الديناميكا الهوائية

رقم ماخ

عندما تتحرك طائرة عبر الهواء ، فان جزيئات الهواء التي بالقرب من الطائرة سوف تتحرك حول الطائرة. إذا كانت الطائرة تمر بسرعة منخفضة ، وعادة أقل من 250 ميل في الساعة ، فإن كثافة الهواء تبقى ثابتة. ولكن بالنسبة للسرعات العالية ، فإن بعض طاقة الطائرة تذهب إلى ضغط الهواء وتغيير كثافة الهواء المحيط. ينتج عنه انضغاط للهواء بحيث يغير تأثير الانضغاط مقدار القوة الناتجة على الطائرة. ويصبح التأثير أكثر أهمية مع زيادة السرعة. بالقرب من سرعة الصوت ، حوالي 330 م / ث أو 760 ميل في الساعة ، تنتقل الاضطرابات الصغيرة في التدفق إلى مواقع أخرى بشكل isentropically أو إنتروبيا entropy . لكن الاضطراب الحادة تولد موجة صدمة shock wave مثل الصورة في الاعلى تؤثر على كل من قوة رفع وسحب الطائرة.

تحدد نسبة سرعة الطائرة إلى سرعة الصوت في الهواء قيمة العديد من تأثيرات الانضغاط. نظرًا لأهمية نسبة السرعة هذه ، قام علماء الديناميكة الهوائية بتخصيصها بقيمة خاصة تسمى رقم ماخ Mach تكريماً لـ Ernst Mach . وهو فيزيائي في أواخر القرن التاسع عشر درس ديناميكة الغاز. يسمح لنا رقم Mach M بتحديد أنظمة الطيران التي تتنوع فيها تأثيرات الانضغاط اذا الماخ = سرعة الطائرة / سرعة الصوت في الهواء. والآن سوف ندرس السرعات التي يتم دراستها في الديناميكة الهوائية:

1 – Subsonic

تحدث في الظروف لأعداد Mach أقل من واحد ، M <1. لأدنى الظروف دون سرعة الصوت ، يمكن تجاهل الانضغاطية. بالنسبة لسرعات الطائرة التي تقل كثيرا عن سرعة الصوت ،اي إن الطائرة أقل من سرعة الصوت. السرعات النموذجية للطائرة دون سرعة الصوت هي أقل من 250 ميل في الساعة ، ورقم ماخ M أقل بكثير من واحد ، M < 1. بالنسبة للطائرات دون سرعة الصوت ، يمكننا إهمال تأثيرات الانضغاط وتبقى كثافة الهواء ثابتة تقريبًا. أجنحة الطائرة دون سرعة الصوت هذه عادة ما تكون مستطيلة الشكل ومصنوعة من الألمنيوم خفيف الوزن ، على الرغم من أن رايت Wrights استخدم الخشب والقماش في بناء الجناح.

2 – Transonic

مع اقتراب سرعة الطائرة من سرعة الصوت ، يكون عدد ماخ ما يقرب من واحد ، M = 1 ، قديما كان يعتقد أن الطيران أسرع من الصوت أمر مستحيل. في الواقع ، لم يكن حاجز الصوت سوى زيادة في قوة السحب بالقرب من الظروف الصوتية بسبب تأثيرات الانضغاطية. بسبب السحب العالي المرتبط بآثار الانضغاط. السرعات النموذجية للطائرة ذات الموجات فوق الصوتية هذه أكبر من 250 ميل في الساعة ولكن أقل من 760 ميل في الساعة ، ورقم ماخ M يساوي تقريبًا واحد ، M ~ = 1. في حين أن الطائرة نفسها قد تكون أقل من سرعة الصوت ، فإن الهواء المحيط بالطائرة يتجاوز سرعة الصوت في بعض المواقع على الطائرة. في المناطق التي يكون فيها سرعة الهواء المحيط قريب أو أكبر من سرعة الصوت ، نواجه تأثيرات انضغاطية وقد تختلف كثافة الهواء بسبب موجات الصدمات. كانت أول طائرة تعمل بهذه السرعة لاستكشاف هذا النظام هي المقاتلات عالية الأداء في الحرب العالمية الثانية. على الرغم من أن الطائرات الحديثة تطير عادة عند حوالي M = 0.85 ، فإن التدفق فوق الأجنحة يكون فوق صوتي أو أسرع من الصوت transonic or supersonic. يزداد السحب بشكل كبير مع اقتراب الطائرة من Mach 1 لذلك يتم عادةً سحب أجنحة الطائرات في شكل swept لتقليل السحب عبر الصوت. بالنسبة لأعداد Mach أقل من 2.0 ، يكون تسخين الاحتكاك في هيكل الطائرة منخفضًا بدرجة كافية بحيث يتم استخدام الألومنيوم خفيف الوزن في الهيكل.

 

3 – Supersonic

تحدث سرعات الأسرع من الصوت لأعداد Mach التي تزيد عن واحد 1 وتقل عن 3 . تعد تأثيرات الانضغاط مهمة للطائرات الأسرع من الصوت هذه ، وتتولد موجات الصدمة عن سطح الطائرة بوضوح. بالنسبة للسرعات الأسرع من الصوت هذه ، تصبح التدفئة الديناميكية الهوائية مهمة أيضًا لتصميم الطائرات.

4 – Hypersonic

بالنسبة للسرعات التي تزيد عن خمسة أضعاف سرعة الصوت ، M> 5 ، في هذه السرعات ، تنطلق الآن بعض طاقة الجسم إلى الروابط الكيميائية المثيرة التي تجمع جزيئات النيتروجين والأكسجين في الهواء. عند سرعات تفوق سرعة الصوت هذه ، يجب مراعاة كيمياء الهواء عند تحديد القوى الموجودة على الجسم. يدخل المكوك الفضائي الغلاف الجوي بسرعات عالية من الصوت ، M ~ 25.

في ظل هذه الظروف ، يصبح الهواء الساخن بلازما مؤينة من الغاز ويجب عزل المركبة الفضائية من درجات الحرارة العالية. تهتز الروابط الجزيئية ، مما يغير حجم القوى الناتجة عن الهواء على الطائرة. عند السرعات الفائقة السرعة ، تنفصل الجزيئات عن طريق إنتاج بلازما مشحونة بالكهرباء حول الطائرة. تحدث اختلافات كبيرة في كثافة الهواء والضغط بسبب موجات الصدمات والتمدد expansions.

بشكل عام يتكون الصوت من جزيئات الهواء التي تتحرك. يدفعون معًا ويتجمعون معًا لتكوين موجات صوتية. تنتقل الموجات الصوتية بسرعة حوالي 750 ميلاً في الساعة عند مستوى سطح البحر. عندما تنقل طائرة سرعة الصوت ، تتجمع موجات الهواء معًا وتضغط الهواء أمام الطائرة لمنعها من التقدم للأمام. يؤدي هذا الضغط إلى ظهور موجة صدمات أمام الطائرة

من أجل السفر بشكل أسرع من سرعة الصوت ، يجب أن تكون الطائرة قادرة على اختراق موجة الصدمة. عندما تتحرك الطائرة عبر الأمواج ، فإنها تجعل الموجات الصوتية منتشرة وهذا يخلق ضوضاء عالية . يحدث الضجيج الصوتي بسبب التغير المفاجئ في ضغط الهواء. عندما تسافر الطائرة بشكل أسرع من الصوت ، تسافر بسرعة تفوق سرعة الصوت. الطائرة التي تسير بسرعة الصوت تسير في Mach 1 أو حوالي 760 ميل بالساعة. ماخ 2 هو ضعف سرعة الصوت.


اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى
إغلاق
إغلاق