Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Ұшақтың трансоникалық және супероникалық жылдамдықтардағы аэродинамикалық кедергісі, соққы толқындарының болуынан туындайды. Су кемелеріне қатысты толқын кедергісі.
Aircraft aerodynamic drag at transonic and supersonic speeds due to the presence of shock waves
Wave drag related to watercrafts
Аэронавтикада толқын кедергісі – ұшақ қанаттары мен фюзеляжында, винт қанатының ұштарында және трансоникалық және супероникалық жылдамдықпен қозғалатын снарядтардағы аэродинамикалық кедергінің бір бөлігі болып табылады, бұл соққы толқындарының болуына байланысты. Толқын кедергісі тұтқыр әсерлерге тәуелсіз және көліктің жылдамдығы Махтың критикалық санына жеткенде кедергінің кенеттен және күрт өсуі ретінде көрінеді. Толқын кедергісінің кенеттен және күрт өсуі – дыбыс барьері деген түсінікке алып келеді.
In aeronautics, wave drag is a component of the aerodynamic drag on aircraft wings and fuselage, propeller blade tips and projectiles moving at transonic and supersonic speeds, due to the presence of shock waves. Wave drag is independent of viscous effects, and tends to present itself as a sudden and dramatic increase in drag as the vehicle increases speed to the critical Mach number. It is the sudden and dramatic rise of wave drag that leads to the concept of a sound barrier.
Шолу
Толқындық кедергі – қысым кедергісінің құрамдас бөлігі, ол қысымның өзгеруінен туындайды. Ол дене төңірегінде соққы толқындарының пайда болуынан шақырылады. Соққы толқындары денеге елеулі кедергі күшін тудырады, бұл денеге үлкен жүктеме түсіруі мүмкін. Соққы толқындары көбінесе дыбыс жылдамдығынан асып түсетін ағынмен байланысты болғанымен, олар дене бетінің жергілікті ауа ағыны дыбыс жылдамдығына жететін жерлерінде, тіпті дыбыс асты жылдамдықтарда да пайда болуы мүмкін. Бұл әсер көбінесе ұшақтарда дыбыс жылдамдығына жақын жылдамдықтарда (шамамен 0,8 Мах) байқалады, бірақ ұшақтың сындық Мах жылдамдығынан жоғары кез келген жылдамдықта да оны байқауға болады. Бұл күш соншалықты зор болғандықтан, 1947 жылға дейін ұшақ қозғалтқыштарының күшейтілген кедергіні жеңуге жеткілікті қуатты болмайтыны немесе күштер соншалықты үлкен болып, ұшақтардың ұшу кезінде бұзылу қаупі бар екені ойластырылды. Осыдан дыбыс бөгеті деген түсінік пайда болды.
Wave drag is a component of pressure drag due to compressibility effects. It is caused by the formation of shock waves around a body. Shock waves create a considerable amount of drag, which can result in extreme drag on the body. Although shock waves are typically associated with supersonic flow, they can form at subsonic aircraft speeds on areas of the body where local airflow accelerates to supersonic speed. The effect is typically seen on aircraft at transonic speeds (about Mach 0.8), but it is possible to notice the problem at any speed over that of the critical Mach of that aircraft. It is so pronounced that, prior to 1947, it was thought that aircraft engines would not be powerful enough to overcome the enhanced drag, or that the forces would be so great that aircraft would be at risk of breaking up in midflight. It led to the concept of a sound barrier.
Зерттеу
1947 жылы толқындық қарсылыққа қатысты зерттеулер толқындық қарсылықты теориялық тұрғыдан барынша азайтуға мүмкіндік беретін қалыпты пішіндерді жасауға әкелді. Фюзеляж үшін нәтижесінде алынған пішін – Sears–Haack корпусы болды, ол кез келген ішкі көлем үшін оптималды қима пішінін ұсынды. Von Kármán оғы зымыран сияқты, ұшы дөңгелек денелер үшін ұқсас пішін болды. Екеуі де ұзын, тар пішіндес, үшкір ұштарға ие болды, басты айырмашылық – оғы тек бір ұшында ғана үшкір болатын.
In 1947, studies into wave drag led to the development of perfect shapes to reduce wave drag as much as theoretically possible. For a fuselage the resulting shape was the Sears–Haack body, which suggested a perfect cross sectional shape for any given internal volume. The von Kármán ogive was a similar shape for bodies with a blunt end, like a missile. Both were based on long narrow shapes with pointed ends, the main difference being that the ogive was pointed on only one end.
Қарсылықты азайту
Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде және одан кейін жаңа техникалар пайда болды, олар толқындық кедергінің шамасын күрт азайта алды, ал 1950 жылдардың басындағы ең соңғы истребительдер дыбыс жылдамдығынан асып өтуге қол жеткізді. Ұшақ конструкторлары бұл техникаларды тез арада қолдануға кірісті. Толқындық кедергі мәселесін шешудің бір әдеттегі жолы – бұл қанатты бұру болатын, ол Екінші дүниежүзілік соғыстан бұрын әзірленген және кейбір неміс әскери конструкцияларында қолданылған. Қанатты бұру оны ауа ағыны бағытында жұқарақ және ұзын етіп көрсетеді, соның салдарынан дәстүрлі тамшы тәрізді қанат пішіні фон Карман оғына жақындап, бұрылыс пен қалыңдығы маңызды төменгі жылдамдықтарда да тиімді болып қалады. Қанатты өте жұқа жасау мүмкін болған жағдайда, оны бұрудың қажеті жоқ. Бұл шешім Bell X 1 ұшағынан бастап, дыбыс жылдамдығында ұшқан алғашқы ұшақтарда қолданылды. Бұл тәсілдің кемшілігі – қанаттың тым жұқа болуы салдарынан оны отын немесе қону шассисін сақтау үшін пайдалану мүмкін болмайды. Мұндай қанаттар зымырандарда жиі кездеседі, бірақ оларды сол саланың мамандары көбінесе «қанатшалар» деп атайды. Фюзеляж пішіні де Уиткомбтың аудандық қағидасын енгізу арқылы өзгерді. Уиткомб түрлі ұшақ конструкцияларын сынап көрген кезде, 1952 жылы Адольф Буземанның баяндамасын тыңдағаннан кейін, Sears Haack корпусының фюзеляжға ғана емес, бүкіл ұшаққа қатысты екенін түсінді. Бұл фюзеляждың қанаттармен жалғасқан жерін тарылта білуді білдірді, соның нәтижесінде ұшақтың қимасы Sears Haack корпусына сәйкес келді. Аудандық қағиданы қолдануды транссондық ұшақтардағы, соның ішінде кейбір реактивтік лайнерлердегі соққыға қарсы денелерді пайдалануда да көруге болады. Қанаттың артқы жиегінде орналасқан соққыға қарсы денелер, басқа транссондық ұшақтардың тар белді фюзеляждары сияқты қызмет атқарады.
A number of new techniques developed during and just after World War II were able to dramatically reduce the magnitude of wave drag, and by the early 1950s the latest fighter aircraft could reach supersonic speeds. These techniques were quickly put to use by aircraft designers. One common solution to the problem of wave drag was to use a swept wing, which had actually been developed before World War II and used on some German wartime designs. Sweeping the wing makes it appear thinner and longer in the direction of the airflow, making a conventional teardrop wing shape closer to that of the von Kármán ogive, while still remaining useful at lower speeds where curvature and thickness are important. The wing need not be swept when it is possible to build a wing that is extremely thin. This solution was used on a number of designs, beginning with the Bell X 1, the first manned aircraft to fly at the speed of sound. The downside to this approach is that the wing is so thin it is no longer possible to use it for storage of fuel or landing gear. Such wings are very common on missiles, although, in that field, they are often referred to as "fins". Fuselage shaping was similarly changed with the introduction of the Whitcomb area rule. Whitcomb had been working on testing various airframe shapes for transonic drag when, after watching a presentation by Adolf Busemann in 1952, he realized that the Sears Haack body had to apply to the entire aircraft, not just the fuselage. This meant that the fuselage needed to be made narrower where it joined the wings, so that the cross section of the entire aircraft matched the Sears Haack body. Application of the area rule can also be seen in the use of anti shock bodies on transonic aircraft, including some jet airliners. Anti shock bodies, which are pods along the trailing edges of the wings, serve the same role as the narrow waist fuselage design of other transonic aircraft.
Қалқымды азайтудың басқа әдістері
Жылдар бойы толқындық қарсылықты азайтуға бағытталған бірнеше басқа да әрекеттер жасалды. Суперкритикалық қанат профилі – бұл қалыпты қанат профилі сияқты төмен жылдамдықтардағы көтеру күшін қамтамасыз ететін, бірақ фон Карман оғының пішініне едәуір жақын профильге ие. Барлық қазіргі заманғы азаматтық авиалайнерлер суперкритикалық қанат профильдерін қолданады және қанаттың үстіңгі бетінде маңызды үдетілген ағын пайда болады.
Several other attempts to reduce wave drag have been introduced over the years. The supercritical airfoil is a type that results in reasonable low speed lift like a normal airfoil, but has a profile considerably closer to that of the von Kármán ogive. All modern civil airliners use forms of supercritical aerofoil and have substantial supersonic flow over the wing upper surface.