Сверхзвуковой Биплан
Неуклюжие, полотнянные, в раскачалках и фанерных коробах, бипланы некогда господствовали на небе во времена рождения авиации и в годы Первой мировой войны.
Новое это хорошо забытое старое и вот спустя сотню лет старая идея готовится взлететь ввысь. Новая версия биплана сможет летать со сверхзвуковой круизной скоростью без сверхзвуковых хлопков, порождаемых ударной волной при прохождении звукового барьера.
По крайней мере так утверждают специалисты подразделения компьютерного моделирования Массачусетского технологического института и Стэнфордского университета.
Исследователи проанализировали около 700 различных конфигураций крыльев, прежде чем выбрать наиболее оптимальную форму. По словам ученых, новая модель биплана позволит снизить расход топлива сверхзвукового самолета в два раза по сравнению с такими сверхзвуковыми пассажирскими самолетами, как «Конкорд».
Однако, проекту не хватает подъемной силы: два крыла создают очень узкий канал, через который может пройти только ограниченное количество воздуха. При переходе на сверхзвуковую скорость, канал может существенно «тормозить аппарат, создавая невероятное сопротивление.
Весьма противоречивая конструкция может прекрасно работать на сверхзвуковых скоростях, он она не может преодолеть сопротивление для достижения этих скоростей.
Одним из вариантов обхода мертвой точки является создание схемы с изменяемой формой крыла что позволит обойти момент перехода на сверхзвуковую скорость.
Скорее всего за основу оптимизма разработчиков взяты результаты исследований о прохождении сверхзвукового потока мимо пластины с одной гризонтальной поверхностью.
На лицо явное снижение уровня возмущений по сравнению с верхним ударным фронтом.
А вот эти фотографии обьясняют наличие порога в который уткнулись разработчики при достижении скорости звука.
В канале между симметричными профилями в аэродинамической трубе происходит запирание. На снимке слева слабая нормальная ударная волна возвращает поток практически к тому же числу Маха, равному 0,65 и соответствующему дозвуковому запиранию, которое имеет место перед решеткой. На снимке справа течение за звуковой горловиной сопла становится сверхзвуковым и достигает за решеткой максимального числа Маха, равного 1,4, о чем свидетельствуют маховские бриллиантообразные структуры, образующиеся за задними кромками. При визуализации шлирен-методом кромка ножа горизонтальна.
Видимо с помощью профиля внутренних плоскостей разработчики пытаются отвязаться от того что проявляется на правом снимке. Сколее всего путем взаимного гашения двух сверхзвуковых волн внутри канала. Причем это гашение будет наблюдаться только в определенном режиме скорости.
Кроме этого задействуется и явление наблюдаемое при сверхзвуковом движени в трубах.
Сверхзвуковое течение в трубе можно создать только в том случае, если в трубе имеется поджатие или горловина. Если отношение давлений p0/pв достаточно велико, то в горловине с площадью поперечного сечения Aкр достигается скорость звука, а в последующей части трубы скорость течения становится сверхзвуковой. Число Маха течения на выходе Мв определяется отношением площадей Ав/Акр.
Если относительное давление р0/рв меньше значения, приведенного в таблице, то в расширяющейся части трубы возникает прямой скачок уплотнения, за которым течение снова становится дозвуковым.
Интересное:
В экспериментальных исследованиях аэродинамического нагрева, например, при условиях, соответствующих входу в атмосферу возвращаемого космического аппарата, модель и аэродинамическая труба сгорят, если время измерений не ограничить. В таких исследованиях высокие температуры и давления часто создают ударной или детонационной волной; соответствующее устройство называется ударной трубой. Ударная волна возникает при разрыве диафрагмы, разделяющей области высокого и низкого давления. По мере продвижения ударной волны по трубе газ, прошедший через ударную волну, нагревается, сжимается и движется вслед за ней. При расширении потока создается течение с большим числом Маха и высокой температурой торможения. Время существования такого течения измеряется миллисекундами, так что суммарная тепловая нагрузка остается невысокой.
