Введение
Биплан Буземана — это теоретическая схема летательного аппарата, разработанная Адольфом Буземаном, которая предотвращает образование N-образных ударных волн и, следовательно, не создает звукового удара или связанного с ним волнового сопротивления. Однако в исходной форме он также не создает подъемной силы. Концепция биплана Буземана, обеспечивающая достаточную подъемную силу и способная снизить интенсивность волны и сопротивление, но не устранить их полностью, изучалась для создания сверхзвукового транспортного самолета, не производящего звуковой удар.
Происхождение
Оригинальный биплан Буземана состоит из двух треугольных пластин с поперечным сечением, расположенных на определенном расстоянии друг от друга, с плоскими сторонами, параллельными потоку среды. Расстояние между пластинами достаточно велико, чтобы поток не сжимался и между ними поддерживался сверхзвуковой режим. Сверхзвуковой поток вокруг обычного крыла генерирует ударные волны сжатия на передней и задней кромках, между которыми возникает волна разрежения. Эти ударные волны соответствуют изменениям давления, препятствующим обтеканию, что проявляется в виде волнового сопротивления. В биплане Буземана ударная волна высокого давления формируется внутри конструкции и симметрично отражается от внутренних поверхностей, образующих двойной клиновидный угол. Эти отраженные волны интерферируют, взаимно гасясь, а также нейтрализуя последующие ударные волны, что предотвращает распространение волн во внешнее пространство и, следовательно, устраняет волновое сопротивление. Плоские верхняя и нижняя поверхности не генерируют ударных волн, поскольку поток обтекает их параллельно. Внутренняя интерференция ударных волн обеспечивает минимальное волновое сопротивление биплана Буземана. Однако плоские внешние поверхности и внутренняя симметрия конструкции также означают, что в расчетной точке, обеспечивающей оптимальное снижение ударных волн и сопротивления, подъемная сила отсутствует.
Непроектируемые условия
Работа вне расчетной крейсерской скорости или угла атаки разрушает конструктивную интерференцию и приводит к образованию скачков уплотнения и эффектам гистерезиса обтекания, что значительно увеличивает сопротивление.
Подъем двухпланов Busemann
Согласно законам Ньютона, для создания подъемной силы на крыльях, воздух, обтекающий их, должен отклоняться вниз. На сверхзвуковых скоростях это приводит к образованию как минимум одной ударной волны, а возможно, и больше. Как и любой другой аэродинамический профиль, биплан Буземана может быть снабжен небольшим положительным углом атаки для создания подъемной силы таким образом, однако в этом случае также будут генерироваться внешние ударные волны. Конфигурация биплана Буземана все еще может использоваться для минимизации энергии этих ударных волн и связанного с ними сопротивления. Волновое сопротивление имеет две причины: одна связана с формой самолета, а другая – с создаваемой подъемной силой. Концепция Буземана позволяет устранить волновое сопротивление формы, но не сопротивление, вызванное подъемной силой. Исходная геометрия Буземана устраняла все волновое сопротивление и, следовательно, подъемную силу. Современные конструкции типа Буземана могут создавать подъемную силу, вместе с сопутствующей ударной волной, при этом продолжая устранять большую часть или все сопротивление формы, тем самым достигая значительного повышения эффективности по сравнению с традиционными конструкциями.