Летенето до всяка точка на Земята само за 1 час е възможно: ново откритие за свръхзвуков полет

Ново изследване ни приближава до разработването на хиперзвукови пътнически самолети, позволявайки на пътниците да достигнат до всяка точка на света само за час.

Учените успяха да потвърдят хипотезата на Морковин и да демонстрират, че турбуленцията на въздуха при скорости шест пъти по-високи от скоростта на звука е подобна на турбуленцията при по-бавните въздушни потоци. Това откритие ни доближава до разработването на хиперзвукови пътнически самолети, които ще позволят пътуване по целия свят за много кратко време. Проучването е публикувано в списание Nature Communications, според SciTechDaily.

Свръхзвуковите полети и проблемът с турбуленцията

Хиперзвуковите пътнически пътувания по въздух все още се считат за научна фантастика. Но полетът с хиперзвуков самолет, например, от Австралия до САЩ, може да отнеме само един час вместо петнадесет с конвенционален самолет.

Припомняме, че скоростта на звука е 1224 км/ч. За да може пътнически самолет да прелети от Австралия до САЩ за един час, той ще трябва да достигне скорост 10 пъти по-голяма от скоростта на звука. Най-голямото предизвикателство е силната турбуленция, която възниква при полет с такива скорости.

Въздухът се държи различно при високи и ниски скорости и аерокосмическите инженери използват термини като несвиваем и свиваем въздушен поток, за да опишат тази разлика. При несвиваемият въздушен поток, който се получава при скорости под 350 км/ч (220 мили/ч), плътността на въздуха остава практически постоянна, което опростява изчисленията за проектирането на самолети. Въпреки това, веднага щом въздушният поток надвиши скоростта на звука, той става свиваем.

Компресията на въздуха води до драстични промени в плътността му при изменения в налягането и температурата. Това влияе върху взаимодействието на самолета с околния въздух. Свиваемостта на въздушния поток влияе върху обтекаемостта на корпуса на самолета, което може да промени подемната сила, съпротивлението и тягата, необходими за полет. Тези фактори са от решаващо значение за проектирането на всеки самолет.

Хипотезата на Морковин: ключът към хиперзвуковите пътнически самолети

Инженерите все още не разбират напълно как въздушният поток преминава през корпуса на самолет със скорости 5-10 пъти по-високи от скоростта на звука. Тази мистерия остава неразгадана, но хипотезата на Морковин държи ключа.

Тази хипотеза е предложена от Марк Морковин в средата на 20-ти век. Според нея, когато въздухът се движи със скорост 5-6 пъти по-голяма от скоростта на звука, турбуленцията остава практически непроменена и е подобна на наблюдаваната, когато въздухът се движи с по-ниска скорост.

По същество хипотезата на Морковин предполага, че турбулентният въздушен поток при ниски и високи скорости не се различава съществено. Ако тази хипотеза е вярна, тогава разбирането на високоскоростната турбулентност е излишно. Учените казват, че знанията, приложими за по-бавните въздушни потоци, могат да бъдат използвани при проектирането на хиперзвукови летателни апарати.

Досега изследователите не разполагаха с достатъчно експериментални доказателства за хипотезата на Морковин. Авторите на новото изследване коригираха това.

Полетът до всяка точка на Земята за един час вече е по-близо до реалността

Те използвали лазери за йонизация на криптоновия газ, изпълващ аеродинамичния тунел. Това временно накарало криптоновите атоми да образуват първоначално права, светеща линия. След това учените използвали камери с ултрависока резолюция, за да заснемат тази линия, докато тя се движела, извивала и усуквала през въздуха в аеродинамичния тунел. Наблюденията разкрили, че поведението на турбулентния въздушен поток при скорости шест пъти по-големи от скоростта на звука е много подобно на това на несвиваемия въздушен поток.

Въпреки че учените не успели да потвърдят напълно хипотезата на Морковин, това проучване доближава хиперзвуковите пътнически пътувания до реалността. Учените казват, че самолетите не се нуждаят от нова конструкция, за да летят със скорости, по-големи от шест пъти скоростта на звука.