Wie kann man die Atmosphäre so verändern, dass Luft- und Raumfahrttriebwerke hochexplosiv werden?

Uber-Turbulenzen

Zunächst etwas Hintergrund:

Turbulence Magnitude Ratings (aus AviationKnowledge, unten zitiert):

1. Stufe 1 (Leicht) – Turbulenzen, die kurzzeitig geringfügige, unberechenbare Höhen- und/oder Lageänderungen (Neigen, Rollen, Gieren) verursachen. Insassen können eine leichte Belastung durch Sicherheitsgurte oder Schultergurte spüren. Ungesicherte Gegenstände können leicht verschoben werden.
2. Stufe 2 (mäßig) – Dies führt zu Änderungen der Beschleunigungsmesserwerte von etwa 0,5 – 1,0 g am Schwerpunkt des Flugzeugs. Es treten Höhen- und/oder Lageänderungen auf, aber das Flugzeug behält jederzeit die positive Kontrolle. Es verursacht normalerweise Schwankungen in der angezeigten Fluggeschwindigkeit.
3. Stufe 3 (Schwer) – Dies führt zu Änderungen des Beschleunigungsmesserwerts von mehr als 1 g am Schwerpunkt des Flugzeugs. Große, abrupte Höhen- und/oder Lageänderungen. Es verursacht normalerweise große Schwankungen in der angezeigten Fluggeschwindigkeit. Flugzeuge können vorübergehend außer Kontrolle geraten.
4. Stufe 4 (extrem) – Turbulenzen, bei denen das Flugzeug heftig herumgeschleudert wird und praktisch nicht zu kontrollieren ist.

Zitate: Turbulence von AviationKnowledge , Standardisierung von Böenwerten von Flugzeugen - American Meteorological Society Journals

Der Artikel „Standards of Gustiness“ erschien 1964 in den Veröffentlichungen der American Meteorological Society und bot laut Zusammenfassung „eine universelle Turbulenzstandardisierungstechnik wird beschrieben, die quantitativ auf der atmosphärischen Turbulenz selbst basiert und nicht auf den Auswirkungen, die sie auf ein Flugzeug erzeugt. " Die Skala wurde übernommen, wobei nur die beschreibende Stufe 3 von „schwer“ auf „schwer“ geändert wurde. Das Originalpapier umfasst nur 11 Seiten, ist aber vollgepackt mit umfangreichen Recherchen, Formeln und Erkenntnissen. Der Anhang enthält die Formel für den universellen Turbulenzindikator, der verwendet werden kann (von jemandem, der solch komplizierte Formeln versteht), um das unten dargelegte Szenario zu beschreiben.

Eine Möglichkeit, die Atmosphäre zu verändern und alle Arten von Flugreisen effektiv zu erden, unabhängig vom Antrieb, besteht darin, eine Atmosphärenschicht über der Oberfläche einzuführen (Sie wählen die Höhe, um die höchsten Strukturen aufzunehmen), die anhaltende Turbulenzen der Stufe 5 oder Stufe 6 aufweist. Level 4 beschreibt die Situation eines Flugzeugs als "praktisch unmöglich zu kontrollieren". Level 5 und höher würde "praktisch" aus seiner eigenen Beschreibung entfernen.

Der Vorteil dieses Szenarios ist, dass Sie nicht unbedingt die Chemie der Atmosphäre verändern müssten und sie dadurch lebensfeindlich (in Bezug auf die Atmung) machen müssten. Das Minus ist, dass Sie wahrscheinlich eine Decke aus wütend wirbelnden Wolkendecken haben würden, die praktisch das gesamte Sonnenlicht blockieren.

Wie man atmosphärische Diskontinuitäten nutzt, um Dinge in die Luft zu jagen!

Triebwerks- und Raketenkonstruktionen gehen davon aus, dass die Atmosphäre in einer bestimmten Höhe relativ homogen ist und dass es gut verstandene Kontinuitäten über Höhen hinweg gibt. Sicher, es gibt einige Variationen in Atmosphärendruck, Feuchtigkeitsgehalt, elementarer Zusammensetzung und Temperatur, aber die Bereiche sind gut bekannt und in aktuellen Designs gut berücksichtigt. Wir tun dies, indem wir Kolben-, Düsen- und Raketentriebwerke dazu zwingen, atmosphärische Diskontinuitäten über ihre gegenwärtigen Konstruktionsparameter hinaus zu handhaben und „schnelle ungeplante Demontageereignisse“ zu erleben !

Zu viel Oxidationsmittel

Wenn ein Motor, ein Kolben oder eine Düse höheren Sauerstoffkonzentrationen als üblich ausgesetzt wird, kann dies zu einer Überhitzung und/oder einem Zerfall des Motors führen. Es ist nicht sehr üblich, hohe Sauerstoffkonzentrationen in einen Motor einzuspritzen. Es gibt jedoch viele Informationen über Lachgas, das phänomenal viel Sauerstoff für die Detonation/Verbrennung verfügbar macht.

Von der Tuner-Universität :

Die Gefahr mit Lachgas ist die gleiche wie bei einem Turbolader oder Kompressor, wenn Sie viel zu viel Luft/Sauerstoff mit zu wenig Kraftstoff hineinpacken, können die Temperaturen im Zylinder schmerzen und dazu führen, dass Komponenten schmelzen/verziehen. Um dieses Problem zu vermeiden, stellen wir einfach absolut sicher, dass das Luft-Kraftstoff-Gemisch relativ fett ist (viel Kraftstoff, um die Dinge kühl zu halten) und wir tun alles, was wir können, um eine Frühzündung zu vermeiden, indem wir einen konservativen Zündzeitpunkt entweder mit den Standardwerten oder leicht fahren "verzögerte" Werte. (Hervorhebung von mir)

AgentJayZ besitzt eine Wartungsfirma für Strahltriebwerke in Kanada. Sein Kommentar zu diesem Video weist darauf hin

Nachdem Sie ein paar hundert Gallonen Jet A in Ihrem nachverbrennenden J79 verbrannt haben, ist es eine gute Idee, die Dinge im Leerlauf abkühlen zu lassen, bevor Sie abschalten. Turbinenschaufeln und andere heiße Teile halten länger, wenn der Temperaturgradient in ihnen so gering wie möglich gehalten wird.

Die plötzliche Erhöhung der Sauerstoffmenge in einem Motor ist gleichbedeutend mit einem zu mageren Betrieb. Angesichts der Tatsache, dass Strahltriebwerkstemperaturen 2000 °C erreichen können, und der speziellen Kühlung, die bei Überhitzungsbedingungen erforderlich ist, führt alles, was das Triebwerk aus seinem vorgesehenen thermischen Profil herauszwingt, bestenfalls zu erhöhtem Verschleiß und im schlimmsten Fall zu einer schnellen ungeplanten Demontage.

Turbulenz (Unterbrechungen der Luftgeschwindigkeit)

Während Kolbenmotoren und Raketentriebwerke sich nicht so sehr um Einlassturbulenzen kümmern, sorgen Turbofans und Turbojets aufgrund des Potenzials für einen Kompressorstillstand .

Per Wikipedia zu Ursachen für Kompressorstillstand :

• Turbulenter oder heißer Luftstrom in den Triebwerkseinlass, z. B. Verwendung von Rückwärtsschub bei niedriger Vorwärtsgeschwindigkeit, was zum erneuten Einsaugen heißer turbulenter Luft führt, oder bei Militärflugzeugen zum Einsaugen heißer Abgase aus Raketenbeschuss.

• Heiße Gase aus Kanonenschüssen, die zu einer Verzerrung des Einlasses führen können; B. Mikojan MiG-27.

Diskontinuitäten in der Luftdichte

Raketentriebwerke, ob fest oder flüssig, benötigen zum Betrieb keine Außenluft. Wenn jedoch eine schnelle Rakete auf eine Tasche mit ungewöhnlich dichter Luft trifft, kann dies zu strukturellen Instabilitäten in einer Rakete führen, die zu spektakulären Ausfällen führen.

Von besonderem Interesse ist der Parameter, max Q oder maximaler dynamischer Druck ist ein signifikanter Konstruktionsparameter, für den Ingenieure entwerfen müssen. SpaceX spricht darüber während ihrer Starts (Video, kurz vor Max Q). Wenn eine Rakete so konstruiert wäre, dass sie einem maximalen Q von 100.000 N standhält, aber auf eine große Tasche dichterer Luft trifft, könnte die Kompression der Rakete leicht dazu führen, dass sie sich auflöst.

Gegeben:

Zum Beispiel ( Ingenieur-Toolbox ):

• $\rho$bei 15 km ist ca$.198 \text{kg/m}^3$
• $\rho$bei 5 km ist ca$.7364 \text{kg/m}^3$

...für eine 3,7-fache Erhöhung der Dichte. In niedrigen Höhen ist Luft mit hoher Dichte kein Problem, da die Rakete nicht sehr schnell fliegt. In großen Höhen ist es umgekehrt.

Diskontinuitäten in der Luftdichte sind angesichts der Geschwindigkeiten, mit denen sie operieren, besonders gefährlich für Raketen, aber das Auftreffen auf eine plötzlich dichte Luftblase in jeder Art von Flugzeug wird die Dinge unangenehm machen.

Menschliche Physiologie

Diese Art von atmosphärischen Abweichungen werden einem Menschen wahrscheinlich nicht viel anhaben. Vielleicht werfen sie sie mit Turbulenzen um oder machen sie für eine Weile außer Atem. Im Allgemeinen arbeiten Menschen nicht in der Nähe ihrer körperlichen Höchstwerte, wo eine Erhöhung des Sauerstoffs um ein paar Prozent oder zusätzlicher Druck beim Atmen viel bewirken wird. Obwohl ich kürzlich erfahren habe, dass die NASA eine O2-Konzentration über 30% niemals als sicher ansieht.

Nun, ein Kletterer auf dem Mt. Everest wird sich sehr darum kümmern, wie viel Sauerstoff er hat, weil es so wenig ist, womit man anfangen kann. Jemanden an den Ufern des Pazifiks wird es nicht annähernd so viel ausmachen.

Ja, das ist alles toll, aber wie....

Wie man diese Art von atmosphärischen Diskontinuitäten herbeiführt, liegt außerhalb des Rahmens dieser Frage. Da die Erdatmosphäre zur Homogenität neigt, würde es einiges erfordern, einiges zu tun, um große Luftmengen höher in die Atmosphäre zu heben oder Taschen mit hochkonzentriertem Sauerstoff zu injizieren.

Füllen Sie den Himmel mit Schwärmen von Gänsen.

Laut der New York Times

Seit dem Jahr 2000 sind nach Angaben der Federal Aviation Administration mindestens 486 Flugzeuge mit Vögeln kollidiert. Von diesen Vorfällen führten 166 zu Notlandungen und 66 zu Startabbrüchen.

Am bekanntesten und vor kurzem flog US Airways Flug 1549 zufällig in einen Schwarm Gänse. Diese Gänse reagierten mit ihren Turbofan-Triebwerken, um sie außer Gefecht zu setzen, und zwangen das Flugzeug daher zu einer Notlandung. Je mehr Gänse es in der Atmosphäre gibt, desto öfter fallen unsere Flugzeugtriebwerke auf diese Weise aus.

Die Atmosphäre reaktiver zu machen ist einfach, fügen Sie einfach mehr Sauerstoff hinzu. Dadurch wird jedes Feuer flüchtiger und gefährlicher.

Ein kompetenter Ingenieur wird jedoch in der Lage sein, Motoren für jeden konstanten Sauerstoffanstieg zu konstruieren. Auch eine Rakete, die ihr eigenes Oxidationsmittel trägt, wird sowieso nicht beeinträchtigt.

Für einen variablen Sauerstoffgehalt benötigen Sie Prozesse, die den Sauerstoffgehalt schnell entweder erhöhen oder verringern.

Haben Sie zur Steigerung eine große Pflanze, die den erzeugten Sauerstoff speichert und auf einmal freisetzt. (Ich muss zugeben, dass ich sowohl beim Warum als auch beim Wie dieses Prozesses etwas leer bin.)

Zur Abnahme Waldbrände. Wenn man generell mehr Sauerstoff zur Verfügung hat, bekommt man richtig schlimme Waldbrände. Über und in der Nähe dieser Feuer wird Sauerstoff relativ knapp sein, selbst nachdem das Feuer ausgebrannt ist.

Wenn Sie der Meinung sind, dass reiner Sauerstoff nicht ausreicht, können Sie Ozon (O$_3$). Ozon ist ein unangenehmes Zeug, das im Allgemeinen alles oxidiert, auf das es trifft, einschließlich sich selbst.

Wenn Sie einen Klumpen Ozon in Ihr Düsentriebwerk bekommen, wird dies wahrscheinlich zu einem sehr schlechten Tag führen.

Ozon ist nicht stabil und zerfällt innerhalb von Stunden oder Tagen in gewöhnlichen Sauerstoff.

Ozon kann in der Natur durch Blitze und verschiedene chemische Prozesse entstehen, jedoch selten in gefährlichen Konzentrationen.

Was die biologischen Reaktionen betrifft, so ist reiner Sauerstoff überhaupt nicht gefährlich. Wenn Sie jedoch meinem Vorschlag mit Waldbränden folgen, werden diese alle möglichen unangenehmen Schadstoffe produzieren.

Stärkere Oxidationsmittel wie Ozon können gefährlich sein, aber nicht für Ihre Haut. Die menschliche Haut ist ziemlich strapazierfähig. Sie werden durch eine kurze Exposition keinen Schaden erleiden, aber wenn Sie auf diese Weise Ihren Lebensunterhalt verdienen, könnten Sie einen gewissen Schaden erleiden. (Ich habe versucht, Google zu fragen, aber nur vorläufige und widersprüchliche Antworten erhalten.)

Die menschliche Lunge ist jedoch viel zerbrechlicher. Das Einatmen von Ozon schädigt Ihre Lunge und verursacht Asthma, Bronchitis und andere Probleme.