Китайские исследователи разработали новую конструкцию крыла, которая могла бы устранить одно из основных препятствий на пути полета на сверхвысоких скоростях: сверхзвуковой удар.
Для многих энтузиастов авиации понятие «сверхзвуковой полет» вызывает одновременно футуристичные и ностальгические мысли, связанные с такими хорошо известными в недалеком прошлом пассажирскими самолетами, как Ту-144 и Concorde, которые развивали скорость более 2000 км/ч. Однако, несмотря на свою скорость, эти самолеты настиг трагический конец из-за различных проблем, в том числе из-за сверхзвукового взрыва. Это явление, выражающееся в сильном сверхзвуковом ударе, проявляется, когда самолет превышает скорость 1 Маха (1234,8 км/ч). Это возникает в результате ударной волны, создаваемой самолетом при прохождении звукового барьера.
В течение последних нескольких лет ученые во многих странах работали над решением этой проблемы сверхзвукового удара в надежде снова сделать сверхзвуковые путешествия возможными для пассажиров. И в этом отношении замечательный прогресс, как представляется, недавно достигнут в Китае.
Команда из Северо-Западного китайского политехнического университета в провинции Шэньси опубликовала статью, описывающую этот прорыв, в авиационном журнале Acta Aerodynamica Sinica. По мнению авторов исследования, конструкция крыла самолетов до сих пор была основана на принципе Бернулли. Последний гласит, что более быстрый поток воздуха над крылом приводит к снижению давления, в то время как более медленный поток воздуха под крылом создает более высокое давление, создавая подъемную силу. Однако, по мере приближения самолета к скорости 1 Маха эта сила, поднимающая его, уменьшается, и ударные волны, вызванные полетом на высокой скорости, приводят к турбулентности и торможению.
Самолеты, преодолевающие звуковой барьер, испытывают сильное давление воздуха. Чтобы устранить эти явления, китайские исследователи из вышеупомянутого университета разработали новую конструкцию крыла с отверстиями. Они открываются только тогда, когда самолет превышает скорость звука. По словам профессора Гао Чао, участвовавшего в исследовании, эта конструкция позволяет разрушать ударные волны, создаваемые скоростью при прохождении звукового барьера. Кроме того, это помогает уменьшить турбулентность и, следовательно, возникающие в результате вибрации.
Чтобы оценить эффективность их конструкции, ученые провели компьютерное моделирование. Они утверждают, что также проводили испытания в аэродинамической трубе. Результаты показали, что использование крыльев с отверстиями может позволить самолету летать на сверхзвуковых скоростях более плавно и стабильно. Нарушая воздушный поток, небольшие отверстия в крыльях помогают уменьшить сверхзвуковой удар. Кроме того, команда обнаружила улучшение аэродинамической эффективности примерно на 10 %.
Команда китайских ученых считает, что их решение является самым простым и эффективным. Как сообщает South China Morning Post, нетрадиционный метод сверления отверстий в крыле, предложенный исследователями, принес два основных преимущества:
- уменьшенный звуковой удар (позволяя воздушному потоку проходить от нижней поверхности к верхней, отверстия эффективно смягчают колебания ударной волны, уменьшая интенсивность сверхзвукового удара);
- улучшенная аэродинамическая эффективность.
Итак, исследователи из Северо-Западного политехнического университета под руководством профессора Гао Чао предложили решение: когда самолет превышает скорость звука, в крыле открывается крышка, позволяющая воздушному потоку собираться и предотвращать ударные волны. Возникающий таким образом воздушный насос регулирует воздушную струю, предотвращая турбулентность и практически устраняя вибрацию крыла. Эта инновационная конструкция может решить проблемы, связанные со сверхзвуковыми полетами, сделав их более доступными и эффективными. "При использовании управления реактивной струей для подавления воздействия ударной волны, хотя и происходит небольшая потеря подъемной силы, это может снизить общее лобовое сопротивление, поэтому соотношение подъемной силы и лобового сопротивления увеличивается, а не уменьшается", - написали Чао и его коллеги в авиационном журнале Acta Aerodynamica Sinica.
Исследователи из Китая и США, изучили различные методы снижения турбулентности и ударной волны при сверхзвуковом полете. К ним относится, в частности, добавление канавок или выступов на поверхность крыла, установка механических устройств для подавления ударных волн, использование пьезоэлектрических пленочных покрытий для управления воздушным потоком. Сверхзвуковой реактивный самолет НАСА X-59, в котором внедряются американские инновации для снижения уровня сверхзвукового удара, готовится к своему первому испытательному полету в этом году. Однако команда Гао считает, что их решение является самым простым и эффективным. Они планируют провести дальнейшие испытания, чтобы разработать свою технологию для практического применения.
