از فرضیه تا واقعیت: تحول بزرگ در طراحی هواپیماهای مافوق صوت

گروهی از پژوهشگران به سرپرستی پروفسور «نیکولاس پارزیاله» در مؤسسه فناوری استیونز آمریکا، موفق شده‌اند با ارائه شواهد تجربی، فرضیه‌ای قدیمی را اثبات کنند که می‌تواند طراحی هواپیماهای مافوق صوت را بسیار ساده‌تر کند.

به گزارش سرویس فناوری تک‌ناک، پژوهشگران سرعت مافوق صوت را بیش از پنج برابر سرعت صوت یعنی عدد ۵ ماخ تعریف می‌کنند. این فناوری می‌تواند چهره سفرهای جهانی را دگرگون سازد. برای نمونه، مسیر طولانی سیدنی تا لس‌آنجلس که امروز حدود ۱۵ ساعت زمان می‌برد، با این پیشرفت به تنها یک ساعت کاهش خواهد یافت.

برای تحقق چنین پروازی، هواپیما باید به سرعت ۱۰ ماخ، معادل حدود ۷ هزار مایل بر ساعت برسد. در حالی که سریع‌ترین هواپیماهای نظامی کنونی تنها توان رسیدن به ۲ یا ۳ ماخ را دارند، چالش اصلی در این مسیر، درک رفتار هوا هنگام حرکت با چنین سرعت‌های بالایی است.

در پروازهای معمولی، چگالی هوا تقریباً ثابت می‌ماند و جریان «تراکم‌ناپذیر» به حساب می‌آید. اما در سرعت‌های بالاتر از صوت، هوا به‌دلیل فشار و دمای زیاد «تراکم‌پذیر» می‌شود و همین ویژگی باعث تغییر در نیروهای برآ، پسا و رانش می‌گردد. این پدیده طراحی هواپیماهای مافوق صوت را پیچیده می‌کند.

بیشتر بخوانید: تلاش شرکت Boom برای بازگرداندن پروازهای مافوق صوت غیرنظامی

دهه‌ها است که مهندسان هوافضا تلاش می‌کنند تا رفتار آشفتگی هوا را در این شرایط بشناسند. نظریه‌ای موسوم به «فرضیه مورکووین» که در میانه قرن بیستم ارائه شد، ادعا می‌کند که آشفتگی در سرعت‌های پایین و بالا از نظر ساختار حرکتی، تفاوتی اساسی ندارد. در صورت صحت این فرضیه، طراحان می‌توانند از همان اصولی استفاده کنند که برای جریان‌های کندتر به کار می‌رود و دیگر نیازی به توسعه مدل‌های کاملاً جدید نیست.

تاکنون شواهد تجربی کافی برای تأیید این فرضیه وجود نداشت. اما تیم پارزیاله با استفاده از سامانه‌ای آزمایشی که طی یازده سال ساخته شد، توانست جریان هوا را در سرعت ۶ ماخ بررسی کند. آنها با تزریق گاز کریپتون به تونل باد و یونیزه کردن آن با لیزر، خطی درخشان از اتم‌های کریپتون ایجاد کردند و با دوربین‌های فوق‌دقیق، حرکت و پیچ‌وتاب این خط را ثبت کردند.

پارزیاله می‌گوید:

«زمانی که این خط همراه با گاز حرکت می‌کند، چین‌خوردگی‌ها و ساختارهایی در جریان دیده می‌شود که از آنها می‌توان درباره آشفتگی آموخت. یافته ما این بود که در ۶ ماخ، رفتار آشفتگی بسیار شبیه جریان غیرقابل تراکم است.»

نتایج آزمایش نشان داد که در سرعت ۶ ماخ، رفتار جریان هوا بسیار شبیه جریان‌های غیرقابل تراکم در سرعت‌های پایین‌تر است. در نتیجه ممکن است که هواپیماهای مافوق صوت آینده به طراحی‌های متفاوت و پیچیده نیاز نداشته باشند، موضوعی که می‌تواند مهندسی و ساخت آنها را ساده‌تر و کم‌هزینه‌تر کند.

بیشتر بخوانید: جت مافوق صوت بی‌صدای S-512 نیویورک تا پاریس را زیر ۴ ساعت می‌ پیماید

پارزیاله بیان می‌کند که این نتیجه، راه را برای توسعه جت‌هایی هموار می‌کند که علاوه بر سفرهای جهانی، می‌توانند به مدار پایین زمین برسند. چنین فناوری‌ می‌تواند جایگزینی برای پرتاب‌های پرهزینه موشکی باشد و سفرهای فضایی را به‌طور چشمگیری آسان‌تر کند. همچنین این فناوری مرز میان سفر هوایی و فضایی را کمرنگ می‌کند و راه را برای عصر جدیدی از جابه‌جایی‌های سریع و مقرون‌به‌صرفه باز خواهد کرد.

نوشته از فرضیه تا واقعیت: تحول بزرگ در طراحی هواپیماهای مافوق صوت اولین بار در Technoc. پدیدار شد.