Капельная трубка

В физике и материаловедении или падающая башня ниспадающая труба — это конструкция, используемая для создания контролируемого периода невесомости для исследуемого объекта. Подушки безопасности, полистироловые гранулы и магнитные или механические тормоза иногда используются для остановки падения экспериментальной полезной нагрузки . В других случаях высокоскоростное столкновение с подложкой внизу башни является намеренной частью протокола эксперимента.

Не все такие объекты являются башнями: НАСА в Гленне основан Исследовательский центр невесомости на вертикальной шахте, простирающейся на 510 футов (155 м) ниже уровня земли.

Типичная операция

Вид из трубы НАСА Гленн . пятисекундной установки невесомости

Вид на шахту 2,2-секундной вышки НАСА «Гленн». Внизу находится большая (спущенная) подушка безопасности.

Для типичного материаловедения образец исследуемого материала загружается в верхнюю часть капельной трубки, которая заполняется инертным газом или откачивается для создания среды низкого давления. После любой желаемой предварительной обработки (например, индукционного нагрева для плавления металлического сплава ) образец выпускается и падает на дно пробирки. Во время полета или при ударе образец можно охарактеризовать с помощью таких инструментов, как камеры и пирометры .

Падающие башни также широко используются при горения исследованиях . Для этой работы должен присутствовать кислород , а полезная нагрузка может быть заключена в тормозной щит, чтобы изолировать ее от высокоскоростного «ветра», когда аппарат ускоряется к нижней части башни. См. видео эксперимента по горению в условиях микрогравитации в установке пятисекундного падения НАСА в Гленне по адресу [1] .

Эксперименты по физике жидкости , а также разработку и тестирование космического оборудования также можно проводить с использованием сбрасываемой башни. Иногда наземные исследования, проводимые с помощью десантной вышки, служат прелюдией к более амбициозным исследованиям в полете; Гораздо более длительные периоды невесомости могут быть достигнуты с помощью с параболической траекторией полета самолетов или с помощью космических лабораторий на борту космического корабля "Шаттл" или Международной космической станции .

Продолжительность свободного падения, возникающего в капельной трубке, зависит от длины трубки и степени ее внутреннего вакуумирования. 105-метровая сбрасываемая труба в Центре космических полетов Маршалла обеспечивает 4,6 секунды невесомости при полной эвакуации. В спусковой установке Fallturm Bremen в Бременском университете можно использовать катапульту , чтобы бросить эксперимент вверх, чтобы продлить время невесомости с 4,74 до почти 9,3 секунды. ^[1]^[2] Сведя к минимуму физическое пространство, необходимое для начального ускорения, этот метод удваивает эффективный период невесомости. Исследовательский центр НАСА Гленна имеет 5-секундную башню падения (Установка невесомости) и 2,2-секундную башню падения (2,2-секундная башня падения).

Большая часть эксплуатационных расходов опускной башни обусловлена необходимостью вакуумирования опускной трубы для устранения эффекта аэродинамического сопротивления. В качестве альтернативы эксперимент помещается внутри внешнего ящика (защитного экрана), для которого из-за его веса во время падения уменьшение ускорения из-за сопротивления воздуха меньше.

Историческое использование

Хотя эта история может быть апокрифической, широко распространено мнение, что Галилей использовал Пизанскую башню в качестве падающей башни, чтобы продемонстрировать, что падающие тела ускоряются с одинаковой постоянной скоростью независимо от их массы.

Падающие башни, называемые дробовыми башнями, когда-то были полезны для производства свинцовой дроби . Короткий период невесомости позволяет расплавленному свинцу затвердеть в квазиидеальную сферу к тому времени, когда он достигнет пола башни.

Список башен

Вакуумно-динамический стенд в Государственном ракетном центре имени академика В.П.Макеева.
НАСА Исследовательский центр Гленна 2.2 Вторая башня падения
НАСА Исследовательский центр Гленна Исследовательский центр невесомости
Японская лаборатория микрогравитации (MGLAB) (закрыта в июне 2010 г.) ^[3]
HASTIC Падение башни высотой 50 м, Саппоро ^[4]
Бременская вышка
Сбрасываемая башня Applied Dynamics Laboratories для вращающегося космического корабля
Экспериментальная капельная труба металлургического факультета Гренобля.
Центр космических полетов имени Маршалла НАСА в настоящее время законсервирован.
Башня Драйден Дроп Тауэр, Портлендский государственный университет, Колледж инженерии и информатики Масих, архивировано 19 апреля 2017 г. в Wayback Machine.
Национальная лаборатория микрогравитации (Китай) ^[5]
Пагода в Королевском ботаническом саду Кью использовалась во время Второй мировой войны как сбрасываемая башня для испытаний конструкций бомб. ^[6]
Откидная башня Технологического университета Квинсленда , Брисбен (закрыта в 2014 г.) ^[7] ^[8]

См. также

Ссылки

^ ФОН КАМПЕН П., КОНЕМАН Т. и РАТ HJ (2010). Падающая башня в Бремене – обзор, в КОСПАР, Труды 38-й научной ассамблеи КОСПАР, Бремен, Германия, 15–18 июля 2010 г. с. 3587. Доступно по адресу: http://adsabs.harvard.edu/abs/2010cosp...38.3587V [Проверено: 14 июня 2011 г.]
^ КОНЕМАН Т., ФОН КАМПЕН П. и РАТ HJ (2010). Сбрасываемая башня Бремен – экспериментальная эксплуатация, в COSPSAR, Труды 38-й научной ассамблеи COSPAR, Бремен, Германия, 15–18 июля 2010 г., том 38 COSPAR, Пленарное заседание. п. 3588. Доступно по адресу: http://adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-data_query?bibcode=2010cosp...38.3588K&link_type=ARTICLE&db_key=AST&high= [Доступ: 14 июня 2011 г.]
^ http://www.mext.go.jp/a_menu/kaihatu/space/kaihatsushi/detail/1299905.htm. Архивировано 20 марта 2012 г. в Wayback Machine [на японском языке].
^ «Использование космической среды» www.hastic.jp Проверено 14 января 2020 г.
^ Чжан, X.; Юань, Л.; ВУ; Тиан, Л.; ЯО, К. (2005). «Некоторые ключевые методы эксперимента с падением башни Национальной лаборатории микрогравитации (Китай) (NMLC)» . Наука в Китае. Серия E: Технологические науки . 48 (3): 305–316. Бибкод : 2005ScChE..48..305Z . дои : 10.1360/102004-21 . S2CID 110511662 .
^ Джексон, Джоанна (2007). Год из жизни Кью Гарденс . Фрэнсис Линкольн Лимитед. п. 86. ИСБН 9780711226838 .
^ Стейнберг, Т. (2008). «Возможности испытаний и исследований пониженной гравитации в новой башне падения 2,0 секунды Квинслендского технологического университета» . Передовые исследования материалов . 32 : 21–24. дои : 10.4028/www.scientific.net/amr.32.21 . S2CID 44240229 .
^ Плагенс, Оуэн; Кастильо, Мартин; Стейнберг, Теодор; Онг, Тенг-Чонг (2014). «Сбрасываемая башня в Технологическом университете Квинсленда». Cosp . 40 : G0.2–1–14-1. Бибкод : 2014cosp...40E2560P .

Внешние ссылки

СМИ, связанные с капельными трубками, на Викискладе?

[1] ФОН КАМПЕН П., КОНЕМАН Т. и РАТ HJ (2010). Падающая башня в Бремене – обзор, в КОСПАР, Труды 38-й научной ассамблеи КОСПАР, Бремен, Германия, 15–18 июля 2010 г. с. 3587. Доступно по адресу: http://adsabs.harvard.edu/abs/2010cosp...38.3587V [Проверено: 14 июня 2011 г.]

[2] КОНЕМАН Т., ФОН КАМПЕН П. и РАТ HJ (2010). Сбрасываемая башня Бремен – экспериментальная эксплуатация, в COSPSAR, Труды 38-й научной ассамблеи COSPAR, Бремен, Германия, 15–18 июля 2010 г., том 38 COSPAR, Пленарное заседание. п. 3588. Доступно по адресу: http://adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-data_query?bibcode=2010cosp...38.3588K&link_type=ARTICLE&db_key=AST&high= [Доступ: 14 июня 2011 г.]

[3] ttp://www.mext.go.jp/a_menu/kaihatu/space/kaihatsushi/detail/1299905.htm. Архивировано 20 марта 2012 г. в Wayback Machine [на японском языке].

[4] «Использование космической среды» www.hastic.jp Проверено 14 января 2020 г.

[5] Чжан, X.; Юань, Л.; ВУ; Тиан, Л.; ЯО, К. (2005). «Некоторые ключевые методы эксперимента с падением башни Национальной лаборатории микрогравитации (Китай) (NMLC)» . Наука в Китае. Серия E: Технологические науки . 48 (3): 305–316. Бибкод : 2005ScChE..48..305Z . дои : 10.1360/102004-21 . S2CID 110511662 .

[6] Джексон, Джоанна (2007). Год из жизни Кью Гарденс . Фрэнсис Линкольн Лимитед. п. 86. ИСБН 9780711226838 .

[7] Стейнберг, Т. (2008). «Возможности испытаний и исследований пониженной гравитации в новой башне падения 2,0 секунды Квинслендского технологического университета» . Передовые исследования материалов . 32 : 21–24. дои : 10.4028/www.scientific.net/amr.32.21 . S2CID 44240229 .

[8] Плагенс, Оуэн; Кастильо, Мартин; Стейнберг, Теодор; Онг, Тенг-Чонг (2014). «Сбрасываемая башня в Технологическом университете Квинсленда». Cosp . 40 : G0.2–1–14-1. Бибкод : 2014cosp...40E2560P .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]