Биплан Буземанна
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( февраль 2021 г. ) |
Биплан Буземана — это теоретическая конфигурация самолета , изобретенная Адольфом Буземаном , которая позволяет избежать образования N-типа ударных волн и, таким образом, не создает звуковой удар или связанное с ним волновое сопротивление . Однако в своей первоначальной форме он также не создает подъемной силы . Концепция биплана Буземанна, который обеспечивает адекватную подъемную силу и может уменьшить интенсивность волн и сопротивление, но не устранить их, была изучена для «безбалочного» сверхзвукового транспорта.
Происхождение
[ редактировать ]Оригинальный биплан Буземанна состоит из двух пластин треугольного сечения, расположенных на определенном расстоянии друг от друга, плоские стороны которых параллельны потоку жидкости. Расстояние между пластинами достаточно велико, чтобы поток не захлебывался и между ними сохранялся сверхзвуковой поток. [1]
Сверхзвуковое обтекание обычного крыла генерирует сжимающие звуковые ударные волны на передней и задней кромках, а между ними — волну расширения. Эти ударные волны соответствуют изменениям давления, которые препятствуют потоку воздуха и называются волновым сопротивлением . В биплане Буземанна передняя ударная волна высокого давления создается внутри и отражается симметрично между внутренними поверхностями двойного клина. Они интерферируют, нейтрализуя как самих себя, так и последующие ударные волны, не оставляя внешней волне распространения до бесконечности и, следовательно, избегая волнового сопротивления. Плоские верхняя и нижняя поверхности не создают ударных волн, поскольку поток параллельный.
Внутреннее выравнивание ударных волн означает, что биплан Буземана создает минимальное волновое сопротивление . [2] Однако плоские внешние поверхности и внутренняя симметрия также означают, что конструкция Буземанна не создает подъемной силы в расчетной точке для оптимального снижения ударной нагрузки и сопротивления.
Нерасчетные условия
[ редактировать ]Работа вдали от расчетной крейсерской скорости или угла атаки разрушает конструктивные помехи и приводит к эффектам ударного удушения и гистерезиса потока, которые значительно увеличивают сопротивление. [3] При ударном удушении ударные волны уменьшают свой обратный угол с каждым отражением от конических поверхностей крыла, пока не образуют ударную стену через зазор. Это вызывает повышение давления и замедление скорости потока, так что возникает гистерезис потока, при котором замедление воздуха приводит к тому, что удушение сохраняется на протяжении всей расчетной точки и за ее пределами, прежде чем оно исчезнет при более высокой скорости самолета. [4]
Подъем бипланов Буземанна
[ редактировать ]Согласно законам движения Ньютона , чтобы получить подъемную силу крыльев, в результате реакции проходящий над ними воздух должен отклоняться вниз. На сверхзвуковых скоростях это создает как минимум одну ударную волну, а возможно и больше. Как и любому другому аэродинамическому профилю, биплану Буземанна можно придать небольшой положительный угол атаки для создания подъемной силы, однако теперь он также будет генерировать внешние ударные волны.
Конфигурацию биплана Буземана все еще можно использовать для минимизации энергии этих ударных волн и связанного с ними сопротивления. [3] [5]
Волновое сопротивление имеет две причины: одна из-за объема или формы самолета, а другая - из-за создаваемой подъемной силы. Концепция Буземанна может устранить сопротивление ударной формы, но не подъемную силу. Оригинальная геометрия Буземанна исключила волновое сопротивление и, следовательно, подъемную силу. Современные конструкции типа Буземанна могут создавать подъемную силу с связанной с ней ударной волной, при этом устраняя большую часть или все сопротивление формы, тем самым достигая значительного повышения эффективности по сравнению с традиционными конструкциями. [3] Они также могут обеспечить адекватную производительность в диапазоне скоростей и углов атаки.
Проблемы нерасчетного дросселирования и гистерезиса могут быть решены за счет использования устройств изменяемой геометрии, таких как закрылки и предкрылки, которые также могут служить устройствами подъемной силы во время взлета и посадки. [3] Другой подход заключается в изменении геометрии профиля, чтобы обеспечить приемлемые характеристики в ряде нерасчетных условий за счет некоторого сопротивления формы даже в оптимальной расчетной точке. [5] [4]
Концепция биплана Буземанна изучалась как концепция «безбалочного» сверхзвукового транспорта. [6]
См. также
[ редактировать ]- Pratt & Whitney J58 использовал впускное отверстие смешанного сжатия, конфигурация которого чувствительна к незапуску, то есть выбросу ударной волны, создающему внешнюю ударную волну в носовой части.
- Лодки -катамараны с пониженным сопротивлением волнению за счет так называемой конструкции разъемного корпуса.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Буземанн, А. (1935). «Аэродинамический подъем на сверхзвуковых скоростях», Luftfahrtforschung , 12-е изд., № 6, октябрь 1935 г., стр. 210–220.
- ^ (2006) «Биплан Буземанна», веб-сайт Университета Тохоку. «Биплан Буземанна» . Архивировано из оригинала 20 июня 2007 г. Проверено 11 октября 2005 г.
- ^ Jump up to: а б с д Кусуносе, Мацусима и Маруяма. (2011). «Сверхзвуковой биплан — обзор». Архивировано 29 сентября 2020 г. на Wayback Machine . Прогресс аэрокосмических наук 47. стр. 53–87.
- ^ Jump up to: а б Ма, Ван, Ву и Е. (2020). «Предотвращение дросселирования потока и гистерезиса потока в биплане Буземана с помощью шахматного подхода» . Журнал Aircraft , том 57, номер 3, май 2020 г.
- ^ Jump up to: а б Ву, Джеймсон и Ван. (2012). «Совместная аэродинамическая оптимизация профилей сверхзвуковых бипланов» . Журнал авиации , Том 49, №3. Май – июнь 2012 г., стр. 802 и далее.
- ^ «Биплан Буземанна» . www.ad.mech.tohoku.ac.jp . Архивировано из оригинала 20 июня 2007 года . Проверено 12 января 2022 г.