伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校航空航天工程系的研究员黛博拉·莱文说:“我们将压力降低了1 / 8，这是实验学家无法做到的。”“在一个实际的腔室中，他们试图降低压力，但无法降低太多，因为这些设备被设计为在特定区域内运行。如果压力太低，他们就无法操作。当我们在模拟中降低压力时，我们发现流动中的不稳定性得到了缓解。我们仍然有很多旋涡结构——分离气泡和漩涡——它们仍然存在。但就时间变化而言，这些数据更容易处理，更容易理解。”

莱文和她当时的博士生Ozgur Tumuklu以及来自利物浦大学的Vassilis Theofilis一起进行了这项研究。

采用直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法，一种高保真的物理方法来模拟高超声速流动。但是，像任何方法一样，它也有优点和缺点。一个缺点是，它通过收集大量的碰撞数据来创建流，产生大量的粒子数据，以及随之而来的统计噪声。

研究人员将DSMC结果输入到窗口适当正交分解程序中，这是一个被称为降阶模型的例子，使DSMC结果的时间行为分析更加可行。

“这是一个非常聪明的方法，更容易处理，可以减少计算工作量，”莱文说。“在我们拥有这项技术之前，我们会选择压力、密度和温度的三维数据，这些数据在车辆外部形状的整个流动过程中都在变化。我们会坐在流程的不同位置，在每个时间步骤收集数据。它最终变成了一场寻宝游戏——你看这里，你看那里，无论你认为哪里有流动的敏感部分，你都可以看到一些变化。

莱文说:“使用WPOD的主要区别在于，它组织了所有的空间数据，这些数据是随时间变化的，它给了你一些关于它认为的衰变模式的想法。”

除了应用这种新方法来解释数据外，研究小组还获得了关于高超音速流动中发生的化学反应的新知识。该研究考察了三种类型的气体成分——分子氮，由分子氮和氧气组成的非反应空气，以及氧气解离和一氧化氮交换反应的反应空气。

“我们了解了振动温度，”莱文说。“这些通常很难计算。我们学会了预测化学物质的种类，比如一氧化氮——一种气相的化合物，只存在于非常少量的物质中。它是由千分之一的粒子在高超音速流中产生的。它不是主要成分，不像79%的氮，但它非常重要，我们希望能够预测它。使用这种技术，我们可以更容易地做到这一点。正因为如此，我们能够了解产生一氧化氮的流动中化学物质的影响，以及它如何影响不同的稳定模式。”

图穆克鲁通过将所有数据保存在帧中创建短视频，然后加速以显示流如何随时间演变。虽然没有受过训练的人很难看到，但莱文说，视频显示了没有化学反应的氮气箱和由79%的氮气和21%的氧气组成的反应空气箱之间的冲击相互作用方式的差异，这是地球大气中空气的组成。

“视频中还有一个被称为‘三点’的特征，用红点表示。如果你仔细看这两个视频，氮原子的三相点从不移动;当周围的一切都在移动时，它却停留在一个位置。

但是在空气反应的情况下，三相点是移动的。它来回振荡，周围的一切都在运动，”莱文说。“这告诉我们有效的化学反应是什么。它们将额外的热量或能量倾倒到流动中，这改变了不稳定，不稳定的行为。

莱文说，飞机设计师过度设计，以弥补不知道确切需求的不足，例如，隔热板所需的最小厚度。

“最终，通过这项基础研究，我们将得到一些答案，为处于设计水平的人们提供一些经验法则，”她说。“他们不需要进行千万亿次的计算，但他们会知道，如果他们在攻角的特定位置有特定的形状，他们就需要在设计航天器安全重返地球大气层或其他大气层时担心不稳定性。他们可以取出襟翼或重新定位襟翼作为控制面，以尽量减少或防止不稳定。”