Supersonik Ulaşımda Sonic Boom'u Azmak için Nose Cone Design'daki yenilikler

Supersonik ulaşım yarıda uzun zamandır uçuş kez kesmeye söz verir, bir uçak ses hızını aştığında - onlarca yıldır, birçok ülkedeki yaygın süpersonik yolculuk hayal, süpersonik uçuşların en umut verici çözümleri arasında, süpersonik uçuşların en yüksek ihtimalle, patlayıcı gürültünün - en ikonik uçaklardan birinin en güçlü bir şekilde ortaya çıktığını ortaya koyar - bu yüksek çözünürlükte bulunan bir uçakla ilgili olarak, son derece hassas bir şekilde, daha fazla sayıda ülkedeki radarın kapatılmasına yol açtı.

Sonic Boom'un Fiziki

Burn cone tasarımının oğlumik patlamaları nasıl azaltabileceğini anlamak için, temel fizikleri ilk anlamak önemlidir.Bir uçak altonik hızlarda uçarken, uçaktan gelen hava molekülleri, yüzeylerinde sorunsuz bir şekilde akan. Uçaklar geçmiş Mach 1 (barış hızı, kabaca 767 bir patlama modeli) olarak birleştirir, böylece hızlı bir şekilde yükselemez.

Patlamanın yoğunluğu, bu şok dalgalarının gücü ve şekli tarafından belirlenir. Uzun, ince bir burunla süpersonik hava akışı karşılaşmalarının nasıl yayıldığını ve başlangıç şok formlarını ve propagates'i nasıl genişletebileceğini gösterir.

Supersonik Uçuş için Nose Cone Tasarımının Evrimi

Erken Süpersonik Uçak ve Konvansiyonel Nokta

Bell X-1 (1947) ve Concorde ⁇ gibi ilk süpersonik uçak, oldukça basit, keskin bir şekilde tasarlanmış tasarımlara dayanıyordu. Concorde, yaklaşık 90-100 decibels üzerinde ölçülen, yakındaki bir fırtına için daha düşük olabilir.Bu şekilde süpersonik hızlarda azalırken, sonunda Concorde'nin burnuna güçlü bir şekilde yoğunlaşabilir.

Yönelme Odaklanma: Drag Azaltan Açıklamadan Boom

On yıllar boyunca, havacılık mühendisleri, yüksek basınçlı bir hızla, özellikle de modern tasarımların "okuyucu" ile daha uzun bir kısmını ortaya koyduğunu fark etti. Bu konsept, süpersonik biplanet geometrisine veya "daha düşük maliyetli bir şekilde telafi etmek" anlamına geliyor.

Yenilikçi Nose Cone Design Approaches

Ogive ve Von Kármán Profilleri

Temel düşük teleskoplu burun şekillerinden biri, daha yavaş bir basınç artışına sahip olmak için, genellikle daha az yoğun olan Von Kármán burn cone teorisinden türeklenmiş durumdaki (görülen süpersonik bir akış) daha da yüksek bir hıza sahip olmak için (daha uzun süreli bir elipoid-sonsuz) bir şok dalgası üretebilir. Örneğin, NASA'nın erken düşük teleskoplu prototipleri çok yüksek bir eksenli bir hıza sahip.

S-Shaped ve Asymmetric Nose Cones

Daha radikal yenilikler asimetrik veya S- şekilli burun konsüsü içerir. Fikir, uçaktaki uzun burun boyunca “geleneksel” bir şok dalgası oluşturmaktır, böylece zeminde hissedilen baskı, kokpitin 30 feet'den fazla ileri sürdüğü gibi, bu tasarım, X-59 QueSST'nin deneysel süpersonik uçağının ortaya çıkmasına izin verir.

Wave Rider ve Nose Cones

Bir başka kesme yaklaşımı, “yoğun yolcu” konseptidir, burun konesinin kendi şok dalgasının üstüne binmek için şekillendirilir. Bu da şok dalgası yayılım yolunu azaltır ve aynı zamanda patlamayı kırsal alanlardan uzaklaştırır. Waved dalgalı sistemler genellikle ters tasarım yöntemleri kullanılarak tasarlanmıştır: mühendisler istenen zemin baskı imzasını belirtir ve sonra Boom Supersonic (Overture) gibi seslendirme özelliklerini de ortadan kaldırırlar.

Geometri ve Adaptasyon Yok

Daha ileri bakmak, değişken-geometri burnu kones, MIT gibi kurumlarda gerçek zamanlı olarak ayarlanabilir ve iniş için, burun düşük hızlı kullanım geliştirmek için geri dönebilir veya sıra dışı bir şekilde düzeltmeye zorlanabilir; hala süpersonik bir seyir sırasında, MIT gibi kurumlarda bu tür bir şekilde düzeltme şekline söz verir.

C ⁇ Akışkanları Dinamiklerinin Rolü ve Test

Yüksek kaliteli Simülasyonlar

Modern burun kone tasarımı, gelişmiş hesaplamalı akışkan dinamiklerinden (CFD) Tam havaliman simülasyonları kullanılarak, üç boyutlu şok dalga sistemini ince detayda modellemek, sınır tabaka etkileri için muhasebe ve hatta bu simülasyonların tek başına rüzgar tünelleri ile imkansız olması için gerekli olan bir görevdir.

Rüzgar-Tunnel ve Uçuş Testi

Örneğin, NASA Glenn Research Center'ın 8x6 Süpersonik Rüzgar Tüneli'nde, yüksek hızlı şok edici modellerini kullanarak yüksek çözünürlükte yapılan yüksek çözünürlükte balonları test etmek için testler yapılır.Bu tür test, Edwards Basınç Gemisi'nde 2004 "Sonic Boom Signature Test" idi.

Vaka Çalışmaları: Supersonik Uçak Programları

NASA'nın X-59 QueSST

X59 QueSST (Quiet SuperSonic Technology) dünyanın en gelişmiş uçan burn tasarımı için test edildi. Burnu, kokpitin çok ilerisinde olan 30 ayaklı “spike”, hiçbir ileri rüzgarla – pilotlar FAA ve ICAO gibi bir dışsal vizyonu kullanmaya ikna edicidir.

Boom Supersonik Overture

Boom Supersonic'in Overture havayolur, X-59'un başı kadar radikal olmasına rağmen, Boom'un mühendisleri, daha geleneksel bir ama yine de yüksek derecede rafine bir burun kone-baptı ile karıştırılmış bir şekilde, Overture, X-59'un başının yükselmesiyle radikal bir şekilde, Boom'un mühendislerinin Kuzey'in gücü ile birlikte çalışan bir potansiyele sahip olması gerektiği tahmin ediliyor.[değiştir | kaynağı değiştir]

Diğer Contenders: Spike Aerospace and Exosonic

Spike Aerospace (S-512) ve Exosonic gibi küçük şirketler de farklı uçuş rejimleri için takas edilebilir bir şekilde düşük maliyetlidir.Bu uçağın hala erken gelişiminde olduğunu gösteriyorlar, bu da sonraki nesil süpersonik hava çerçevelerinde standart bir özellik haline geliyor.

Malzemeler ve Üretim Yenilikçileri

Gelişmiş burun kone tasarımları malzemeler üzerinde sıkı talepler yapmaktadır.Hızlı ve asimmetrik-nose şekilleri uzun ve incelenir, yüksek sertlikte yüksek sertlikte yüksek oranda karbon fiber epoxy aşırı derecede sert bir şekilde ısıtılırken, süper elektriksel hızlarda ısı ve yağmur erozyonuna karşı sert bir şekilde azaltılır.

Future: Machine Learning and Active Flow Control

Burn cone tasarımındaki bir sonraki sınır, küçük eylemcileri (örneğin, sabit bir şekilde şok dalgasına güvenmek yerine, gelecekteki süpersonik uçaklar yerel baskı dağıtımını ölçmek için sensörler dizisi kullanabilir, sonra küçük bir aksiyonlayıcıları (örneğin mikro-jeter veya deformable paneller) sabit bir şekilde optimize edebilir.

Ek olarak, “boomless” süpersonik uçuş kavramı – MIT ve DLR tarafından yapılan teorik bir çalışma, neredeyse sessiz süpersonik bir seyire ulaşmadığı bir şok yaratmak için tasarlanmıştır, ancak pratik hava çerçeveleri “kamp” baskısını bir artışla birlikte, koniyer bu şekilde kullanılabilir hale getiren bir şekilde kalır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Nose cone inovasyonu sessiz süpersonik taşımanın linchpinidir.Bugünün asimmetrik, aktif olarak aşırı hızlananlar için, mühendisler önemli ölçüde oğlumik boğma yoğunluğunu azaltabileceklerini kanıtlamıştır.X-59 QueSST uçuş testleri, yüksek bir patlamanın yumuşak bir şekilde dönüştürülebileceğinin ilk gerçek dünya kanıtlarını sağlayacaktır - aşırı derecede soğuk bir şekilde aşırı uçarak süpersonik operasyonlar için yol açıyor.