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DARPA使用冷等离子体抑制和灭火

采用创新的消防方法,DARPA一直在探索使用物理来操纵和扑灭火焰的技术。他们能够利用与火焰等离子体相互作用的电磁波和声波来抑制火灾,而不是传统的干扰燃烧中使用的化学反应的方法。

在船舶等封闭的军事环境中着火,飞机驾驶舱和地面车辆是物质破坏的主要原因,并危及作战人员的生命。例如,2008年5月在乔治华盛顿号航空母舰上发生的舰载火灾已经燃烧了12个小时,造成了大约7000万美元的损失。近50年来,尽管火灾威胁严重,但没有开发出灭火或操纵火灾的新方法。 2008年,DARPA启动了即时灭火(IFS)计划,旨在发展对火灾的基本认识,旨在改变消防方法。

传统的灭火技术主要集中于破坏所涉及的化学反应。然而,从物理学的角度来看,火焰是冷等离子体。 DARPA推测,通过使用物理技术而不是燃烧化学,可以操纵和扑灭火焰。为了实现这一点,需要进行新的研究来理解和量化电磁波和声波与火焰中的等离子体的相互作用。

IFS程序分两个阶段执行。在第一阶段,表演者研究了火焰抑制和控制背后的基础科学,在选择电磁学和声学之前探索了一系列方法。在第二阶段,表演者确定了电声和声学抑制背后的机制,并评估了这些防御应用方法的可扩展性。

探索的技术之一是使用手持电极抑制的新型火焰抑制系统小甲烷气体和液体燃料着火。在下面的视频中,表演者将电极扫过点燃的燃烧器阵列,逐渐熄灭10 cm2的气体火焰。由于电极被包覆在陶瓷玻璃中,因此在电极与其周围环境之间不会建立电流。在抑制期间气体流动的可视化将表明振荡场引起一系列快速射流,其使燃烧区域从燃料源移位,导致火焰熄灭。简而言之,电场会产生一股吹出火焰的离子风。同样的方法无法抑制小的庚烷池火焰。

表演者还评估了使用声场来抑制火焰。在下面的视频中,火焰被燃料池两侧的扬声器产生的声场熄灭。这种方法有两种动态。首先,声场增加了空气速度。随着速度的增加,燃烧发生的火焰边界层变薄,从而更容易破坏火焰。其次,通过扰乱水池表面,声场导致更高的燃料蒸发,这加宽了火焰,但也降低了整体火焰温度。由于相同的热量散布在更大的区域上,燃烧被破坏。基本上,在本次演示中,表演者使用扬声器以特定频率发出声音以消灭火焰。

IFS第二阶段于2011年12月完成.IFS表演者成功展示了这一能力使用电和声抑制技术在局部抑制,熄灭和操纵小火焰。然而,从研究中不清楚如何有效地将这些方法扩展到国防应用所需的水平。

关于IFS计划的整体影响,DARPA项目经理马修古德曼说,&ldquo ;我们已经证明,燃烧物理学对我们来说仍然存在惊喜。也许这些结果将激发燃烧研究的新思路和新应用。例如,

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