Биплан Буземанна - Busemann biplane

Оригинальный биплан Буземанна, работающий в своей проектной точке

В Биплан Буземанна теоретический самолет конфигурация изобретена Адольф Буземанн, что позволяет избежать образования N-типа ударные волны и, следовательно, не создает ударная волна или связанные волновое сопротивление. Однако в своем первоначальном виде он также не создает подъемной силы. Практичная конструкция биплана Буземана, обеспечивающая достаточную подъемную силу, может уменьшить интенсивность волн и сопротивление, но не устранить их.

Происхождение

Оригинальный биплан Буземана состоит из двух пластин треугольного поперечного сечения, расположенных на определенном расстоянии друг от друга, причем плоские стороны параллельны потоку жидкости. Расстояние между пластинами достаточно велико, чтобы поток не удушение и между ними поддерживается сверхзвуковой поток.[1]

Сверхзвуковое обтекание обычного крыла генерирует сжимающие звуковые ударные волны на передней и задней кромках с волной расширения между ними. Эти ударные волны соответствуют изменениям давления, препятствующим воздушному потоку, известным как волновое сопротивление. В биплане Буземана прямая ударная волна высокого давления создается внутри и симметрично отражается между внутренними поверхностями с двойным клином. Они мешают нейтрализовать как сами себя, так и следующие за ними ударные волны, не оставляя внешней волны для распространения на бесконечность и, следовательно, избегая волнового сопротивления. Плоские верхняя и нижняя поверхности не создают ударных волн, поскольку поток параллелен.

Внутреннее выравнивание ударных волн означает, что биплан Буземана производит минимум 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 ударов и сопротивления.

Вне проектные условия

Работа вне проектной крейсерской скорости или угол атаки разрушает конструктивную интерференцию и приводит к эффектам удушения и гистерезиса потока, которые значительно увеличивают сопротивление.[3] При удушении ударные волны уменьшают свой обратный угол с каждым отражением от конических поверхностей крыла, пока они не образуют ударную стенку поперек зазора. Это вызывает нарастание давления и замедление скорости потока, так что возникает гистерезис потока, при котором замедление воздуха заставляет дросселирование сохраняться через расчетную точку и за ее пределами, прежде чем оно исчезнет при более высокой скорости самолета.[4]

Подъемные бипланы Busemann

В соответствии с Законы движения Ньютона, чтобы получить подъемную силу на крыльях, в ответ проходящий над ними воздух должен отклоняться вниз. На сверхзвуковых скоростях это создает по крайней мере одну ударную волну, а возможно и больше. Как и любой другой профиль, биплан Буземанна может иметь небольшой положительный угол атаки для создания подъемной силы, однако теперь он также будет генерировать внешние ударные волны.

Конфигурация биплана Буземана все еще может использоваться для минимизации энергии этих ударных волн и связанного с ними сопротивления.[3][5]

Волновое сопротивление имеет две причины: одна из-за размера или формы плоскости, а другая из-за создаваемой подъемной силы. Концепция Буземана может устранить сопротивление ударной волны, но не сопротивление подъемной силы. Исходная геометрия Буземана устраняет волновое сопротивление и, следовательно, подъемную силу. Современные конструкции типа Busemann могут создавать подъемную силу и связанную с ней ударную волну, 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 запроектированного дросселирования и гистерезиса могут быть решены путем использования устройств с изменяемой геометрией, таких как закрылки и предкрылки, которые также могут служить в качестве устройств большой подъемной силы во время взлета и посадки.[3] Другой подход заключается в изменении геометрии аэродинамического профиля для обеспечения приемлемых характеристик в ряде нерасчетных условий за счет некоторого сопротивления формы даже в оптимальной расчетной точке.[5][4]

Смотрите также

  • Пратт и Уитни J58; двухтактный двигатель с геометрией впуска, столь же чувствительной к его расчетной точке.
  • Катамаран лодки подвержены влиянию дозвуковых потоков жидкости.

Рекомендации

  1. ^ Буземанн, А. (1935). «Аэродинамический подъем на сверхзвуковых скоростях», Luftfahrtforschung, 12-е изд., № 6, октябрь 1935 г., стр. 210–220.
  2. ^ (2006) "Биплан Буземана", веб-сайт Университета Тохоку. «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2007-06-20. Получено 2005-10-11.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  3. ^ а б c d Кусуносе, Мацусима и Маруяма. (2011). «Сверхзвуковой биплан - Обзор». Прогресс в аэрокосмических науках 47. С. 53–87.
  4. ^ а б Ма, Ван, Ву и Е. (2020). «Предотвращение закупорки потока и гистерезиса потока биплана Буземана за счет ступенчатого подхода». Журнал самолетов, Volume 57, Number 3, May 2020.
  5. ^ а б Ву, Джеймисон и Ван. (2012). «Сопряженная аэродинамическая оптимизация профилей сверхзвукового биплана». Журнал самолетов, Том 49, Номер 3. Май-июнь 2012 г., стр. 802 и сл.

внешняя ссылка