Newswise — ALBUQUERQUE، NM — سال رودریگز، مهندس هسته ای در آزمایشگاه ملی ساندیا، با کمک دانشگاه نیومکزیکو و دانشجوی فارغ التحصیل گراهام مونرو، در حال ایجاد یک انقلاب موشکی است.
تحقیقات پیشرفته آنها آینده پروازهای فضایی را هدایت می کند و علم موشک را با لمس جادوی توپ گلف القا می کند.
آنها شامل فرورفتگی هایی مشابه آنچه در توپ های گلف یافت می شود، عنصری کلیدی در مطالعه رودریگز در مورد دینامیک سیالات و انتقال حرارت است.
ایجاد دماغه موشک
این ایده در سال 2019 شروع شد، زمانی که مونرو با رودریگز در Sandia به عنوان یک کارآموز دانشجو کار می کرد.
مونرو گفت: «من همیشه به آیرودینامیک علاقه داشتم. من در سال 2019 روی مدرک لیسانس مهندسی کار می کردم که در پرتاب Lobo در جام فضایی آمریکا شرکت کردم. در همین حین، سال در حال تحقیق در مورد طرح های گودی بود. ما شروع به صحبت کردیم و به این فکر افتادیم که در مخروط بینی موشک یک فرورفتگی ایجاد کنیم.
این آزمایش به پروژه پایان نامه کارشناسی ارشد مونرو تبدیل شد.
آنها با برنامه dimple شروع کردند که توسط رودریگز در سال 2014 ایجاد شد و در سال 2017 دارای حق چاپ بود.
رودریگز می گوید: «این برنامه شامل مجموعه خاصی از معادلات است که به کاربر اجازه می دهد به هندسه جسم نگاه کند و سرعت و سیالی که در آن حرکت می کند را اضافه کند. “شما آن را در برنامه قرار می دهید و الگوی فرورفتگی مورد نیاز شما را خروجی می دهد.”
سپس مونرو مخروط بینی را چاپ سه بعدی کرد. در همین حال، تیم پرتاب Lobo UNM موشک همراه خود و یک مخروط دماغه صاف را ایجاد کرد که یکسان بود، منهای فرورفتگی ها.
با توجه به همه‌گیری COVID-19 و این واقعیت که تیم پرتاب Lobo به موشک خود برای مسابقات آینده Spaceport America Cup نیاز داشت، پرتاب موشک به یک چالش تبدیل شد.
در نهایت در نوامبر و دسامبر 2022 مورد آزمایش قرار گرفت.
رودریگز گفت: “ما بسیار خوشحال شدیم که متوجه شدیم راکت دارای فرورفتگی در مقایسه با راکت صاف 22 درصد مقاومت اصطکاکی کمتری دارد.” در اوج خود، کشش را 39.1 درصد کاهش داد. بنابراین سوخت کمتری مورد نیاز است و CO2 کمتری تولید می کند که برای محیط زیست خوب است.
مونرو در پاییز 2023 با موفقیت از پایان نامه خود دفاع کرد و جایزه ارزنده “گذر با افتخارات” را به دست آورد.
مونرو گفت: «این واقعاً جالب بود که بخشی از این تحقیق بودم. بخشی از چیزی که بتوان در دنیای واقعی از آن استفاده کرد. هنگامی که به روز و سنی که در مورد اکتشافات فضایی در آن هستیم نگاه می کنیم، تأثیری که این امر می تواند بر حفظ انرژی داشته باشد واقعاً قابل توجه است.
چال ها چگونه کار می کنند
پس این گودی ها چگونه کار می کنند؟
رودریگز گفت: «آنها آشفتگی ایجاد می کنند، انرژی آشفته را دوباره توزیع می کنند، جریان را در نواحی فرورفته تسریع می کنند و ضخامت لایه مرزی را کاهش می دهند.
وی با بیان اینکه یک تشبیه خوب در مسابقات غواصی المپیک است، گفت: «غواصی که با کمترین پاشش در آب شیرجه می‌زند، امتیاز اضافی دریافت می‌کند، زیرا تنها مقدار بسیار کمی جریان آب توسط شیرجه آیرودینامیک‌تر ایجاد می‌شود. همین اتفاق در مورد فرورفتگی ها نیز رخ می دهد. آنها الگوی جریانی ایجاد می کنند که به قدری آیرودینامیک است که فقط جریان های کوچک و پر هرج و مرج توسط اجسام فرورفته ایجاد می شود – غواصی مدال طلا.
موستانگ را وارد کنید
اما فقط راکت ها نیستند که می توانند از این شکاف استفاده کنند. رودریگز در حال بررسی راه های دیگری برای استفاده از گودی است. در پروژه‌ای که با بابی آنسر جونیور کمتر شناخته شده بود، کاپوت جلوی یک فورد موستانگ را فرورفت.
رودریگز در مورد آنسر می گوید: «این خیلی هیجان انگیز بود، زیرا او بسیار مشتاق مسابقه و ماشین های مسابقه بود. من به او در مورد حق چاپ خود گفتم و اینکه می‌توانم ماشین اسپرت او را کم کنم و آن را سریع‌تر بسازم. او بسیار هیجان زده بود.
رودریگز از برنامه خود برای یافتن اندازه مناسب و قرارگیری گودی روی کاپوت خودرو استفاده می کند. مانند موشک، نتایج قابل توجهی بود. آنها حداقل 25 درصد کاهش مقاومت در برابر جریان هوا را در مقایسه با خودروهای بدون فرورفتگی نشان دادند. این آزمایش همچنین شامل یک ماشین با گودی به اندازه یک توپ تنیس بود تا ثابت کند در حالی که همه گودی ها کمک می کنند، دقت در فرورفتگی ها کلیدی است.
سوال دیگری که این زوج امیدوار بودند بررسی کنند این بود که آیا مصرف کنندگان فرورفتگی روی ماشین خود را می پذیرند یا خیر. متأسفانه آنسر قبل از ادامه پروژه درگذشت.
این فقط در آیرودینامیک نیست
یکی از آخرین پروژه های رودریگز استفاده از گودی در انتقال حرارت است.
او با کمک بودجه برنامه کمک به کسب و کار کوچک نیومکزیکو، دستگاهی ساخته است که نشان می‌دهد چگونه فرورفتگی‌ها می‌توانند فرآیند گرمایش را تسریع کنند.
یک جعبه با سه طرف پلکسی گلاس و یک طرف آلومینیوم فرورفته با آب پر شده و سپس به منبع حرارت متصل می شود.
رودریگز گفت: “ما مهره ها را در آنجا قرار می دهیم و رنگ می کنیم تا ببینیم چگونه در امتداد فرورفتگی ها حرکت می کنند.” ما شاهد افزایش سرعت آنها بودیم، دو برابر سرعت خارج از ناحیه گودی، و با افزایش تلاطم.» این ثابت می کند که گودی انتقال حرارت را افزایش می دهد.
رودریگز می گوید این فناوری را می توان به آبگرمکن خورشیدی تبدیل کرد. این می تواند در مکان هایی که دسترسی آسان به برق ندارند، مانند مناطق رزرو شده هند یا کشورهای در حال توسعه، زندگی را تغییر دهد. قبلاً توجه یک شرکت در کشور دیگری را به خود جلب کرده است.
راه پیش رو
کار فرورفتگی رودریگز هنوز انجام نشده است. تیم او اخیراً برای یک پتنت غیر معلق برای توربین‌های بادی فرورفته به ثبت رسانده است.
رودریگز گفت: «ما می‌توانیم برای موشک‌ها، هواپیماها، خودروها، وسایل نقلیه الکترونیکی، زیردریایی‌ها، پهپادها و پره‌های توربین بادی استفاده کنیم. ما می توانیم مسافتی را که آنها می توانند طی کنند یا انرژی جمع آوری شده را افزایش دهیم. گودی بر روی آیرودینامیک تأثیر مفیدی خواهد داشت. ما قادر به طراحی موشک هایی خواهیم بود که می توانند محموله های بسیار سنگین تری را به فضا حمل کنند و اکتشافات فضایی را حداقل 10 تا 20 درصد مقرون به صرفه تر کنند.
رودریگز در حالی که کار او بسیار کاربردی است، امیدوار است که کمی با آن سرگرم شود. او در حال حاضر رویای ایده های جدیدی دارد. رودریگز گفت: «شاید بتوانیم سوار قایق های تندرو، جت اسکی، حتی فریزبی شویم.
آزمایشگاه‌های ملی ساندیا یک آزمایشگاه چند مأموریتی است که توسط شرکت فناوری ملی و راه‌حل‌های مهندسی Sandia LLC، یکی از شرکت‌های تابعه شرکت بین‌المللی هانی‌ول، برای اداره امنیت ملی هسته‌ای وزارت انرژی ایالات متحده اداره می‌شود. آزمایشگاه های Sandia دارای مسئولیت های عمده تحقیق و توسعه در بازدارندگی هسته ای، امنیت جهانی، دفاع، فن آوری انرژی و رقابت اقتصادی است، با تاسیسات اولیه در آلبوکرکی، نیومکزیکو، و لیورمور، کالیفرنیا.
