¿Cómo alterar la atmósfera para que los motores aeroespaciales sean altamente volátiles?

Uber-Turbulencia

Primero, algunos antecedentes:

Clasificaciones de magnitud de turbulencia (de AviationKnowledge, citado a continuación):

1. Nivel 1 (Leve) - Turbulencia que causa cambios leves y erráticos momentáneos en la altitud y/o actitud (cabeceo, balanceo, guiñada) Los ocupantes pueden sentir una ligera tensión contra los cinturones de seguridad o las correas de los hombros. Los objetos no asegurados pueden desplazarse ligeramente.
2. Nivel 2 (moderado): esto provocará cambios en las lecturas del acelerómetro de alrededor de 0,5 a 1,0 g en el centro de gravedad de la aeronave. Se producen cambios de altitud y/o actitud, pero la aeronave permanece en control positivo en todo momento. Suele provocar variaciones en la velocidad aerodinámica indicada.
3. Nivel 3 (grave): esto provocará cambios en la lectura del acelerómetro de más de 1 g en el centro de gravedad de la aeronave. Cambios grandes y abruptos de altitud y/o actitud. Por lo general, provoca grandes variaciones en la velocidad aerodinámica indicada. La aeronave puede estar momentáneamente fuera de control.
4. Nivel 4 (extremo): turbulencia en la que la aeronave se sacude violentamente y es prácticamente imposible de controlar.

Citas: Turbulencia de AviationKnowledge , Estandarización de los valores de ráfaga de aeronaves - Revistas de la Sociedad Meteorológica Estadounidense

El artículo "Standards of Gustiness" apareció en las publicaciones de la Sociedad Meteorológica Estadounidense en 1964 y ofrece, según el resumen, "se describe una técnica universal de estandarización de la turbulencia que se basa cuantitativamente en la turbulencia atmosférica en sí misma y no en los efectos que produce en un avión. " Se adoptó la escala, cambiando sólo el nivel 3 descriptivo de "pesado" a "severo". El documento original tiene solo 11 páginas, pero está repleto de extensas investigaciones, fórmulas y hallazgos. El apéndice contiene la fórmula para el indicador de turbulencia universal que puede ser empleado (por alguien que entienda fórmulas tan complicadas) para describir el escenario que se presenta a continuación.

Una forma de alterar la atmósfera y aterrizar efectivamente todo tipo de viajes aéreos, independientemente de la propulsión, es introducir una capa de atmósfera sobre la superficie (usted elige la altitud para acomodar las estructuras más altas) que tenga turbulencia persistente de Nivel 5 o Nivel 6. El nivel 4 describe la situación de una aeronave como "prácticamente imposible de controlar". El nivel 5 y superior eliminaría "prácticamente" de su propia descripción.

La ventaja de este escenario es que no necesariamente tendrías que cambiar la química de la atmósfera haciéndola hostil para la vida (en términos de respiración). La desventaja es que probablemente tendrías una capa de nubes que se arremolinaban y bloqueaban prácticamente toda la luz solar.

¡Cómo utilizar las discontinuidades atmosféricas para hacer estallar cosas!

Los diseños de motores y cohetes suponen que la atmósfera es relativamente homogénea a una altitud dada y que existen continuidades bien conocidas entre altitudes. Claro, hay algunas variaciones en la presión atmosférica, el contenido de humedad, la composición elemental y la temperatura, pero los rangos se entienden bien y se adaptan bien a los diseños actuales. ¡Hacemos esto forzando a los motores de pistón, jet y cohetes a manejar las discontinuidades atmosféricas más allá de sus parámetros de diseño actuales y experimentar "eventos de desmontaje rápidos no planificados" !

demasiado oxidante

Si un motor, pistón o chorro, se encontrara con concentraciones de oxígeno más altas de lo normal, podría causar que el motor se sobrecaliente y/o se desintegre. No es muy común inyectar altas concentraciones de gas oxígeno en un motor. Sin embargo, hay mucha información sobre el óxido nitroso que hace un trabajo fenomenal al hacer que una gran cantidad de oxígeno esté disponible para la detonación/combustión.

De la Universidad Tuner :

El peligro con el nitroso es el mismo que con un turbocargador o un supercargador, si empaqueta demasiado aire/oxígeno con poco combustible, las temperaturas pueden doler dentro del cilindro y hacer que los componentes se derritan/deformen. Para evitar ese problema, simplemente nos aseguramos absolutamente de que la mezcla de aire/combustible sea relativamente rica (mucho combustible para mantener las cosas frescas) y hacemos todo lo posible para evitar el preencendido ejecutando un tiempo de encendido conservador de los valores originales o ligeramente valores "retrasados". (énfasis mío)

AgentJayZ es propietario de una empresa de mantenimiento de motores a reacción en Canadá. Su comentario en este video indica que

Después de quemar unos cientos de galones de Jet A, en su J79 de poscombustión, es una buena idea dejar que las cosas se enfríen en el vuelo inactivo antes de apagarlo. Las palas de turbina y otras partes calientes duran más si el gradiente de temperatura dentro de ellas se mantiene lo más bajo posible.

Aumentar repentinamente la cantidad de oxígeno en un motor es equivalente a hacerlo funcionar demasiado pobre. Dado que las temperaturas del motor a reacción pueden alcanzar los 2000 C y el enfriamiento especial que debe ocurrir en condiciones de sobrecalentamiento, cualquier cosa que fuerce al motor fuera de su perfil térmico diseñado, en el mejor de los casos, provocará un mayor desgaste y, en el peor, un desmontaje rápido no planificado.

Turbulencia (discontinuidades de la velocidad del aire)

Si bien los motores de pistón y los motores de cohetes no se preocuparán tanto, los turboventiladores y los turborreactores se preocuparán mucho por la turbulencia de entrada debido a la posibilidad de que el compresor se detenga .

Según Wikipedia sobre las causas de la parada del compresor :

• Flujo de aire turbulento o caliente en la admisión del motor, por ejemplo, uso de empuje inverso a baja velocidad de avance, lo que da como resultado la reingestión de aire caliente turbulento o, para aeronaves militares, la ingestión de gases de escape calientes del lanzamiento de misiles.

• Gases calientes del disparo de armas que pueden producir distorsión en la entrada; por ejemplo, Mikoyan MiG-27.

Discontinuidades de la densidad del aire

Los motores de cohetes, sólidos o líquidos, no requieren aire externo para funcionar. Sin embargo, si un cohete acelerado golpea una bolsa de aire inusualmente denso, puede inducir inestabilidades estructurales en un cohete que conducen a fallas espectaculares.

De particular interés es el parámetro, max Q o la presión dinámica máxima es un parámetro de diseño importante para el que los ingenieros deben diseñar. SpaceX habla de ello durante sus lanzamientos (Video, justo antes de Max Q). Si un cohete se diseñara para soportar una Q máxima de 100 000 N pero chocara contra una gran bolsa de aire más denso, la compresión del cohete podría hacer que se desintegre fácilmente.

Dado:

Por ejemplo ( Caja de herramientas de ingenieros ):

• $\rho$a 15Km es aproximadamente$.198 \text{kg/m}^3$
• $\rho$a 5Km es aproximadamente$.7364 \text{kg/m}^3$

...para un aumento de 3,7x en la densidad. A bajas altitudes, el aire de alta densidad no es un problema porque el cohete no va muy rápido. Lo contrario es cierto en altitudes elevadas.

Las discontinuidades en la densidad del aire son especialmente peligrosas para los cohetes dadas las velocidades a las que operan, pero golpear una bolsa de aire repentinamente densa en cualquier tipo de avión hará que las cosas sean incómodas.

Fisiología humana

Este tipo de aberraciones atmosféricas probablemente no le hagan mucho a un humano. Tal vez los derribe con turbulencias o los deje sin aliento por un tiempo. En general, los humanos no están operando cerca de sus máximos físicos donde un pequeño porcentaje de aumento en el oxígeno o presión adicional mientras respiran va a hacer mucho. Aunque recientemente aprendí que la NASA no considera que ninguna concentración de O2 superior al 30% sea segura.

Ahora, a un escalador en el Monte Everest le va a importar mucho cuánto oxígeno tiene porque, para empezar, hay muy poco. A alguien en las costas del Pacífico no le importará tanto.

Sí, todo esto es genial, pero cómo...

Cómo inducir este tipo de discontinuidades atmosféricas está fuera del alcance de esta pregunta. Como la atmósfera de la Tierra tiende a la homogeneidad, se necesitaría algo, en algún lugar, haciendo trabajo para levantar grandes cantidades de aire más alto en la atmósfera o inyectando bolsas de oxígeno de alta concentración.

Llena el cielo de bandadas de gansos.

Según el New York Times

Desde el año 2000, al menos 486 aviones han chocado con aves, según la Administración Federal de Aviación. De esos incidentes, 166 dieron lugar a aterrizajes de emergencia y 66 resultaron en despegues abortados.

El más famoso y reciente, el vuelo 1549 de US Airways voló al azar hacia una bandada de gansos. Estos gansos reaccionaron con sus motores turboventiladores para incapacitarlos y, por lo tanto, obligaron al avión a realizar un aterrizaje de emergencia. Cuantos más gansos hay en la atmósfera, más a menudo los motores de nuestros aviones fallan de esta manera.

Hacer que la atmósfera sea más reactiva es simple, solo agregue más oxígeno. Esto hará que cualquier incendio sea más volátil y peligroso.

Pero, un ingeniero competente podrá diseñar motores para cualquier aumento constante de oxígeno. Además, un cohete que lleva su propio oxidante no se verá afectado de todos modos.

Para un nivel de oxígeno variable, necesita procesos que aumenten o disminuyan el nivel de oxígeno rápidamente.

Para aumentar, tenga una planta grande que almacene el oxígeno que genera y lo libere todo a la vez. (Debo admitir que estoy algo en blanco tanto en el por qué como en el cómo de este proceso)

Por disminución, incendios forestales. Si generalmente tiene más oxígeno disponible, tendrá incendios forestales realmente graves. Por encima y cerca de estos incendios, el oxígeno será relativamente escaso, incluso después de que el fuego se haya extinguido.

Si no crees que el oxígeno simple es suficiente, puedes probar el ozono (O$_3$). El ozono es un material desagradable que generalmente oxida todo lo que encuentra, incluido él mismo.

Es probable que introducir una gota de ozono en el motor de su avión provoque un día muy malo.

El ozono no es estable y se descompondrá en oxígeno ordinario en cuestión de horas o días.

El ozono puede ser producido en la naturaleza por rayos y varios procesos químicos, pero rara vez en concentraciones que sean peligrosas.

En cuanto a las reacciones biológicas, el oxígeno puro no es nada peligroso. Sin embargo, si sigue mi sugerencia con los incendios forestales, producirán todo tipo de contaminantes desagradables.

Los oxidantes más fuertes como el ozono pueden ser peligrosos, pero no para la piel. La piel humana es bastante duradera. No obtendrá ningún daño por una exposición corta, pero si se gana la vida de esta manera, podría sufrir algún daño. (Traté de preguntarle a Google pero solo obtuve respuestas tentativas y contradictorias)

Los pulmones humanos, sin embargo, son mucho más frágiles. La inhalación de ozono dañará sus pulmones, provocando asma, bronquitis y otros problemas.