил своего прародителя. Наблюдения сверхновой SN 2023vbw могут стать надежным подтверждением существования так называемых парно-нестабильных сверхновых — теоретически предсказанных космических катастроф, которые оставались практически неуловимыми на протяжении десятилетий.
Гены, унаследованные нами от неандертальцев и денисовцев, увеличили вирусную нагрузку в крови современных людей при заражении ДНК-вирусами. Генетики выяснили, что древний иммунитет плохо справляется со скрытыми, долговременными инфекциями, такими как вирус Эпштейна — Барр.
Исследователи опросили более 60 тысяч испытуемых из разных стран и выяснили: чем больше человек зациклен на себе, тем холоднее он к своему партнеру. Правда, снижение накала страстей не всегда плохо, у этого есть и положительные стороны.
Около четырех миллиардов лет назад Солнечная система пребывала в хаосе: гигантские планеты сближались, меняли орбиты и выбрасывали своих соседей в межзвездное пространство. Хотя шансы на «выживание» лун Юпитера и Урана в этот период были крайне малы, астрономы показали, что их судьба может хранить следы древней катастрофы с участием «потерянной» планеты.
Изучив данные о скорости изменения температур ледяных спутников пятой и шестой планеты системы, астрономы обнаружили, что она слишком высока для по-настоящему ледяной поверхности. Оказалось, что эти тела покрыты материалом, по своим свойствам резко отличающимся от земного льда.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно