کاهش صدای شکستن دیوار صوتی با طراحی جدید بال هواپیماهای مافوق صوت

 امواج صوتی حاصل از شکستن دیوار صوتی با امواج ضربه‌ای و شکسته شدن پنجره‌ها همراه هستند و همواره از موانع اصلی جلوگیری از بازگشت هواپیماهای مافوق صوت بوده‌اند. با این حال، دانشمندان دانشگاه پلی تکنیک نورث‌وسترن در چین راهی قابل توجه برای کاهش اثرات این پدیده یافته‌اند.

بال‌های هواپیماهای معمولی از اصول طراحی که توسط برادران رایت ایجاد شده است، پیروی می‌کنند و بر اصل برنولی تکیه دارند. این امر حکم می‌کند که جریان هوای سریع‌تر بالای بال منجر به فشار کمتری می‌شود، در حالی که جریان هوای آهسته‌تر در زیر بال، فشار بیشتری ایجاد می‌کند و در نتیجه هواپیما را بلند می‌کند.

با این حال، با نزدیک شدن یک هواپیما به سرعت صوت، امواج ضربه‌ای به وجود می‌آیند و تلاطم و کشش ایجاد می‌کنند. این امواج، کشش را کاهش می‌دهند و باعث ایجاد ارتعاشات مخرب می‌شوند.

این تیم تحقیقاتی به سرپرستی پروفسور گائو چائو از دانشکده هوانوردی دانشگاه نورث‌وسترن می‌گوید که این حفره‌های استراتژیک در بال‌ها می‌توانند این اثرات منفی را رفع کنند.

آنها از شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای و آزمایش‌های تونل باد استفاده کردند که نشان داد این سوراخ‌ها امواج ضربه‌ای را مختل می‌کنند و ارتعاشات ناشی از آن را کاهش می‌دهند. قابل توجه است که آنها افزایش بیش از ۱۰ درصدی را در بازده آیرودینامیکی نیز موجب می‌شوند.

لحظه‌ای حیاتی در طراحی هواپیماها

امروزه تعداد کمی از کشورها قادر به تولید جت‌های مافوق صوت هستند، زیرا این هواپیماها برای مقاومت در برابر نیروهایی که در سرعت‌های مافوق صوت با آنها مواجه می‌شوند، به روش ساخت و ساز تخصصی و گران قیمتی نیاز دارند.

علاوه بر این، امواج حاصل از شکستن دیوار صوتی منجر به ایجاد محدودیت‌هایی در سفرهای مافوق صوت در مناطق پرجمعیت شده است و هواپیماهای فوق‌العاده‌ای نظیر کنکورد را از سال ۲۰۰۳ بازنشسته کرده است.

راه حل مهندسان چینی ساده، زیبا و مؤثر است. آنها با پوشاندن این سوراخ‌ها با مکانیزمی که تنها زمانی باز می‌شوند که هواپیما از سرعت صوت فراتر رود، می‌توانند به طور مؤثر جریان هوا را در اطراف بال مدیریت کنند.

درون این حفره‌ها یک پمپ هوا وجود دارد که شدت جریان جت را تنظیم می‌کند و تلاطم را به سمت جلوی بال محدود می‌کند. این باعث کاهش لرزش بال می‌شود.

چشم انداز آینده و تلاش‌های جهانی

به گزارش ساوث چاینا مورنینگ پست، در حالی که این تیم اکنون مشتاق آزمایش‌های بیشتر در تونل باد برای اصلاح فناوری خود هستند، تیم‌های تحقیقاتی دیگر در سراسر جهان به دنبال راه حل‌هایی برای چالش‌های پیش روی پرواز مافوق صوت هستند.

این تلاش‌ها شامل افزودن شیارها یا برآمدگی‌ها به سطوح بال، استفاده از دستگاه‌های مکانیکی برای سرکوب امواج ضربه‌ای و اعمال پوشش‌های پیزوالکتریک برای کنترل جریان هواست.

انتظار می‌رود ناسا با همکاری لاکهید مارتین اولین پرواز آزمایشی جت مافوق صوت آزمایشی X-۵۹ خود را در سال جاری انجام دهد. این هواپیما دارای یک دماغه دراز و یک کابین خلبان بدون شیشه جلویی است که برای کاهش قابل توجه صدای پرواز مافوق صوت طراحی شده است.

با این حال، این تیم به راه حل خود مطمئن است. آنها در گزارش خود خاطرنشان کردند: هنگامی که از کنترل جریان جت برای سرکوب موج ضربه استفاده می‌شود، اگرچه کاهش جزئی بالابری وجود دارد، اما می‌تواند کشش کلی را کاهش دهد، بنابراین نسبت بالابری به کشش به جای کاهش، افزایش می‌یابد.

یافته‌های این تیم در مجله هوانوردی چینی Acta Aerodynamica Sinica منتشر شده است.