高超音速飞行:30分钟内海岸至海岸

这篇文章最初是由我们的姊妹网站自由思想发表的。

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千年猎鹰的飞行速度可能比太空中的光速快,但是在气氛中 – 行星周围的气体层 – 走私者的宇宙飞船的速度并不比乘客喷气式飞机快得多。事实证明,以超速进入气氛引入了许多问题。研究人员正在努力通过出奇的小风洞解决高超音速飞行的大型设计挑战。

想象一下,大约30分钟内乘飞机上飞机上下班,并在海岸到海岸旅行,或者飞往外太空度蜜月假期。机械工程师克里斯·科姆斯(Chris Combs)说,将来可能不会太远。他正在研究高超音速对飞机的影响。

在高超音速飞行中,飞机,火箭或导弹可以通过大气层每小时超过4,000英里的速度。虽然军事用途可能是第一个明显的应用,但Combs说,高超音速旅行在平民旅行中也起着作用,甚至是太空旅游。

“这是一个必须解决的问题,可以解决空间访问和使太空飞行(甚至太空旅游)的问题。为了做到这一点,您必须了解高超音速,因为任何回到地球的东西(或)任何落在另一个星球上的东西都将处理高音环境,”他说。

“您可以在全国范围内进行晚餐预订,然后回家 – 在相同的时间内,您需要开车穿越城镇来接孩子。”

克里斯·科姆斯

超声波飞行的速度比声音速度(大约在5马赫上)快得多,在该声音中,气流的物理变化变得显着且热无法忍受。

例如,当航天器或卫星(以超声速度行驶)重新进入气氛时,它通常看起来像是发光的火球。这仅仅是因为摩擦。在没有气氛的空间真空中,摩擦是无问题的。没有摩擦的抵抗(来自大气气体),航天器可以真正加快速度,达到目前在地球大气中不太可能的超声速度。2019年,当俄罗斯成为第一个部署高音核弹的国家时,俄罗斯震惊了世界。现在,美国希望领导商业超音速旅行。但是,尝试将人类放在潜在的热箱中,并且 – 没人愿意给它试用。取而代之的是,Combs及其在得克萨斯大学圣安东尼奥分校的团队正在建造一条高音风洞,计划于本月完成。

高音风隧道很少见。 UTSA设施将是美国学术校园的三个高超音速设施之一,可以达到超过7马赫的速度。但这并不是您可能想象的高超音速飞行研究的最先进设施。风隧道是一个八英寸的管,一端带有真空水箱。

当真空以极高的速度将空气拉入隧道时,加压管会在测试部分中产生高血压风流。每个测试仅持续一秒钟,但创建了数千个数据点。

梳子说不要想象风洞中的热轮式模型。他没有构建缩放的F-35进行测试。取而代之的是,他检查了一个组件,例如鳍,机翼或坡道。尽管如此,还可以从小型模型中了解大量飞行的物理学。

克里斯·科姆斯(Chris Combs)和他的团队站在UTSA Mach 7 Ludwieg Tube的真空室前,该室将于本月完成。 (由UTSA工程提供的照片。)Combs说,实际上是不可能在地面上进行全面测试飞行的。除了您必须采取巨大的空气外,您还必须采取模仿飞机周围的高超音速速度外,摩擦还可以从根本上改变空气化学,并加热到地面设施不可能处理的温度。 Combs的迷你风洞达到了800°Fahrenheit,与全尺度的超音速飞行相比,这被认为是“冷”的。

使事情变得更加复杂的是冲击波的存在:高超音速速度产生的气压急剧变化,这些速度足以在飞机上吹一个孔。为了研究此问题,梳子正在测试风洞中的各种粗糙度和质地的飞机材料,以了解它们与冲击波的关系。

在超音速飞行中,飞机的速度可以更快地达到每小时4,000英里的速度。

现在 – 由于我们的研究还不是完美的 – 工程师通过过度工程飞机进行补偿。 “例如,火星科学实验室(Mars Science Lab)降落时,它的隔热罩厚了约10倍,” Combs说,NASA只有事实后才学到了一些东西。

在这些利润率内建造飞机的成本很高,带薪较小,将商业实体置于游戏之外。 Combs说,超音速旅行不仅适合少数想要去太空的人,而且对于地球上的人来说也很普遍。

原创文章,作者:小彭山,如若转载,请注明出处:http://www.dsonekey.com/2973.html

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