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中国简单一招轻松搞定超音速音爆?或改变飞机基本设计原理!

2025-01-08 02:00:17

  民航飞机为什么没有超音速?因为音爆会导致地面巨大噪声甚至破坏,所以各国都禁止超音速飞行。美国宇航局为了解决音爆问题,甚至开发了一款奇葩的X-59静超音速飞机。有多奇葩呢?它的机头超尖细,差不多占了整个机身一半的长度,还把挡风玻璃都取消了,只能“盲飞”,将于今年开始测试飞行。

  不过现在,NASA的钱和努力可能要打水漂了——当然,这是开玩笑。中国科学家近日已经找到一种超级简单的办法,不但可以解决超音速飞行的音爆问题,还可以把飞机的空气动力学效率提高10%以上,根据《南华早报》的报道,这项研究已发表在上个月的中国《空气动力学学报》上。

  固定翼飞机之所以能够产生升力,是因为机翼上表面弯曲,气流流过的距离比平坦的下表面长,伯努利效应导致上表面气流速度更快,气压更低,下表面则流速较慢,气压较高,从而产生净升力让飞机升起来。

  这就像踢香蕉球,球旋转导致一侧空气流速加快,因而会形成弧线路径。或者你也可以拿一张纸,放在下嘴唇上,然后吹气,纸也会向上方飘起。

  球速越快,香蕉球弧度越大,守门员越无可奈何。飞机越快,产生的升力也会越大,但当飞机接近或超过音速时,飞机前后方的一系列压力波,会因为无法相互避让,而合并成以音速传播的冲击波,形成音锥,产生音爆。

  而这种冲击波也会在机翼后缘产生强烈的湍流,形成阻力降低伯努利效率产生的升力,并且会引发破坏性的剧烈振动——所以飞机需要强化设计才能超音速,但音爆却不可避免。

  西北工业大学的研究人员突发奇想,能不能在机翼上钻个洞来调整气流,阻止机翼后缘形成冲击波呢?经过计算机模拟和风洞试验,他们发现这种方式不但可以扰乱冲击波,减轻机翼的振动,还可以让气动效率提升10%以上,可以说是一举三得。尽管升力可能会损失一些,但整体阻力减少仍然会导致更高的升阻比。

  研究人员然后又给孔洞加上盖子,以及在洞中安装气泵,让飞机在超音速时才打开孔洞,吸入机翼下方空气从上方喷出的设计,并且可以根据速度和气压调整喷流,从而更好地消除音爆。

  当然,这项研究目前只是进行了风洞试验,还没有应用到飞机设计中,但这一简单的解决方案如果被证明切实可行,有可能会改变1903年莱特兄弟发明飞机以来的飞机基本设计原理,成为航空领域的又一个重大突破。

  好吧,我也有了一个超级大胆的想法,以后是不是在飞船上装个黑洞,就可以扰乱时空超光速飞行了呢?欢迎大家脑洞!

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