Многие из нас бывали на авиашоу, аэродромах и знают, что представляют собой звуковые удары.
Эти оглушительные шумы создаются самолетами, превышающими скорость звука. Они частично объясняют, почему пассажирские авиалайнеры курсируют по небу на более медленных и менее агрессивных скоростях.
Сотрудники Университета в Буффало работают над решением проблем, связанных с превышением звукового барьера.
Представьте себе невероятно быстрые беспилотные летательные аппараты, предоставляющие более обновленную и тонкую информацию об атмосфере Земли, которая могла бы помочь лучше прогнозировать смертоносные штормы.
Исследование относится к классической кинетической теории австрийского физика Людвига Больцмана, которая использует движение молекул газа для объяснения повседневных явлений, таких как температура и давление.
Работа ученых расширяет классическую кинетическую теорию в высокоскоростную аэродинамику, включая гиперзвуковую скорость, которая начинается со скоростью 6173,44 км в час или примерно в пять раз больше скорости звука. Цель нового исследования - решить давние проблемы, связанные с высокоскоростной аэродинамикой.
Идею сверхзвуковых пассажирских самолетов не нова. Пожалуй, самым известным является Concorde, который летал с 1976-2003 годов. Несмотря на успех, его преследовали жалобы на шум и дорогостоящие эксплуатационные расходы.
Совсем недавно Boeing объявил о планах создания гиперзвукового авиалайнера, а NASA работает над сверхзвуковым проектом под названием QueSST, сокращенно от Quiet Supersonic Technology.
Сокращение пресловутого звукового бума - это только начало. По словам ученых, в сверхзвуковом полете нужно ответить на последнюю нерешенную проблему в классической физике: турбулентность.
Чтобы создать более эффективные, менее дорогие и более тихие самолеты, которые превышают звуковой барьер, исследовательскому сообществу необходимо лучше понять, что происходит с воздухом, окружающим эти транспортные средства.
Многое неизвестно о воздушном потоке, когда достигаются гиперзвуковые скорости. Например, вокруг самолета образуются вихри, создающие турбулентность, которая влияет на то, как самолет маневрирует в атмосфере.
Для решения этих сложных проблем исследователи исторически использовали аэродинамические трубы, которые являются исследовательскими лабораториями, воспроизводящими условия, с которыми сталкиваются транспортные средства в воздухе или космосе. Хотя эти лаборатории эффективны, они могут быть дорогостоящими в эксплуатации и обслуживании.
В результате многие исследователи повернулись в сторону прямого численного моделирования (DNS). DNS с высокопроизводительными вычислениями может помочь решить проблемы турбулентности. Но уравнения, которые использовали ученые, по существу недействительны при сверхзвуковых и гиперзвуковых скоростях.
В конечном счете, работа может привести к прогрессу в том, как проектируются сверхзвуковые и гиперзвуковые самолеты, все от формы автомобиля до того, из каких материалов он сделан. Цель, по словам ученых, - новый класс самолетов, которые быстрее, тише, дешевле в эксплуатации и безопаснее.
