Китайская конструкция крыла с отверстиями может противостоять звуковому удару и стимулировать авиацию

Звуковые удары, ударные волны и разбитые окна, которые они часто вызывают, стали серьезными препятствиями для возвращения сверхзвуковых самолетов. Однако ученые из Северо-Западного политехнического университета в Китае нашли замечательный способ уменьшить последствия этих явлений.

Обычные крылья самолетов следуют принципам проектирования, установленным братьями Райт, и опираются на принцип Бернулли. Он гласит, что более быстрый поток воздуха над верхней частью крыла приводит к снижению давления, в то время как более медленный поток воздуха под ним создает более высокое давление, тем самым поднимая самолет.

Однако, когда самолет приближается к скорости звука, возникают ударные волны, которые создают турбулентность и сопротивление. Они уменьшают подъемную силу и вызывают разрушительные вибрации.

Исследовательская группа под руководством профессора Гао Чао из Школы аэронавтики университета предположила, что стратегические отверстия в крыле могут решить эти пагубные последствия.

Они использовали компьютерное моделирование и эксперименты в аэродинамической трубе, которые продемонстрировали, что отверстия в крыле разрушают ударные волны и смягчают возникающие вибрации. Примечательно, что они также обнаружили повышение аэродинамической эффективности более чем на 10%.

Решающий момент в проектировании самолета

Немногие страны сегодня способны производить сверхзвуковые самолеты, поскольку для этого требуется специализированная и дорогая конструкция, чтобы выдерживать силы, возникающие на сверхзвуковых скоростях. Кроме того, возникшие звуковые удары привели к ограничениям на сверхзвуковые полеты над населенными пунктами и, что особенно заметно, способствовали выводу из эксплуатации Concorde в 2003 году.

Решение команды простое, элегантное и эффективное. Закрыв отверстия механизмом, который открывается только тогда, когда самолет превышает скорость звука, они могут эффективно управлять потоком воздуха вокруг крыла.

Внутри этих отверстий находится воздушный насос, который регулирует интенсивность струи, ограничивая турбулентность по направлению к передней части крыла. Это уменьшает вибрации крыла. Несмотря на небольшую потерю подъемной силы, общее снижение сопротивления приводит к более высокому отношению подъемной силы к лобовому сопротивлению.

Перспективы на будущее и глобальные усилия

В то время как команда теперь с нетерпением ждет дополнительных испытаний в аэродинамической трубе для совершенствования своей технологии, другие исследовательские группы по всему миру ищут решения проблем, с которыми сталкиваются при сверхзвуковых полетах, сообщает The Южно-китайская утренняя почта.

Эти усилия включают добавление канавок или выступов на поверхности крыльев, использование механических устройств для подавления ударных волн и нанесение пьезоэлектрических пленочных покрытий для управления потоком воздуха.

NASA в сотрудничестве с Lockheed Martin, как ожидается, проведет в этом году первый испытательный полет своего экспериментального сверхзвукового самолета X-59. Этот самолет имеет удлиненный нос и кабину без обращенного вперед лобового стекла, что призвано значительно снизить шум сверхзвукового полета.

Однако команда Гао по-прежнему уверена в своем решении. «При использовании управления струей для подавления ударной волны, хотя и происходит небольшая потеря подъемной силы, это может снизить общее сопротивление, поэтому отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению увеличивается, а не уменьшается», — отметили они в своем отчете.

Результаты работы группы были опубликованы в китайском авиационном журнале. Acta Aerodynamica Sinica.