美科学家研发神奇乒乓球枪以超音速喷射球体

美国普渡大学机械工程专业的教授弗兰克和他的学生设计出一种特殊的“乒乓球枪”。

“乒乓球枪”的设计科技含量很低,它的一个重要组成部分是由多层胶带密封的压力舱。

你能想象出一个乒乓球以超过美军F-16战斗机的速度喷射而出吗?近日,美国科学家仅用一卷胶带加上拉瓦尔喷嘴设计就让外界看到了这一景象。

据英国《每日邮报》网站近日报道,来自美国普渡大学机械工程专业的教授马克·弗兰克和他的两名学生对外展示了他们的成果。该小组设计出一种特殊的“乒乓球枪”,这种枪的设计科技含量很低,它的一个重要组成部分是由多层胶带密封的压力舱。当压强超过620千帕,胶带就会爆破,气压波随即进入一个特殊喷嘴,然后又冲进枪筒内,以每秒超过400米的超音速把乒乓球射向空中。

实际上,弗兰克对外演示的是收敛扩散喷嘴将亚音速气流转换成超音速流的过程。“这个转换过程包含一系列难以模拟的空气动力现象,所以从计算流体动力学的角度来说,改造过程存在很大的挑战,”参与研发的科学家解释说。不过通过改造,该小组取得了难以想象的成绩——根据高速摄像机设备测得的数据,乒乓球的速度可以达到406.4米/秒。

这种速度的转换主要靠拉瓦尔喷嘴实现。拉瓦尔喷嘴位于乒乓枪上的中间位置,内部是不对称的沙漏形状设计,在空气进入喷嘴后,受到压缩开始加速。在收缩口处,气流达到了声速,过了收缩口,气流超过声速,最后使乒乓球以超音速飞向空中。该类型喷嘴的最初设计者是瑞典工程师古斯塔夫·拉瓦尔,1888年他是为蒸汽轮机而研发的,后来这种喷嘴也被用在超音速冲压喷气发动机上。

据悉,弗兰克等人的最新研究很可能会对未来超音速喷气式飞机的研发提供重要借鉴意义。

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