طراحی جدید بال چین با سوراخ‌ها می‌تواند انفجار صوتی را کاهش داده و هواپیمایی را بهبود بخشد
انفجارهای صوتی و شوک‌های هواپیمایی به همراه شیشه‌های شکسته‌ای که معمولاً ایجاد می‌کنند، تا کنون موانع اصلی برای بازگشت هواپیماهای مافوق صوت بوده‌اند. با این حال، دانشمندان دانشگاه پلی‌تکنیک شمال غربی در چین راه قابل توجهی برای کاهش اثرات این پدیده‌ها یافته‌اند.
بال‌های هواپیماهای معمولی براساس اصول طراحی‌ای که توسط برادران رایت تعیین شده‌اند و براساس اصل برنولی ساخته می‌شوند. این اصل بیان می‌کند که سرعت بالای جریان هوا در بالای بال باعث کاهش فشار می‌شود، در حالی که جریان آهسته‌تر در پایین بال فشار بیشتری ایجاد می‌کند و بنابراین هواپیما بلند می‌شود.
با این حال، زمانی که یک هواپیما به سرعت صوت نزدیک می‌شود، امواج شوک به وجود می‌آیند و تلاطم و کشش را ایجاد می‌کنند. این امر باعث کاهش بالاروی و ایجاد ارتعاشات مخرب می‌شود.
تیم تحقیقاتی به رهبری پروفسور گائو چائو از دانشکده هوانوردی دانشگاه پیشنهاد کرد که سوراخ‌های استراتژیکی در بال‌ها می‌تواند این اثرات منفی را برطرف کند.
آنها از شبیه‌سازی‌های کامپیوتری و آزمایش‌های تونل بادی استفاده کردند که نشان داد سوراخ‌های بال امواج شوک را مختل کرده و ارتعاشات ناشی از آنها را کاهش می‌دهند. به طور شگفت‌انگیزی، آنها همچنین افزایشی بیش از ۱۰ درصد در بهره‌وری ایرودینامیکی دریافتند.
لحظه‌ای مهم در طراحی هواپیما
چند کشور توانایی تولید جت‌های مافوق صوت را دارند زیرا این هواپیماها نیاز به سازه‌های ویژه و گران‌قیمتی برای تحمل نیروهای موجود در سرعت‌های مافوق صوت دارند. علاوه بر این، انفجارهای صوتی ناشی از آنها محدودیت‌هایی برای سفرهای مافوق صوت بر فراز مناطق مسکونی ایجاد کرده و به طور قابل توجهی به بازنشستگی کنکورد در سال ۲۰۰۳ کمک کرده‌اند.
راه حل تیم تحقیقاتی ساده، زیبا و مؤثر است. با پوشاندن سوراخ‌ها با مکانیزمی که فقط وقتی هواپیما از سرعت صوت عبور کند باز می‌شود، می‌توان جریان هوا در اطراف بال را به طور مؤثر مدیریت کرد.
درون این سوراخ‌ها یک پمپ هوا وجود دارد که شدت جریان جت را تنظیم می‌کند و تلاطم به سمت جلوی بال را محدود می‌کند. این امر باعث کاهش ارتعاشات بال می‌شود. با وجود کاهش جزئی در بالاروی، کاهش کلی کشش باعث افزایش نسبت بالاروی به کشش می‌شود.
آینده و تلاش‌های جهانی
در حالی که تیم تحقیقاتی اکنون به دنبال آزمایش‌های بیشتر در تونل بادی برای بهبود فناوری خود هستند، تیم‌های تحقیقاتی دیگر در سراسر جهان به دنبال راه حل‌هایی برای چالش‌های مواجهه با پروازهای مافوق صوت هستند، گزارش می‌دهد South China Morning Post .
این تلاش‌ها شامل افزودن شیارها یا برآمدگی‌ها به سطوح بال، استفاده از دستگاه‌های مکانیکی برای سرکوب امواج شوک، و استفاده از پوشش‌های فیلم پیزوالکتریک برای کنترل جریان هوا می‌شود.
انتظار می‌رود ناسا با همکاری لاکهید مارتین امسال اولین پرواز آزمایشی جت مافوق صوت تجربی X-59 خود را انجام دهد. این هواپیما دارای بینی بلند و کابینی بدون پنجره روبرو است که برای کاهش نویز پروازهای مافوق صوت طراحی شده است.
تیم گائو با این حال به راه حل خود مطمئن است. «هنگامی که از کنترل جریان جت برای سرکوب تلاطم امواج شوک استفاده می‌شود، با وجود کاهش جزئی در بالاروی، می‌تواند کشش کلی را کاهش دهد، بنابراین نسبت بالاروی به کشش افزایش می‌یابد نه کاهش.» آنها در گزارش خود افزودند.
یافته‌های این تیم در مجله هوانوردی چینی Acta Aerodynamica Sinica منتشر شد.
