Aplink pasaulį per valandą. Hipergarsiniai skrydžiai artėja ()
Pateikė ekperimentinius įrodymus.
© Stop kadras | https://www.youtube.com/watch?v=00LqMyU9d2A
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Įsivaizduokite, kad iš Los Andželo į Sidnėjų nuskrisite ne per varginančias 15 valandų, o vos per 60 minučių. Visa tai bus įmanoma dėl hipergarsinių orlaivių, kurie, remiantis naujausiomis ataskaitomis, artėja prie pakilimo.
Orlaiviai, galintys pasiekti 10 Macho greitį, 10 kartų didesnį nei garso greitis (1224 km/h), jau seniai yra svajonių objektas. Tik dabar Stevenso technologijos instituto komanda pateikė pirmuosius eksperimentinius įrodymus, patvirtinančius esminę hipotezę, kuri galėtų lemti tokių orlaivių konstrukciją. Ji pradeda įgauti mokslinės fantastikos pavidalą.
Pagrindinės kliūtys itin greito skrydžio plėtrai yra didelė turbulencija ir didžiulis skrydžio metu susidarantis šilumos kiekis. Esant mažesniam greičiui, maždaug 0,3 Macho (361 km/h), oro tankis išlieka beveik pastovus, o tai žymiai supaprastina projektavimo procesą. Nors šiuolaikiniai kariniai orlaiviai jau gali pasiekti 2 ir 3 Macho greitį, jie vis dar toli nuo 10 Macho greičio, reikalingo įveikti atstumą tarp Los Andželo ir Sidnėjaus per valandą.
|
Įveikus garso barjerą, atsiranda reiškinys, vadinamas suspaudžiamu srautu, kai dujos susispaudžia, radikaliai pakeisdamos savo tekėjimą aplink konstrukciją. Tai veikia visus skrydžio aspektus – keliamąją jėgą, aerodinaminį pasipriešinimą ir reikiamą trauką. Esant hipergarsiniam greičiui, viršijančiam 5 Macho greitį, slėgio ir tankio svyravimai tampa tokie intensyvūs, kad aplink turbulentinius sūkurius gali susidaryti vietinės smūginės bangos. Šių reiškinių supratimas esant 5–10 Macho greičiui iki šiol liko neišspręsta paslaptis.
1962 m. Markas Morkovinas suformulavo intriguojančią hipotezę, teigiančią, kad turbulencijos elgesys esant 5–6 Macho greičiui iš esmės yra toks pat, kaip ir stebimas esant mažesniam greičiui. Jei ši teorija pasitvirtintų, inžinieriai galėtų taikyti tas pačias koncepcijas ir matematinius modelius, kurie veikia lėtesniems srautams, nekurdami visiškai naujų analizės metodų.
Stevenso technologijos instituto profesorius Nicholaus Parziale ėmėsi spręsti šią mokslinę mįslę. Jo komanda sukūrė novatorišką metodą, vadinamą kriptono žymėjimo velocimetrija (KTV), kuris naudoja lazerius jonizuoti į vėjo tunelį įleidžiamas kriptono dujas. Gauta fluorescencinė linija juda kartu su oro srautu, todėl galima stebėti turbulentines struktūras naudojant kameras, įrašančias 100 kHz dažniu. Šios pažangios įrangos sukūrimas N. Parziale užtruko 11 metų.
Eksperimentai buvo atlikti Stevenso smūginiame tunelyje, skirtame imituoti skrydį 6 Macho greičiu 20 km aukštyje. Matavimai buvo atlikti esant 6,4 ir 6,0 Macho skaičiams įvairiomis termodinaminėmis sąlygomis.
Ankstesni matavimo metodai, tokie kaip dalelių vaizdo greičio matavimas (PIV), turėjo esminį apribojimą: sekančios dalelės galėjo slysti aplink dujas dėl retėjimo ir inercijos efektų, todėl negalėjo tiksliai atspindėti tikrojo judėjimo. KTV technika išsprendžia šią problemą pažymėdama pačias dujas, kurios natūraliai yra sraute.
Tyrimo, paskelbto žurnale „Nature Communications“, rezultatai aiškūs: KTV duomenys kartu su tiesioginiais skaitmeniniais modeliavimais rodo atitikimą lazerinės Doplerio anemometrijos duomenims, pritaikius M. Morkovino mastelį. Šis atitikimas išlaiko iki 10 % ribinio sluoksnio storio, o tai reiškia, kad esant 6 Macho skaičiui, turbulencijos elgesys tikrai primena nesuspaudžiamą srautą.
Nors hipotezė dar nėra iki galo patvirtinta, tyrimas yra reikšmingas žingsnis link hipergarsinio skrydžio įgyvendinimo. Jis rodo, jog orlaiviams nereikia visiškai naujos konstrukcijos koncepcijos, kad jie galėtų skristi tokiu dideliu greičiu. Galimybė taikyti supaprastinančias prielaidas leidžia lengviau įgyvendinti skaičiavimo reikalavimus, o perspektyva iš neįmanomos tampa sudėtinga, bet įgyvendinama.
Šio atradimo reikšmė gerokai peržengia keleivių vežimo ribas. Transporto priemonės, galinčios atlikti hipergarsinį skrydį, teoriškai galėtų pasiekti kosmosą be raketų, o tai gerokai supaprastintų transportą į žemąją Žemės orbitą ir iš jos. Todėl tai būtų proveržis ne tik kelionių Žemėje, bet ir prieigos prie kosmoso srityje.
