San Diego Eyalet Üniversitesi’nden (SDSU) iki havacılık mühendisliği araştırmacısı, hipersonik motorlarda meydana gelen patlama dalgalarıyla yakıt damlacıkları ve gaz parçacıklarının nasıl etkileşime girdiğini öngören yeni bir hesaplamalı matematik modeli geliştirdi. Model, Mach 5 üzeri hızlarla uçan roket ve scramjet sistemlerinin çalışma dinamiklerine dair daha önce mümkün olmayan bir netlik sunuyor.
Profesör Gustaaf Jacobs ve Yardımcı Doçent Qi Wang tarafından geliştirilen model, Stanford Üniversitesi’nden Daniel Tartakovsky ile iş birliği içinde yürütüldü. Proje, ABD Hava Kuvvetleri Bilimsel Araştırma Ofisi tarafından finanse edildi.
LİOUVILLE YAKLAŞIMI
Yeni model, 19. yüzyıl Fransız matematikçisi Joseph Liouville’den esinlenerek “Liouville yöntemi” olarak adlandırıldı. Temelinde Fokker-Planck denklemi ve parçacık hareketini öngören Langevin modeli bulunuyor. Physics of Fluid dergisinde yayımlanan çalışmaya göre ekip, sınırlı veriyle hareket eden parçacıkların konumlarını ve hızlarını zaman içinde tahmin edebilen veri odaklı bir çerçeve geliştirdi.
Jacobs, modelin hedefini şu sözlerle açıkladı: “Amacımız, scramjetler veya dönen patlama motorları gibi hipersonik tahrik sistemlerinde yakıtın şok dalgalarıyla nasıl etkileştiğini anlamak.”
KARARSIZLIĞIN EŞİĞİNDE
Hipersonik uçuş, sesin beş katından fazla, yani 6.000 km/s üzeri hızları ifade ediyor. Bu hızlarda, sistemdeki en küçük dengesizlikler bile aracın uçuşunu sona erdirebilir. Jacobs, “Mach 5’te bir şey ters gittiğinde, gerçekten ters gider. Bu yüzden sistem kararlılığına dair hassas tahminler kritik önemde,” diyor.
YENİ MODELİN ETKİ ALANLARI
Model yalnızca hipersonik sistemlerle sınırlı değil. Araştırmacılar, iklim değişikliği fiziksel modellemeleri ve böbrek taşı kırma gibi tıbbi uygulamalarda da parçacık davranışının anlaşılmasının kritik olduğunu vurguluyor. Bu da geliştirdikleri modelin çevre biliminden sağlık teknolojilerine kadar birçok alanda yeni çözümlerin önünü açabileceğini gösteriyor.
HİPERSONİK GELECEK
Yeni hesaplama modeli, hipersonik uçuş sistemlerinin güvenliğini artırmanın yanında, düşük veriyle yüksek doğrulukta öngörüler sunarak modelleme süreçlerinde verimliliği önemli ölçüde artırabilir. SDSU’daki ekip, bu çerçevenin daha gelişmiş simülasyon araçlarına temel teşkil edeceğini ve mühendislik alanında hipersonik sistem tasarımı için kritik rol oynayacağını belirtiyor.
