Microjets er hurtigere end en fartkugle

Når en stødbølge bevæger sig gennem materiale og når en fri overflade, stykker af materiale kan bryde væk og flyve af ved høje hastigheder. Hvis der er fejl på overfladen, stødet danner mikrojetfly, der rejser hurtigere end en fartkugle.

At forstå, hvordan disse mikrojets dannes, og hvordan de interagerer med materiale, hjælper med at forbedre rumfartøjets afskærmning og forstå en planetarisk påvirkning.

Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) forskere producerede hydrodynamiske simuleringer af laserdrevet mikrojetting fra mikronskala riller på en tinoverflade. Fra disse simuleringer, de var i stand til at se mikrojetdannelse på tværs af en række stødstyrker, fra drev, der efterlader målet fast efter frigivelse til drev, der fremkalder stødsmeltning i målet.

Når en metalprøve udsættes for dynamisk tryk fra et stød, en eksplosion eller bestråling med en højeffektlaser, en chokbølge kan udvikle sig nær den belastede side og forplante sig ind i prøven. Når stødet interagerer med prøvens frie overflade, det accelererer overfladen og kan forårsage lokalt materialefejl. Når chokbølgen interagerer med overfladedefekter (såsom gruber, bump, hulrum, riller eller ridser), materiale kan slynges ud som skyer af små partikler, eller tynd, rettet stråler med hastigheder, der er væsentligt hurtigere end den frie overflade.

Simuleringer er afgørende for at studere mikrojetfly, da de rejser 1-10 kilometer i sekundet (km/s), hvorimod en kugle rejser omkring 0,3 km/s.

"Dåsen blev designet med mikronskala riller i overfladen, så vi kan generere mikrojets, studere, hvordan de formerer sig og interagerer, " sagde LLNL fysiker Kyle Mackay, hovedforfatter på et blad, der optræder i og valgt som redaktørs valg i Journal of Applied Physics .

Forskningen er en del af Metal Eject Recollection Interaction and Transport (MERIT)-projektet på LLNL.

Holdet fandt ud af, at jetdannelse kan klassificeres i tre regimer:et lavenergiregime, hvor materialestyrke påvirker jetdannelse; et moderat energiregime domineret af tinmaterialets skiftende fase; og et højenergiregime, hvor resultater er ufølsomme over for materialemodellen, og jetdannelse er beskrevet af idealiseret steady-jet teori. Mackay sagde, at overgang mellem disse regimer kan øge massen af ​​jetflyet med 10 gange.

"Det er ingen overraskelse, at jo hårdere du slår noget, jo flere ting kommer der ud af det, "sagde LLNL -fysikeren Alison Saunders, medforfatter af papiret og lead på MERIT-projektet. "Men der er en masse subtilitet involveret i at forstå den materialefysik, der fører til et sådant forhold, og for et materiale som tin, som gennemgår mange faseovergange under stødbelastning, forholdet er langt fra lineært."