Переліт у будь-яку точку Землі всього за 1 годину можливий: нове відкриття про надзвукові польоти

Вчені змогли підтвердити гіпотезу Морковини, і довели, що турбулентність повітря на швидкості, яка в 6 разів перевищує швидкість звуку, схожа на турбулентність у повільніших повітряних потоках. Це відкриття наближає створення гіперзвукових пасажирських літаків, які дозволять переміщатися по всьому світу за дуже короткий час. Дослідження опубліковано в журналі Nature Communications, пише SciTechDaily.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Надзвукові польоти і проблема турбулентності

Гіперзвукові пасажирські авіаперевезення все ще вважаються фантастикою. Але політ на гіперзвуковому літаку, наприклад, з Австралії до США, може зайняти лише одну годину замість п'ятнадцяти, якщо летіти на звичайному літаку.

Нагадуємо, що швидкість звуку становить 1224 км/год. Щоб пасажирський літак долетів за годину з Австралії до США, йому потрібно набрати швидкість, яка в 10 разів більша за швидкість звуку. Найбільша проблема полягає в сильній турбулентності, яка виникає, коли літак летітиме в повітрі з такою швидкістю.

Повітря поводиться по-різному при великій і малій швидкості, і інженери в аерокосмічній галузі використовують для опису цієї різниці такі терміни як нестисливий і стисливий повітряний потік. У нестисливому повітряному потоці, який виникає на швидкості нижче 350 км/год, щільність повітря практично не змінюється, що спрощує розрахунки під час проєктування літаків. Але щойно швидкість повітряного потоку перевищує швидкість звуку, він стає стисливим.

Стиснення повітря призводить до різкої зміни його густини при зміні тиску і температури. Це впливає на взаємодію літака з навколишнім повітрям. Стисливість повітряного потоку впливає на обтікання корпусу літака цим потоком, що може змінити підйомну силу, опір і тягу літака, які необхідні для польоту. Ці фактори мають вирішальне значення для проєктування будь-якого літака.

Гіпотеза Морквіна: ключ до гіперзвукових пасажирських літаків

Інженери ще не дуже добре розуміють, як повітряний потік обтікає корпус літака на швидкості, що в 5-10 разів перевищує швидкість звуку. Ця загадка залишається невирішеною, але ключем до розгадки є гіпотеза Морковіна.

Цю гіпотезу в середині XX століття запропонував Марк Морковін. Згідно з гіпотезою, під час руху повітря зі швидкістю, яка в 5-6 разів вища за швидкість звуку, турбулентність практично не змінюється і схожа на ту, що спостерігається під час руху повітря з меншою швидкістю.

По суті, гіпотеза Морковіна припускає, що турбулентний рух повітря на низьких і високих швидкостях не сильно відрізняється. Якщо ця гіпотеза правильна, то не потрібне розуміння турбулентності на високих швидкостях. Можна використовувати знання, застосовні до повільніших повітряних потоків під час проєктування гіперзвукових літаків, кажуть учені.

Досі дослідники не мали достатніх експериментальних доказів гіпотези Морквина. Це виправили автори нового дослідження.

Переліт у будь-яку точку Землі за годину став ближчим до реальності

Вони використовували лазери для іонізації газу криптону, яким було наповнене повітря в аеродинамічній трубі. Це тимчасово змусило атоми криптону утворити спочатку пряму лінію, що світиться. Потім вчені використовували камери надвисокої роздільної здатності, щоб зафільмувати, як ця лінія рухається, згинається і закручується в повітрі в аеродинамічній трубі. Спостереження показало, що поведінка турбулентності повітряного потоку за швидкості, яка в 6 разів перевищує швидкість звуку, дуже схожа на поведінку нестисливого повітряного потоку.

Хоча вченим не вдалося повністю підтвердити гіпотезу Морквіна, це дослідження наближає до реальності гіперзвукові пасажирські перельоти. Науковці кажуть, що літакам не потрібна нова конструкція, щоб літати зі швидкістю, яка більш ніж у 6 разів перевищує швидкість звуку.

Як уже писав Фокус, надзвуковий літак NASA, який може змінити пасажирські авіаперельоти, здійснив перший історичний політ. Цей літак повинен довести, що при подоланні звукового бар'єру не виникає дуже сильний гуркіт, який заважає людям на землі.

Також Фокус писав про те, що астрономи розгадали таємницю "неможливого" зіткнення чорних дір, яких не повинно існувати. Вчені змогли пояснити, здавалося б, неможливе злиття двох гігантських чорних дір, які не повинні були з'явитися після смерті масивних зірок.